廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝的原理、應(yīng)用與生物標(biāo)志物管理策略一、引言1.1研究背景與意義隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，大量含有氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的廢水未經(jīng)有效處理便排入自然水體，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化問題日益嚴(yán)重。水體富營養(yǎng)化是指水體中生物所需的氮、磷等無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)含量過剩，引發(fā)藻類等水生生物異常增殖的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會(huì)造成水體溶解氧含量急劇下降，水質(zhì)惡化，影響水體的生態(tài)功能和使用價(jià)值，對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國主要湖泊中，約75%的水域受到顯著富營養(yǎng)化污染，滇池、巢湖、太湖等淡水湖泊的富營養(yǎng)化程度尤為嚴(yán)重，部分水域甚至喪失了水體功能。在國際上，水體富營養(yǎng)化也已成為全球性的環(huán)境問題，如美國密西西比河農(nóng)業(yè)地區(qū)的河流，因氮、磷含量過高導(dǎo)致富營養(yǎng)化，不僅污染了居民飲用水，還使墨西哥灣水生生物“死亡區(qū)”面積進(jìn)一步擴(kuò)大。磷作為導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵限制因素，其在廢水中的來源廣泛，主要包括生活污水中的含磷有機(jī)物、合成洗滌劑，工業(yè)廢液（如鋼鐵、化工、制藥、造紙等行業(yè)廢水）以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的化肥農(nóng)藥等。廢水中的磷通常以正磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機(jī)磷等形式存在，其中正磷酸鹽和聚磷酸鹽占比較大。這些磷若未經(jīng)有效去除就排放到水體中，會(huì)為藻類等水生生物的過度繁殖提供充足的養(yǎng)分，從而加速水體富營養(yǎng)化進(jìn)程。為了有效控制水體富營養(yǎng)化，降低廢水中磷的排放濃度至關(guān)重要。目前，廢水除磷方法主要包括化學(xué)除磷法、生物除磷法以及化學(xué)-生物聯(lián)合除磷法。化學(xué)除磷法是通過向廢水中投加化學(xué)藥劑，使磷酸根離子與金屬離子結(jié)合生成不溶性磷酸鹽沉淀，從而實(shí)現(xiàn)磷的去除。該方法除磷效率較高，一般可達(dá)75%-85%，處理效果穩(wěn)定可靠，能有效滿足嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，且受溫度影響較小，污泥在處理過程中不會(huì)重新釋放磷造成二次污染。然而，化學(xué)除磷法也存在一些缺點(diǎn)，如運(yùn)行費(fèi)用較高，會(huì)產(chǎn)生大量化學(xué)污泥，且污泥處理難度較大。生物除磷法則是利用聚磷菌等微生物在厭氧-好氧交替環(huán)境下的代謝特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)磷的過量攝取和積累，然后通過排放剩余污泥達(dá)到除磷目的。生物除磷具有運(yùn)行成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，還可利用生物除磷過程中的富磷上清液或者含磷污泥進(jìn)行磷資源的分離和回收，從磷資源回收角度來看更具優(yōu)勢(shì)。但生物除磷工藝的除磷效果易受水質(zhì)、水量、溫度等多種因素影響，穩(wěn)定性較差，且往往難以達(dá)到較高的除磷要求，含磷污泥在后續(xù)處理過程中也容易造成二次污染。單獨(dú)使用化學(xué)除磷或生物除磷方法，都難以在滿足高效除磷的同時(shí)，兼顧經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)境影響以及磷資源回收等多方面的需求。化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝則融合了化學(xué)除磷和生物除磷的優(yōu)點(diǎn)，既能充分發(fā)揮生物除磷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，又能保持化學(xué)除磷系統(tǒng)處理效果的穩(wěn)定性，同時(shí)有利于磷資源的回收利用，成為目前廢水除磷領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。在化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝的運(yùn)行和優(yōu)化過程中，生物標(biāo)志物管理具有重要作用。生物標(biāo)志物是指在生物體內(nèi)存在的、可以測(cè)量的物質(zhì)，其濃度或活性與生物體的生理或病理狀態(tài)密切相關(guān)。在廢水處理領(lǐng)域，生物標(biāo)志物可以反映微生物的代謝活性、群落結(jié)構(gòu)變化以及系統(tǒng)的除磷性能等信息。通過對(duì)生物標(biāo)志物的監(jiān)測(cè)和分析，能夠及時(shí)了解聯(lián)合除磷工藝中微生物的生長狀況和功能發(fā)揮情況，為工藝的調(diào)控和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)，從而提高除磷效率，降低運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)廢水處理的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。例如，某些特定的酶活性可以作為生物標(biāo)志物，反映聚磷菌的代謝活性和除磷能力；微生物群落結(jié)構(gòu)的變化也可以通過分子生物學(xué)技術(shù)檢測(cè)相關(guān)基因的豐度來體現(xiàn)，進(jìn)而評(píng)估工藝對(duì)不同微生物種群的影響。本研究聚焦于廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝及其生物標(biāo)志物管理，旨在深入探究聯(lián)合除磷工藝的作用機(jī)制、運(yùn)行特性以及影響因素，開發(fā)有效的生物標(biāo)志物監(jiān)測(cè)和分析方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)合除磷工藝的精準(zhǔn)調(diào)控和優(yōu)化，為解決水體富營養(yǎng)化問題提供技術(shù)支持和理論依據(jù)，對(duì)于保護(hù)水資源、維護(hù)生態(tài)平衡以及推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝研究現(xiàn)狀國外對(duì)廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝的研究起步較早，在工藝開發(fā)和優(yōu)化方面取得了一系列成果。