连续降雨与单次降雨对污水厂生物除磷系统的差异化影响机制及优化策略研究

针对湿天气下污水厂生物除磷（EBPR）效率波动问题，上海研究人员通过区分单次降雨与连续降雨的影响，发现连续降雨导致聚磷菌（PAOs）代谢紊乱、聚羟基脂肪酸酯（PHA）耗竭，并提出缩短好氧水力停留时间（HRT）与降低污泥回流比的优化方案，使EBPR效率提升76.0%、成本降低28.1%，为气候变暖背景下的污水厂稳定运行提供新策略。

　　

在全球气候变化背景下，极端降雨事件频发，给污水处理厂（WWTP）的稳定运行带来严峻挑战。其中，生物除磷（Enhanced Biological Phosphorus Removal, EBPR）系统对湿天气尤为敏感，但传统研究多聚焦单次降雨影响，忽视了连续降雨可能造成的累积效应。这一问题在亚热带季风气候区的上海尤为突出——当地污水厂年均26.2%的天数遭遇单次降雨，9.9%面临连续降雨，而现有措施如化学投加或雨水调蓄池因经济空间限制难以普及。更棘手的是，连续降雨导致进水碳源持续匮乏，引发聚磷菌（Phosphorus-Accumulating Organisms, PAOs）代谢紊乱，但具体机制和应对策略尚不明确。

针对这一空白，上海的研究团队开展了一项突破性研究。他们通过分析全年实际运行数据，首次系统比较了单次降雨与连续降雨对EBPR的差异化影响。研究发现，虽然两类降雨均使进水COD降低7.9%-11.4%，但连续降雨会引发三大关键病理特征：磷释放与吸收过程失衡形成负差值、好氧条件下聚羟基脂肪酸酯（poly-β-hydroxyalkanoates, PHA）储备耗竭，以及norank_f__PHOS-HE36等PAOs菌群丰度显著下降。这些发现揭示了连续降雨通过"碳源饥饿-PHA透支-菌群衰亡"的级联反应导致EBPR崩溃的分子机制。

研究团队进一步采用BioWin 6.2建模提出创新优化方案：将好氧水力停留时间（HRT）从4小时缩短至2.5小时，同时将污泥回流比（RAS）从75%降至50%。模拟显示该策略使EBPR效率提升76.0%，运行成本降低28.1%，成功实现了"减量增效"的目标。这一成果为全球面临类似气候挑战的污水厂提供了可复用的技术模板。

关键技术方法
研究依托上海某32.2km合流制管网污水厂，采集全年水质数据并通过Dixon检验剔除异常值。采用高通量测序分析微生物群落，结合BioWin 6.2构建工艺模型，模拟不同HRT、RAS和混合液回流比（MLR）下的EBPR性能。关键参数包括：连续降雨定义为日降雨>1.5mm且持续≥2天，进水流量超过年均值20%。

主要研究结果

1. 污水厂在干湿天气下的表现
   连续降雨导致EBPR效率较单次降雨额外下降18.7%，且恢复周期延长3倍。微生物分析显示PAOs丰度与PHA储量呈显著正相关（R²>0.82）。

2. 磷代谢扰动机制
   好氧末段PHA浓度在连续降雨时暴跌至<15mgCOD/L，仅为单次降雨的1/3。磷吸收/释放比逆转至0.68±0.12，表明PAOs能量代谢崩溃。

3. 优化策略验证
   模型预测缩短好氧HRT可减少PHA过度氧化，而降低RAS比例能改善系统内聚磷酸盐分布。组合策略使出水TP稳定低于0.3mg/L。

结论与展望
该研究首次揭示连续降雨通过"碳源-PHA-PAOs"三重打击导致EBPR失效的机制，提出的动态调控策略突破传统依赖化学除磷的局限。成果发表于《Journal of Environmental Management》，为气候韧性型污水厂设计提供理论基石。未来可探索AI实时调控HRT与回流比，进一步提升系统抗冲击能力。