新型好氧释磷/缺氧吸磷工艺同步脱氮除磷的性能与机制研究

为解决传统污水处理工艺中氮(N)和磷(P)去除路径复杂、碳源不足等问题，研究人员创新性地将好氧释磷与短程硝化反硝化(PND)相结合，开发了ND-SNPR工艺。该工艺通过Thauera菌主导的"一碳双用"机制，实现了TN去除率98.16±1.75%和TP去除率81.70±8.03%，为低碳氮比(C/N)污水的高效处理提供了新思路。

　　

污水处理领域长期面临一个棘手难题：传统A²O工艺需要构建厌氧-缺氧-好氧的复杂环境，不仅能耗高，还常因碳源不足导致除磷效率低下。更麻烦的是，回流污泥中的硝酸盐(NO₃^--N)会干扰厌氧释磷，而聚磷菌(PAO)与反硝化细菌对碳源的争夺更是雪上加霜。这些痛点催生了对新型脱氮除磷工艺的迫切需求。

河南省某研究团队在《Bioresource Technology》发表的研究中，开创性地将好氧释磷现象与短程硝化反硝化(PND)工艺结合，开发出ND-SNPR新工艺。这项历时133天的研究发现，在好氧阶段同步完成短程硝化、PHA储存和磷释放，在缺氧阶段通过反硝化聚磷菌(DPAO)实现"一碳双用"，最终获得TN 98.16±1.75%和TP 81.70±8.03%的去除率。

研究采用10L SBR反应器，通过PLC控制实现好氧/缺氧(O/A)交替运行。关键技术包括：1)高通量测序分析微生物群落；2)监测PHA、poly-P等胞内物质转化；3)追踪COD、TN、TP等水质指标变化；4)检测ppx、relA等聚磷酸盐水解酶基因表达。

【氮与COD去除性能】
在C/N=3.08±0.5条件下，系统对47.26±4.52mg/L的进水TN去除率达95.45±6.24%。好氧阶段亚硝酸盐积累率(NAR)维持在91.47±6.81%，证实成功富集氨氧化菌(AOB)并抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)。

【磷去除性能与机制】
缺氧段PO₄^3--P去除率高达95.36±3.25%，且与NO₂^--N还原呈线性相关。微生物分析显示Thauera为优势菌属(相对丰度21.3%)，其同时具有反硝化和聚磷代谢能力。

【胞内物质转化】
好氧阶段每消耗1mg COD可释放0.48mg PO₄^3--P，同时合成0.35mg PHA；缺氧阶段每还原1mg NO₂^--N可吸收5.21mg PO₄^3--P，证实DPAO的协同代谢机制。

【功能基因分析】
聚磷酸盐水解酶基因ppx和relA在好氧段的表达量较传统工艺提升2.1倍，直接关联到增强的好氧释磷性能。

这项研究突破性地证实：1)好氧释磷可与短程硝化耦合；2)Thauera是实现"一碳双用"的关键功能菌；3)通过调控ppx/relA基因表达可强化除磷效率。相比传统A²O工艺，ND-SNPR节省25%曝气量和33-35%污泥产量，为低碳氮比污水处理提供了兼具创新性和实用性的解决方案。特别值得注意的是，该工艺在河南某污水处理厂的中试中已展现出良好的工程应用前景。