20世紀(jì)70年代，美國率先開展了對(duì)A/O（厭氧/好氧）工藝與化學(xué)除磷結(jié)合的研究，發(fā)現(xiàn)通過在生物除磷系統(tǒng)中投加鋁鹽或鐵鹽等化學(xué)藥劑，能夠顯著提高除磷效率。隨后，荷蘭Delft大學(xué)開發(fā)了BCFS工藝，該工藝將生物除磷與化學(xué)除磷巧妙結(jié)合，通過控制不同的反應(yīng)階段和條件，實(shí)現(xiàn)了磷的高效去除和回收。在運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化方面，國外學(xué)者進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究。如德國學(xué)者通過對(duì)不同水質(zhì)廢水的處理實(shí)驗(yàn)，明確了化學(xué)藥劑投加量與廢水磷濃度、pH值之間的關(guān)系，指出在pH值為7-8時(shí)，投加適量的鐵鹽能夠達(dá)到最佳的除磷效果。國內(nèi)在廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝研究方面也取得了長足進(jìn)展。近年來，眾多科研機(jī)構(gòu)和高校圍繞聯(lián)合除磷工藝的性能提升、成本降低以及磷資源回收等方面展開深入研究。清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)A2/O（厭氧-缺氧-好氧）工藝進(jìn)行改進(jìn)，在缺氧段和厭氧段分別投加不同的化學(xué)藥劑，不僅提高了除磷效率，還增強(qiáng)了系統(tǒng)的脫氮能力。同濟(jì)大學(xué)針對(duì)城市生活污水，開展了基于序批式活性污泥法（SBR）的化學(xué)-生物聯(lián)合除磷研究，優(yōu)化了反應(yīng)時(shí)間、曝氣量等運(yùn)行參數(shù)，使出水總磷濃度穩(wěn)定達(dá)到國家一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際工程應(yīng)用方面，國內(nèi)許多污水處理廠采用了化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝。如北京某污水處理廠通過在生物處理單元后增設(shè)化學(xué)除磷沉淀單元，有效解決了出水磷超標(biāo)的問題，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。1.2.2生物標(biāo)志物在廢水處理中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀在國外，生物標(biāo)志物在廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用研究較為廣泛。美國環(huán)保署（EPA）早在20世紀(jì)90年代就開始關(guān)注生物標(biāo)志物在評(píng)估廢水處理系統(tǒng)健康狀況和處理效果方面的潛在價(jià)值，并資助了一系列相關(guān)研究項(xiàng)目。一些研究利用微生物群落結(jié)構(gòu)作為生物標(biāo)志物，通過高通量測(cè)序技術(shù)分析活性污泥中微生物的種類和豐度，揭示了微生物群落與廢水處理性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。例如，澳大利亞的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在生物除磷系統(tǒng)中，聚磷菌（PAOs）的相對(duì)豐度與除磷效率呈正相關(guān)，可將其作為評(píng)估除磷效果的生物標(biāo)志物。國內(nèi)在生物標(biāo)志物應(yīng)用于廢水處理方面的研究也逐漸增多。浙江大學(xué)的研究人員通過對(duì)不同運(yùn)行條件下的污水處理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，篩選出了一些與脫氮除磷性能密切相關(guān)的酶活性生物標(biāo)志物，如堿性磷酸酶和硝酸還原酶，這些酶的活性變化能夠及時(shí)反映系統(tǒng)的處理效能。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)則利用熒光原位雜交（FISH）技術(shù)，對(duì)活性污泥中的特定微生物種群進(jìn)行定量分析，將特定微生物的數(shù)量變化作為生物標(biāo)志物，為污水處理工藝的優(yōu)化提供了有力依據(jù)。1.2.3研究不足與展望盡管國內(nèi)外在廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝及其生物標(biāo)志物管理方面取得了一定的研究成果，但仍存在一些不足之處。在聯(lián)合除磷工藝方面，不同工藝組合的協(xié)同作用機(jī)制尚未完全明晰，導(dǎo)致在實(shí)際工程應(yīng)用中難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控。此外，化學(xué)藥劑的投加對(duì)生物系統(tǒng)的長期影響研究較少，如何在保證除磷效果的同時(shí)，降低化學(xué)藥劑對(duì)微生物群落的負(fù)面影響，有待進(jìn)一步深入探討。在生物標(biāo)志物研究方面，目前篩選出的生物標(biāo)志物大多僅適用于特定的廢水處理工藝和水質(zhì)條件，缺乏通用性和普適性。而且，生物標(biāo)志物的檢測(cè)方法仍存在操作復(fù)雜、成本較高等問題，限制了其在實(shí)際工程中的廣泛應(yīng)用。未來的研究可以朝著深入揭示聯(lián)合除磷工藝的協(xié)同作用機(jī)制，開發(fā)更加高效、環(huán)保的化學(xué)藥劑，以及篩選出具有廣泛適用性的生物標(biāo)志物和建立簡單、快速、低成本的檢測(cè)方法等方向展開，以推動(dòng)廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝及其生物標(biāo)志物管理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究旨在深入探究廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝及其生物標(biāo)志物管理，具體研究內(nèi)容如下：化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝原理及常見工藝分析：系統(tǒng)剖析化學(xué)除磷和生物除磷的基本原理，深入研究二者聯(lián)合作用的機(jī)制，明確不同工藝組合中化學(xué)藥劑與微生物之間的協(xié)同關(guān)系。對(duì)A/O、A2/O、SBR等常見的化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝進(jìn)行詳細(xì)闡述，分析各工藝的工藝流程、運(yùn)行特點(diǎn)以及在不同水質(zhì)條件下的除磷效果，探討其優(yōu)勢(shì)與局限性，為后續(xù)的工藝優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。