多元碳源驱动的高速率强化生物除磷系统可行性研究及其在A/B工艺中的整合潜力

针对传统强化生物除磷(EBPR)因污泥停留时间(SRT)限制难以整合至高负荷A/B工艺的难题，本研究通过680天长期实验，探究了短SRT(3-8天)下混合碳源(葡萄糖/VFAs/氨基酸)对EBPR效能的影响。结果表明，系统在SRT 3天时仍能维持92.6%的除磷效率(PRE)，并发现Tetrasphaera-PAOs和Comamonas-PAOs的群落演替规律，为高负荷污水处理厂实现同步碳磷回收提供了理论支撑。

　　

在当前城市污水处理向资源回收转型的背景下，传统强化生物除磷(EBPR)技术面临严峻挑战。作为下一代污水处理核心的A/B工艺，虽能高效捕获碳源(A段)并去除氮(B段)，却因EBPR需要较长污泥停留时间(SRT)而难以整合，导致磷资源无法同步回收。这一矛盾源于经典磷积累微生物(PAOs)的生长特性——它们需要8-10天的SRT维持优势，而A段工艺通常仅保留0.5-2天。现有研究多采用单一碳源(如乙酸)验证短SRT-EBPR可行性，但实际污水中复杂的碳源组成(包括糖类、氨基酸等)可能显著影响微生物群落功能。

为解决这一瓶颈问题，中国的研究团队在《Water Research X》发表了一项开创性研究。通过构建长期运行的序批式反应器(SBR)，系统考察了SRT从8天逐步降至3天过程中，模拟生活污水的混合碳源(葡萄糖/乙酸/丙酸/水解酪蛋白)对EBPR性能的影响。研究采用多组学方法，结合荧光原位杂交(FISH)和16S rRNA测序技术，揭示了短SRT下PAOs的代谢适应机制与群落演替规律。

关键技术包括：(1)建立680天连续运行的SBR系统，分阶段调控SRT(8/5/3天)和有机负荷；(2)采用液相色谱监测胞内聚合物(PHA/糖原)动态；(3)通过FISH-DAPI双染色定量PAOs丰度；(4)Illumina测序解析微生物群落结构。实验接种污泥来自澳大利亚布里斯班污水处理厂，合成废水包含代表性碳源(COD 800 mg/L)和营养盐(NH₄⁺-N 80 mg/L，PO₄^3?-P 80 mg/L)。

长期运行性能
系统在SRT 8/5/3天时分别实现97.7%/97.6%/92.6%的除磷效率，COD去除率均>93%。特别值得注意的是，SRT 3天时虽污泥浓度(MLVSS)降至801 mg/L，但比磷释放速率(PRR)提升至26.0 mg P/g VSS h，显示PAOs的高活性代谢适应。

碳源代谢特征
批次实验揭示VFAs驱动的磷释放量(54.4 mg P/L)显著高于混合碳源(31.6 mg P/L)和单一葡萄糖(29.0 mg P/L)。氨基酸和甘油因难以有效转化为胞内存储物质(PHA/糖原)，导致除磷效能降低。

微生物群落演变
FISH显示Tetrasphaera-PAOs在SRT 8天时占比20.0%，降至3天时仍保持13.7%，但发生从Clade1/2(Tetras1mix探针靶向)向Clade3(Tetras2mix靶向)的转变。Comamonas-PAOs丰度随SRT降低从1.3%增至3.7%，而经典Accumulibacter-PAOs始终低于检测限。

这项研究首次证实了混合碳源条件下短SRT-EBPR的长期稳定性，揭示了Tetrasphaera和Comamonas类PAOs的生态竞争优势。其重要意义在于：(1)突破了传统EBPR对长SRT的依赖，为A/B工艺整合磷回收提供可能；(2)阐明了碳源组成驱动PAOs群落结构的规律，指导污水处理厂碳流优化；(3)发现的Clade3 Tetrasphaera-PAOs可能具备独特的短SRT适应机制，值得后续基因组学研究。该成果为发展"碳中和"污水处理技术提供了关键科学依据。