生物標(biāo)志物在聯(lián)合除磷工藝中的應(yīng)用研究：全面梳理適用于廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝的生物標(biāo)志物種類，包括微生物群落結(jié)構(gòu)、特定酶活性、基因表達(dá)水平等。深入研究這些生物標(biāo)志物與聯(lián)合除磷工藝性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，建立生物標(biāo)志物與除磷效率、微生物活性、系統(tǒng)穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標(biāo)的相關(guān)性模型，為利用生物標(biāo)志物評(píng)估和預(yù)測(cè)聯(lián)合除磷工藝性能提供科學(xué)依據(jù)。聯(lián)合除磷工藝的生物標(biāo)志物管理策略：基于對(duì)生物標(biāo)志物的研究，制定切實(shí)可行的生物標(biāo)志物監(jiān)測(cè)方案，明確監(jiān)測(cè)指標(biāo)、監(jiān)測(cè)頻率和監(jiān)測(cè)方法，確保能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取生物標(biāo)志物信息。依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，深入分析聯(lián)合除磷工藝的運(yùn)行狀況，制定針對(duì)性的調(diào)控策略，如調(diào)整化學(xué)藥劑投加量、優(yōu)化反應(yīng)條件、調(diào)控微生物群落結(jié)構(gòu)等，以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合除磷工藝的高效穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，建立生物標(biāo)志物數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)的研究和工程應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。實(shí)際案例分析與工程應(yīng)用：選取多個(gè)采用化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝的污水處理廠作為實(shí)際案例，深入分析其工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)和生物標(biāo)志物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，評(píng)估工藝的實(shí)際運(yùn)行效果和生物標(biāo)志物管理策略的有效性?？偨Y(jié)實(shí)際工程應(yīng)用中存在的問題和挑戰(zhàn)，提出相應(yīng)的解決方案和改進(jìn)措施，為化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝及其生物標(biāo)志物管理技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。1.3.2研究方法本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究的全面性、科學(xué)性和可靠性，具體研究方法如下：實(shí)驗(yàn)研究：搭建實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的化學(xué)-生物聯(lián)合除磷實(shí)驗(yàn)裝置，模擬不同的廢水水質(zhì)和運(yùn)行條件，開展化學(xué)-生物聯(lián)合除磷實(shí)驗(yàn)。通過改變化學(xué)藥劑投加量、反應(yīng)時(shí)間、曝氣量等參數(shù)，研究各因素對(duì)除磷效果的影響規(guī)律。同時(shí)，利用分子生物學(xué)技術(shù)、酶活性檢測(cè)技術(shù)等，分析不同運(yùn)行條件下生物標(biāo)志物的變化情況，探究生物標(biāo)志物與聯(lián)合除磷工藝性能之間的關(guān)系。案例分析：對(duì)多個(gè)實(shí)際運(yùn)行的污水處理廠進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，收集其工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和生物標(biāo)志物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和數(shù)據(jù)分析工具，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，評(píng)估化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝在實(shí)際工程中的運(yùn)行效果和生物標(biāo)志物管理策略的實(shí)施效果，總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)和存在的問題，為工藝優(yōu)化和生物標(biāo)志物管理提供實(shí)際參考。文獻(xiàn)綜述：廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，全面了解廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝及其生物標(biāo)志物管理的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)已有的研究成果進(jìn)行系統(tǒng)梳理和總結(jié)，分析現(xiàn)有研究的不足之處，明確本研究的切入點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，為研究工作的開展提供理論支持和研究思路。二、廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝原理2.1化學(xué)除磷原理化學(xué)除磷是通過向廢水中投加化學(xué)藥劑，使藥劑中的金屬離子與磷酸根離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶性的磷酸鹽沉淀，從而實(shí)現(xiàn)磷從廢水中的分離去除。其核心反應(yīng)過程基于金屬鹽與磷酸鹽之間的沉淀反應(yīng)，這一過程涉及復(fù)雜的化學(xué)平衡和離子交換。常用的化學(xué)除磷藥劑主要有鋁鹽、鐵鹽和鈣鹽。鋁鹽如硫酸鋁（Al_2(SO_4)_3）、聚合氯化鋁（PAC）等，在水中會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生鋁離子（Al^{3+}）。鋁離子能與磷酸根離子（PO_4^{3-}）結(jié)合，形成難溶性的磷酸鋁（AlPO_4）沉淀，其化學(xué)反應(yīng)方程式為：Al^{3+}+PO_4^{3-}\longrightarrowAlPO_4\downarrow。在適宜的pH值條件下，該反應(yīng)能較為迅速地進(jìn)行，使磷酸根離子從溶液中轉(zhuǎn)移至固相沉淀中。鐵鹽包括三氯化鐵（FeCl_3）、硫酸鐵（Fe_2(SO_4)_3）和硫酸亞鐵（FeSO_4）等。以三氯化鐵為例，其在水中解離出鐵離子（Fe^{3+}），與磷酸根離子反應(yīng)生成磷酸鐵（FePO_4）沉淀，反應(yīng)方程式為：Fe^{3+}+PO_4^{3-}\longrightarrowFePO_4\downarrow。硫酸亞鐵在使用時(shí)，若污水中含有足夠的溶解氧，亞鐵離子（Fe^{2+}）可被氧化為鐵離子，進(jìn)而參與除磷反應(yīng)。鐵鹽除磷效果受多種因素影響，在不同水質(zhì)條件下，其反應(yīng)速率和沉淀性能會(huì)有所差異。鈣鹽通常采用氫氧化鈣（Ca(OH)_2），即熟石灰。氫氧化鈣投入廢水中后，會(huì)解離出鈣離子（Ca^{2+}）。隨著pH值的升高，鈣離子與磷酸根離子反應(yīng)生成羥基磷灰石（Ca_5(PO_4)_3OH）沉淀，反應(yīng)方程式為：5Ca^{2+}+3PO_4^{3-}+OH^-\longrightarrowCa_5(PO_4)_3OH\downarrow。該反應(yīng)對(duì)pH值要求較為嚴(yán)格，一般需將pH值調(diào)節(jié)至較高范圍，通常在8.5以上，才能保證較好的除磷效果。在實(shí)際化學(xué)除磷過程中，除了上述沉淀反應(yīng)外，還伴隨著化學(xué)絮凝作用。當(dāng)金屬鹽投入廢水后，生成的細(xì)小磷酸鹽沉淀會(huì)相互碰撞、聚集，形成較大的絮凝體，這一過程有助于沉淀的分離和沉降。同時(shí)，金屬離子與水中的氫氧根離子也會(huì)發(fā)生反應(yīng)，生成金屬氫氧化物沉淀，如氫氧化鋁（Al(OH)_3）和氫氧化鐵（Fe(OH)_3）。這些金屬氫氧化物沉淀不僅能吸附污水中的膠體物質(zhì)和細(xì)微懸浮顆粒，還能與磷酸鹽沉淀相互交織，進(jìn)一步促進(jìn)絮凝體的形成和沉降?；瘜W(xué)除磷效果受到諸多因素的影響。pH值是一個(gè)關(guān)鍵因素，不同的金屬鹽在不同的pH值范圍內(nèi)具有最佳的除磷效果。對(duì)于鋁鹽，其最佳除磷的pH值范圍通常在6.0-7.0之間，在這個(gè)pH值區(qū)間內(nèi)，磷酸鋁的溶解度最小，有利于沉淀的生成。當(dāng)pH值過高或過低時(shí)，鋁離子可能會(huì)形成氫氧化鋁膠體或其他可溶性鋁化合物，從而降低除磷效率。鐵鹽的最佳除磷pH值范圍一般為5.0-5.5，在此范圍內(nèi)，磷酸鐵沉淀的生成較為完全。若pH值偏離此范圍，鐵鹽的水解和沉淀反應(yīng)會(huì)受到影響，導(dǎo)致除磷效果變差。鈣鹽除磷時(shí)，需要將pH值提高到8.5以上，才能使磷酸鈣沉淀充分生成，但過高的pH值可能會(huì)導(dǎo)致其他問題，如水中的碳酸鹽形成碳酸鈣沉淀，造成管道結(jié)垢等。金屬鹽的投加量也對(duì)除磷效果有顯著影響。理論上，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式，去除一定量的磷需要相應(yīng)化學(xué)計(jì)量的金屬離子。在實(shí)際應(yīng)用中，由于反應(yīng)的不完全性以及其他因素的干擾，往往需要投加過量的金屬鹽才能達(dá)到理想的除磷效果。投加量不足會(huì)導(dǎo)致磷去除不徹底，而出水磷濃度超標(biāo)；投加量過多則不僅會(huì)增加處理成本，還可能帶來一些負(fù)面影響，如產(chǎn)生大量化學(xué)污泥，增加污泥處理的難度和成本，同時(shí)可能導(dǎo)致出水的金屬離子濃度超標(biāo)，對(duì)環(huán)境造成二次污染。水質(zhì)特性，如污水中有機(jī)物、懸浮物、堿度等的含量，也會(huì)影響化學(xué)除磷效果。污水中的有機(jī)物可能會(huì)與金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，從而影響金屬離子與磷酸根離子的結(jié)合，降低除磷效率。懸浮物較多時(shí)，可能會(huì)干擾沉淀過程，影響沉淀的分離效果。堿度則會(huì)影響廢水的pH值緩沖能力，進(jìn)而影響金屬鹽的水解和沉淀反應(yīng)。當(dāng)堿度較高時(shí)，廢水的pH值相對(duì)穩(wěn)定，有利于化學(xué)除磷反應(yīng)的進(jìn)行；而堿度較低時(shí)，投加金屬鹽可能會(huì)導(dǎo)致pH值發(fā)生較大變化，影響除磷效果。2.2生物除磷原理2.2.1聚磷菌（PAO）代謝機(jī)制生物除磷主要依賴聚磷菌（PAO）在厭氧-好氧交替環(huán)境下獨(dú)特的代謝特性來實(shí)現(xiàn)。聚磷菌是一類能夠在細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存多聚磷酸鹽的微生物，其代謝過程涉及復(fù)雜的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量代謝。在厭氧條件下，聚磷菌處于壓抑狀態(tài)，由于缺乏分子氧和硝酸鹽等電子受體，其代謝活動(dòng)受到一定限制。為了獲取維持自身生存和生長所需的能量，聚磷菌會(huì)分解細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存的多聚磷酸鹽（Poly-P）。多聚磷酸鹽是由多個(gè)磷酸基團(tuán)通過高能磷酸鍵連接而成的聚合物，其分解過程會(huì)釋放出大量能量，這些能量以三磷酸腺苷（ATP）的形式儲(chǔ)存。ATP水解產(chǎn)生二磷酸腺苷（ADP）和磷酸根離子（PO_4^{3-}），同時(shí)釋放出能量，反應(yīng)式可表示為：ATP\longrightarrowADP+Pi+能量。聚磷菌利用這些釋放的能量，以主動(dòng)運(yùn)輸?shù)姆绞綇膹U水中攝取揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）等低分子有機(jī)物，如乙酸、丙酸等，并將其運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)。在細(xì)胞內(nèi)，這些低分子有機(jī)物被同化成聚β-羥基丁酸（PHB）等儲(chǔ)能物質(zhì)，反應(yīng)過程可簡單表示為：VFAs\longrightarrowPHB。這一過程導(dǎo)致聚磷菌細(xì)胞內(nèi)的磷含量降低，同時(shí)將大量的磷酸根離子釋放到廢水中，使廢水中的磷濃度升高，完成磷的釋放過程。當(dāng)聚磷菌進(jìn)入好氧環(huán)境后，其代謝活動(dòng)發(fā)生顯著變化。此時(shí)，聚磷菌利用細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存的PHB作為碳源和能源進(jìn)行氧化分解。PHB的氧化分解會(huì)產(chǎn)生質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力（PMF），這是一種跨膜的電化學(xué)梯度，蘊(yùn)含著能量。質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)細(xì)胞外的磷酸根離子通過主動(dòng)運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。在細(xì)胞內(nèi)，磷酸根離子與ADP結(jié)合，利用PHB氧化產(chǎn)生的能量合成ATP，反應(yīng)式為：ADP+Pi+能量\longrightarrowATP。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的ATP濃度較高時(shí)，聚磷菌會(huì)將過剩的磷酸根離子聚合成多聚磷酸鹽，儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)，形成異染顆粒。這一過程使得聚磷菌細(xì)胞內(nèi)的磷含量大幅增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其正常生長所需的磷量，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢水中磷的過量攝取。通過排放富含磷的剩余污泥，即可將廢水中的磷從系統(tǒng)中去除，達(dá)到生物除磷的目的。聚磷菌的代謝過程受到多種因素的調(diào)控。溫度對(duì)聚磷菌的生長和代謝活性有顯著影響，適宜的溫度范圍一般為20-30℃。在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，聚磷菌的酶活性較高，能夠有效地進(jìn)行物質(zhì)代謝和能量轉(zhuǎn)換。當(dāng)溫度低于10℃時(shí)，聚磷菌的代謝速率明顯下降，除磷效果受到影響；而當(dāng)溫度高于35℃時(shí)，聚磷菌的生長和代謝可能會(huì)受到抑制，甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡。pH值也是影響聚磷菌代謝的重要因素，其適宜的pH值范圍通常在6.5-8.0之間。在酸性條件下，聚磷菌的細(xì)胞膜通透性可能會(huì)發(fā)生改變，影響其對(duì)底物的攝取和代謝產(chǎn)物的排出；在堿性條件下，可能會(huì)導(dǎo)致某些酶的活性降低，從而影響聚磷菌的代謝過程。此外，污水中的碳源種類和濃度對(duì)聚磷菌的代謝也至關(guān)重要。聚磷菌在厭氧階段需要充足的易生物降解碳源，如VFAs，才能有效地進(jìn)行磷的釋放和PHB的合成。如果污水中碳源不足或碳源的可生物降解性較差，聚磷菌的代謝活性會(huì)受到抑制，進(jìn)而影響生物除磷效果。2.2.2反硝化除磷菌（DPB）代謝機(jī)制反硝化除磷菌（DPB）是一類特殊的微生物，它們能夠在缺氧條件下，以硝酸鹽（NO_3^-）或亞硝酸鹽（NO_2^-）作為電子受體，同時(shí)進(jìn)行反硝化脫氮和除磷過程，實(shí)現(xiàn)“一碳兩用”，具有高效的脫氮除磷能力。DPB的代謝機(jī)制與聚磷菌有相似之處，但也存在明顯差異。在厭氧條件下，DPB的代謝過程與聚磷菌基本相同。由于缺乏電子受體，DPB分解細(xì)胞內(nèi)的多聚磷酸鹽，產(chǎn)生ATP，利用ATP的能量攝取污水中的揮發(fā)性脂肪酸等低分子有機(jī)物，并將其轉(zhuǎn)化為聚β-羥基丁酸（PHB）儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)將磷酸根離子釋放到污水中，完成磷的釋放過程。這一過程的化學(xué)反應(yīng)和物質(zhì)轉(zhuǎn)化與聚磷菌在厭氧階段的代謝一致，都是通過多聚磷酸鹽的分解獲取能量，用于攝取和儲(chǔ)存碳源，同時(shí)釋放磷。當(dāng)DPB處于缺氧環(huán)境時(shí)，其代謝過程展現(xiàn)出獨(dú)特之處。此時(shí)，DPB利用細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存的PHB作為碳源和電子供體，以硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行反硝化作用。在反硝化過程中，硝酸鹽或亞硝酸鹽被逐步還原為氮?dú)猓∟_2），反應(yīng)過程如下：NO_3^-\longrightarrowNO_2^-\longrightarrowNO\longrightarrowN_2O\longrightarrowN_2。DPB在進(jìn)行反硝化的同時(shí)，利用反硝化過程中產(chǎn)生的能量攝取污水中的磷酸根離子，并將其聚合成多聚磷酸鹽儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)磷的吸收。這一過程將反硝化脫氮和除磷兩個(gè)過程有機(jī)結(jié)合，減少了傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝中對(duì)碳源的需求，提高了處理效率。與聚磷菌相比，DPB具有一些顯著的優(yōu)勢(shì)。DPB能夠在缺氧條件下進(jìn)行除磷，避免了傳統(tǒng)聚磷菌在好氧條件下吸磷時(shí)對(duì)氧氣的需求，降低了曝氣能耗。在低碳源污水的處理中，DPB能夠更有效地利用有限的碳源，實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷，而聚磷菌在碳源不足時(shí)，除磷效果會(huì)受到較大影響。DPB的存在還可以減少剩余污泥的產(chǎn)量，因?yàn)槠湓诖x過程中能夠更充分地利用底物，降低了微生物的增殖速率。DPB的代謝過程也受到多種因素的影響。污水中的碳氮比（C/N）對(duì)DPB的生長和代謝有重要影響。適宜的C/N比一般在4-6之間，當(dāng)C/N比過低時(shí)，碳源不足，DPB無法充分進(jìn)行反硝化和除磷過程；當(dāng)C/N比過高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致氮源相對(duì)不足，影響反硝化效果。溶解氧（DO）是影響DPB代謝的關(guān)鍵因素之一。DPB需要在嚴(yán)格的厭氧和缺氧條件下才能正常發(fā)揮其代謝功能，當(dāng)厭氧段或缺氧段存在溶解氧時(shí)，會(huì)抑制DPB的釋磷和反硝化吸磷過程。溫度和pH值對(duì)DPB的代謝也有一定影響，其適宜的溫度范圍為20-30℃，適宜的pH值范圍為6.5-7.5。在這些條件下，DPB的酶活性較高，能夠保證其代謝過程的順利進(jìn)行。2.3聯(lián)合除磷協(xié)同作用機(jī)制化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝的協(xié)同作用機(jī)制主要體現(xiàn)在化學(xué)除磷和生物除磷兩個(gè)過程的相互補(bǔ)充和促進(jìn)上，這種協(xié)同關(guān)系使得聯(lián)合工藝在除磷效率、穩(wěn)定性以及成本效益等方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。在化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝中，化學(xué)藥劑的投加對(duì)生物除磷微生物的代謝活動(dòng)有著復(fù)雜的影響。適量的金屬鹽類化學(xué)藥劑（如鋁鹽、鐵鹽等）投加在生物除磷系統(tǒng)中，能夠?yàn)槲⑸锾峁┮欢ǖ奈⒘吭兀龠M(jìn)微生物的生長和代謝。鐵元素是微生物體內(nèi)許多酶的重要組成成分，適量的鐵鹽投加可以提高聚磷菌等微生物體內(nèi)相關(guān)酶的活性，增強(qiáng)其對(duì)磷的攝取和儲(chǔ)存能力，從而提升生物除磷效果?；瘜W(xué)藥劑與污水中的磷酸鹽反應(yīng)生成的沉淀物，在一定程度上可以作為微生物的載體，為微生物提供附著生長的表面，有利于微生物形成穩(wěn)定的生物絮體結(jié)構(gòu)，提高微生物在系統(tǒng)中的留存率和活性。若化學(xué)藥劑投加過量，則可能對(duì)生物除磷微生物產(chǎn)生抑制作用。高濃度的金屬離子會(huì)改變微生物細(xì)胞膜的通透性，影響細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的交換和運(yùn)輸，干擾微生物的正常代謝過程。清華大學(xué)的研究表明，當(dāng)鋁鹽投加量達(dá)到一定濃度時(shí)，會(huì)對(duì)活性污泥中的硝化細(xì)菌和聚磷菌的活性產(chǎn)生明顯抑制，導(dǎo)致生物除磷效率和脫氮效率下降。在聯(lián)合除磷工藝中，需要精確控制化學(xué)藥劑的投加量，以充分發(fā)揮其對(duì)生物除磷微生物的促進(jìn)作用，同時(shí)避免抑制作用的產(chǎn)生。生物過程對(duì)化學(xué)沉淀也具有重要的促進(jìn)作用。生物處理階段通過微生物的代謝活動(dòng)，能夠改變污水的水質(zhì)特性，為后續(xù)的化學(xué)沉淀創(chuàng)造更有利的條件。在生物處理過程中，微生物將污水中的大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物，降低了污水的有機(jī)負(fù)荷，減少了有機(jī)物對(duì)化學(xué)沉淀反應(yīng)的干擾。聚磷菌在厭氧條件下釋放磷的過程，會(huì)使污水中的磷酸鹽濃度升高，這在一定程度上增加了化學(xué)沉淀反應(yīng)的底物濃度，有利于化學(xué)藥劑與磷酸鹽更充分地反應(yīng)，提高化學(xué)沉淀的效率。生物處理過程中產(chǎn)生的微生物代謝產(chǎn)物，如胞外聚合物（EPS）等，具有一定的絮凝作用。EPS能夠吸附污水中的懸浮顆粒和膠體物質(zhì)，促進(jìn)化學(xué)沉淀過程中絮凝體的形成和長大，改善沉淀性能，提高固液分離效果。在A2/O聯(lián)合除磷工藝中，生物處理段產(chǎn)生的EPS可以與化學(xué)藥劑生成的磷酸鹽沉淀相互交織，形成更大、更密實(shí)的絮凝體，從而提高沉淀速度和除磷效果?；瘜W(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝通過化學(xué)藥劑與微生物之間的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢水中磷的高效去除。在實(shí)際應(yīng)用中，深入理解這種協(xié)同作用機(jī)制，對(duì)于優(yōu)化聯(lián)合除磷工藝的運(yùn)行參數(shù)、提高除磷效率、降低運(yùn)行成本具有重要意義。通過合理調(diào)控化學(xué)藥劑的投加量和生物處理的運(yùn)行條件，可以充分發(fā)揮聯(lián)合除磷工藝的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)廢水處理的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。三、常見廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝3.1A2/O工藝A2/O工藝，即厭氧-缺氧-好氧工藝（Anaerobic-Anoxic-OxicProcess），是在厭氧-好氧（A/O）除磷工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，于20世紀(jì)70年代由美國專家開發(fā)。該工藝通過將厭氧、缺氧、好氧三種不同的環(huán)境條件進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，利用不同種類微生物菌群的代謝特性，實(shí)現(xiàn)了在同一系統(tǒng)中同時(shí)去除有機(jī)物、脫氮和除磷的功能，是一種較為典型且應(yīng)用廣泛的廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝。A2/O工藝的基本工藝流程較為清晰。污水首先進(jìn)入?yún)捬醭?，同時(shí)從二沉池回流的含磷污泥也一同進(jìn)入?yún)捬醭亍Ｔ趨捬醭刂?，聚磷菌處于厭氧環(huán)境，此時(shí)聚磷菌體內(nèi)的多聚磷酸鹽分解，釋放出磷酸根離子，同時(shí)攝取污水中的揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）等易生物降解的有機(jī)物，并將其轉(zhuǎn)化為聚β-羥基丁酸（PHB）儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)。這一過程使得污水中的磷濃度升高，同時(shí)有機(jī)物被微生物吸收利用，BOD5濃度下降。由于厭氧條件下沒有分子氧和硝酸鹽等電子受體，聚磷菌主要通過水解多聚磷酸鹽獲取能量，用于攝取碳源和合成儲(chǔ)能物質(zhì)。經(jīng)過厭氧池處理后的污水流入缺氧池。在缺氧池中，反硝化菌利用污水中剩余的有機(jī)物作為碳源，將從好氧池回流過來的混合液中的硝酸鹽（NO_3^-）和亞硝酸鹽（NO_2^-）還原為氮?dú)猓∟_2），釋放到空氣中。這一過程實(shí)現(xiàn)了脫氮功能，同時(shí)污水中的BOD5進(jìn)一步被消耗，濃度繼續(xù)下降。反硝化過程中，硝酸鹽和亞硝酸鹽作為電子受體，被反硝化菌逐步還原，反應(yīng)過程涉及一系列復(fù)雜的酶促反應(yīng)。缺氧池處理后的污水進(jìn)入好氧池。在好氧池中，曝氣設(shè)備持續(xù)向混合液中充入空氣或氧氣，為好氧微生物提供充足的溶解氧。好氧微生物對(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)行徹底的分解代謝，將其氧化為二氧化碳和水，使BOD5濃度大幅降低。好氧池中進(jìn)行硝化反應(yīng)，氨氮（NH_4^+-N）在硝化細(xì)菌的作用下，先被氧化為亞硝酸鹽，再進(jìn)一步氧化為硝酸鹽。聚磷菌在好氧條件下，利用細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存的PHB作為碳源和能源，攝取污水中的磷酸根離子，合成多聚磷酸鹽并儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)磷的過量攝取。這一過程使得污水中的磷含量顯著下降。經(jīng)過好氧池處理后的混合液流入二沉池進(jìn)行泥水分離。沉淀下來的污泥一部分作為回流污泥返回厭氧池前端，以維持系統(tǒng)中微生物的數(shù)量和活性；另一部分則作為剩余污泥排出系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)磷的去除。二沉池分離出的上清液即為處理后的出水，其水質(zhì)得到顯著改善，BOD5、氨氮、總磷等污染物濃度大幅降低，可達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際運(yùn)行中，A2/O工藝展現(xiàn)出了一定的脫氮除磷效果。據(jù)相關(guān)研究和實(shí)際工程數(shù)據(jù)表明，該工藝對(duì)BOD5和SS的去除效率一般能達(dá)到90%-95%，對(duì)總氮的去除率可達(dá)70%以上，對(duì)磷的去除率約為90%左右。在處理城市生活污水時(shí)，若進(jìn)水水質(zhì)較為穩(wěn)定，經(jīng)過A2/O工藝處理后，出水的BOD5濃度可降至20mg/L以下，總氮濃度可降低至15mg/L左右，總磷濃度可控制在1mg/L以下，能夠滿足國家一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。A2/O工藝具有諸多優(yōu)點(diǎn)。該工藝將厭氧、缺氧、好氧三種環(huán)境條件和不同微生物菌群有機(jī)結(jié)合，在同一系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了有機(jī)物去除、脫氮和除磷的功能，無需額外增加單獨(dú)的脫氮或除磷處理單元，工藝流程相對(duì)簡單，占地面積較小。A2/O工藝的污染物去除效率較高，運(yùn)行穩(wěn)定性較好，對(duì)水質(zhì)和水量的變化具有一定的耐沖擊負(fù)荷能力。當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)發(fā)生一定程度的波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的微生物能夠通過自身的代謝調(diào)節(jié)，適應(yīng)環(huán)境變化，保持較好的處理效果。在厭氧-缺氧-好氧交替運(yùn)行的條件下，絲狀菌不易大量繁殖，污泥的沉降性能良好，污泥體積指數(shù)（SVI）一般小于100，不易發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象，有利于二沉池的泥水分離和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。A2/O工藝也存在一些局限性。脫氮效果受混合液回流比大小的影響較大，為了保證較好的脫氮效果，需要較大的混合液回流比，這會(huì)增加能耗和運(yùn)行成本。若混合液回流比過小，從好氧池回流至缺氧池的硝酸鹽量不足，反硝化反應(yīng)不充分，導(dǎo)致總氮去除率降低。除磷效果受回流污泥中夾帶的溶解氧（DO）和硝酸態(tài)氧的影響。當(dāng)回流污泥中含有較多的DO和硝酸態(tài)氧時(shí)，會(huì)破壞厭氧池的厭氧環(huán)境，抑制聚磷菌的釋磷過程，從而降低除磷效率。傳統(tǒng)A2/O工藝屬于單泥系統(tǒng)，聚磷菌、反硝化菌和硝化菌等功能微生物混合生長于同一系統(tǒng)中，而各類微生物實(shí)現(xiàn)其功能最大化所需的泥齡不同。自養(yǎng)硝化菌的世代周期較長，需要較長的泥齡才能成為優(yōu)勢(shì)菌群；而聚磷菌屬短世代周期微生物，泥齡過長會(huì)影響其除磷效果。這種泥齡的矛盾使得在實(shí)際運(yùn)行中難以同時(shí)兼顧脫氮和除磷的最佳效果。在碳源競爭方面，當(dāng)進(jìn)水碳源不足時(shí)，前端厭氧區(qū)聚磷菌吸收進(jìn)水中揮發(fā)性脂肪酸及醇類等易降解發(fā)酵產(chǎn)物完成其細(xì)胞內(nèi)PHAs的合成，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)缺氧區(qū)沒有足夠的優(yōu)質(zhì)碳源供反硝化菌利用，抑制反硝化潛力的充分發(fā)揮，降低系統(tǒng)對(duì)總氮的脫除效率。以某城市污水處理廠為例，該廠采用A2/O工藝處理城市生活污水，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為10萬m3/d。在實(shí)際運(yùn)行過程中，當(dāng)進(jìn)水BOD5為200-300mg/L、總氮為30-40mg/L、總磷為4-5mg/L時(shí)，通過合理控制工藝參數(shù)，如厭氧池停留時(shí)間為1.5-2.0h、缺氧池停留時(shí)間為2.0-2.5h、好氧池停留時(shí)間為4.0-5.0h，混合液回流比控制在200%-300%，污泥回流比為50%-100%，出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)到國家一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。該廠也遇到了一些問題，如在夏季高溫時(shí)期，由于微生物代謝活性增強(qiáng)，對(duì)碳源的需求增加，而此時(shí)進(jìn)水碳源相對(duì)不足，導(dǎo)致脫氮效果有所下降。在冬季低溫時(shí)，硝化細(xì)菌的活性受到抑制，氨氮的去除效率降低。針對(duì)這些問題，該廠采取了補(bǔ)充外碳源、調(diào)整曝氣強(qiáng)度和優(yōu)化污泥回流比等措施，有效改善了工藝的運(yùn)行效果。3.2Phostrip工藝Phostrip工藝由Levin在1965年首次提出，是一種將生物除磷與化學(xué)沉淀相結(jié)合的廢水處理工藝，在廢水除磷領(lǐng)域具有獨(dú)特的地位和應(yīng)用價(jià)值。該工藝的基本流程是在常規(guī)活性污泥法的污泥回流管線上增設(shè)一個(gè)厭氧脫磷池和化學(xué)沉淀池。具體來說，部分回流污泥（通常約為進(jìn)水量的10%-20%）通過旁流進(jìn)入?yún)捬趺摿壮?，在厭氧條件下，聚磷菌處于壓抑狀態(tài)，細(xì)胞內(nèi)的多聚磷酸鹽分解，釋放出磷酸根離子，完成磷的釋放過程。這一過程中，聚磷菌利用分解多聚磷酸鹽產(chǎn)生的能量攝取污水中的揮發(fā)性脂肪酸等有機(jī)物，并將其轉(zhuǎn)化為聚β-羥基丁酸（PHB）儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)。脫磷后的污泥回流到曝氣池中，在好氧條件下繼續(xù)攝取污水中的磷，實(shí)現(xiàn)磷的過量吸收。厭氧脫磷池的上清液含有高濃度的磷，可高達(dá)100mg/L以上，將此上清液排入石灰混凝沉淀池進(jìn)行化學(xué)處理。在石灰混凝沉淀池中，鈣離子與磷酸根離子反應(yīng)生成磷酸鈣沉淀，從而將磷從水中去除。沉淀后的污泥可作為農(nóng)業(yè)肥料，實(shí)現(xiàn)磷資源的回收利用，而混凝沉淀池出水則流入初沉池再進(jìn)行后續(xù)處理。Phostrip工藝具有高效的除磷能力，其獨(dú)特的生物除磷與化學(xué)沉淀相結(jié)合的方式，使其除磷效果顯著優(yōu)于單一的生物除磷或化學(xué)除磷工藝。生物除磷過程中，聚磷菌通過厭氧釋磷和好氧吸磷的代謝活動(dòng)，將污水中的磷轉(zhuǎn)移到污泥中；化學(xué)沉淀過程則進(jìn)一步去除了生物處理后殘留的磷，使出水總磷濃度能夠穩(wěn)定達(dá)到較低水平。據(jù)相關(guān)研究和實(shí)際工程數(shù)據(jù)顯示，Phostrip工藝對(duì)磷的去除率可達(dá)95%以上，出水總磷濃度一般可控制在1mg/L以下，能夠滿足嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。該工藝對(duì)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。在生物除磷階段，聚磷菌能夠根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的變化，調(diào)整自身的代謝活動(dòng)。當(dāng)進(jìn)水有機(jī)物濃度較高時(shí)，聚磷菌能夠攝取更多的有機(jī)物并儲(chǔ)存為PHB，為后續(xù)的好氧吸磷提供充足的能量和碳源；當(dāng)進(jìn)水磷濃度發(fā)生波動(dòng)時(shí)，聚磷菌也能通過調(diào)節(jié)自身的釋磷和吸磷過程，維持系統(tǒng)的除磷效果。化學(xué)沉淀階段則可以對(duì)生物處理后的出水進(jìn)行進(jìn)一步的深度處理，即使生物除磷效果因水質(zhì)波動(dòng)受到一定影響，化學(xué)沉淀也能保證最終出水的磷含量達(dá)標(biāo)。Phostrip工藝還具有一些其他優(yōu)點(diǎn)。該工藝產(chǎn)生的污泥中磷含量較高，可達(dá)2.1%-7.1%，污泥肥效高，可作為優(yōu)質(zhì)的農(nóng)業(yè)肥料，實(shí)現(xiàn)磷資源的回收利用，減少了對(duì)環(huán)境的磷排放。污泥的沉降性能良好，污泥容積指數(shù)（SVI）一般低于100mL/g，污泥不易膨脹，易于沉淀濃縮和脫水，有利于污泥的后續(xù)處理和處置。Phostrip工藝也存在一些不足之處。工藝流程相對(duì)復(fù)雜，除了常規(guī)的活性污泥處理單元外，還增設(shè)了厭氧脫磷池和化學(xué)沉淀池，增加了設(shè)備投資和占地面積。運(yùn)行管理要求較高，需要精確控制各處理單元的運(yùn)行參數(shù)，如污泥回流比、厭氧脫磷池的停留時(shí)間、化學(xué)藥劑的投加量等。處理成本相對(duì)較高，化學(xué)沉淀過程需要投加石灰等化學(xué)藥劑，增加了藥劑費(fèi)用，同時(shí)復(fù)雜的工藝流程也導(dǎo)致能耗和維護(hù)成本增加。以德國達(dá)姆斯塔特（Darmstadt）污水處理廠為例，該廠在1988年為滿足新的除磷脫氮要求，對(duì)原有常規(guī)生物活性污泥處理工藝進(jìn)行改造，采用了PhoStrip工藝進(jìn)行生物除磷。改造后的污水處理廠處理效果顯著提升，出水水質(zhì)滿足了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際運(yùn)行過程中，該廠通過合理控制工藝參數(shù)，如將污泥回流比控制在70%-130%，磷厭氧釋放池的停留時(shí)間約為10h，化學(xué)沉淀所需的石灰用量控制在21-31.8mgCa(OH)?/L，確保了工藝的穩(wěn)定運(yùn)行和高效除磷。該廠也面臨著一些挑戰(zhàn)，如化學(xué)藥劑的儲(chǔ)存和投加管理較為繁瑣，需要定期維護(hù)和更新設(shè)備以保證其正常運(yùn)行。3.3氧化溝工藝氧化溝工藝于20世紀(jì)50年代由荷蘭人首創(chuàng)，是一種基于活性污泥法并結(jié)合水動(dòng)力循環(huán)和機(jī)械曝氣行為的污水生物處理工藝。因其構(gòu)造簡單、管理方便且處理效果穩(wěn)定，在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。氧化溝一般呈環(huán)形溝渠狀，污水和活性污泥的混合液在其中持續(xù)循環(huán)流動(dòng)，形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的處理系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，混合液的流動(dòng)路徑長，水力停留時(shí)間（HRT）和污泥齡（SRT）都比較長。這使得污水中的有機(jī)物有足夠的時(shí)間與活性污泥中的微生物充分接觸并發(fā)生反應(yīng)，從而得到較為徹底的分解和去除。其工作原理主要基于活性污泥中的微生物對(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)行分解代謝。微生物通過自身的生命活動(dòng)，將有機(jī)物氧化分解為二氧化碳、水和其他無機(jī)物，并從中獲取維持生命活動(dòng)所需的能量。與此同時(shí)，微生物利用分解有機(jī)物過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物和能量，合成新的細(xì)胞物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)自身的生長和繁殖。氧化溝通過控制溶解氧的濃度，實(shí)現(xiàn)好氧、缺氧交替的環(huán)境。在好氧區(qū)，溶解氧充足，微生物主要進(jìn)行好氧呼吸，將有機(jī)物徹底氧化分解。硝化細(xì)菌在好氧條件下將污水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。在缺氧區(qū)，溶解氧濃度較低，微生物進(jìn)行缺氧呼吸。此時(shí)，反硝化細(xì)菌利用污水中殘留的有機(jī)物作為碳源，將好氧區(qū)產(chǎn)生的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮還原為氮?dú)?，釋放到大氣中，從而?shí)現(xiàn)污水的脫氮處理。部分氧化溝工藝在特定區(qū)域還能實(shí)現(xiàn)厭氧環(huán)境，為聚磷菌的釋磷和吸磷創(chuàng)造條件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生物除磷。氧化溝的基本工藝流程包括預(yù)處理、氧化溝處理、二沉池和污泥處理等環(huán)節(jié)。污水先通過格柵，攔截樹枝、塑料瓶、紙張等較大漂浮物與懸浮物，防止其堵塞或損壞后續(xù)設(shè)備。隨后流入沉砂池，利用重力沉降原理，使砂粒等無機(jī)顆粒沉淀，去除砂粒，避免磨損后續(xù)設(shè)備。預(yù)處理后的污水進(jìn)入氧化溝，與活性污泥充分混合，曝氣設(shè)備控制混合液溶解氧含量，為微生物創(chuàng)造適宜環(huán)境，分解有機(jī)物實(shí)現(xiàn)污水凈化。通過控制氧化溝內(nèi)不同區(qū)域溶解氧濃度，營造好氧、缺氧交替環(huán)境，實(shí)現(xiàn)污水脫氮。從氧化溝流出的混合液進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，活性污泥沉淀，與處理后的水分離。部分沉淀的活性污泥回流至氧化溝前端等合適位置，維持溝內(nèi)活性污泥濃度及處理效果；部分作為剩余污泥排出，保持活性污泥系統(tǒng)微生物新陳代謝平衡。處理后的上清液達(dá)標(biāo)后，可排放至自然水體或回用。從二沉池排出的剩余污泥含大量水分與有機(jī)物，需進(jìn)一步處理。剩余污泥進(jìn)入污泥濃縮池，靠重力沉降分離水分，初步濃縮，減小體積。濃縮后的污泥進(jìn)入消化池，在無氧或微氧條件下，厭氧微生物將有機(jī)物分解為甲烷、二氧化碳等氣體和穩(wěn)定無機(jī)物，實(shí)現(xiàn)減量化、無害化。產(chǎn)生的沼氣可回收用于發(fā)電、供熱等，達(dá)成資源綜合利用。消化后的污泥用離心機(jī)、帶式壓濾機(jī)等機(jī)械脫水設(shè)備進(jìn)一步除水，降低含水率形成泥餅，以便后續(xù)運(yùn)輸。泥餅可根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r選擇填埋、焚燒或其他合適方式處置。氧化溝工藝具有諸多優(yōu)點(diǎn)。處理效果好，通過較長的水力停留時(shí)間和污泥齡，使污水中的有機(jī)物能夠得到充分的分解和去除。通過控制氧化溝內(nèi)的溶解氧濃度，實(shí)現(xiàn)好氧、缺氧交替的環(huán)境，有效地進(jìn)行生物脫氮處理，使出水水質(zhì)能夠達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)。該工藝抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，氧化溝內(nèi)的活性污泥濃度較高，并且混合液在氧化溝內(nèi)不斷循環(huán)流動(dòng)，形成了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)污水的水質(zhì)、水量發(fā)生變化時(shí)，氧化溝內(nèi)的微生物能夠通過自身的調(diào)節(jié)機(jī)制，適應(yīng)環(huán)境的變化，從而保持較好的處理效果。工藝流程簡單，運(yùn)行管理方便，通常不需要設(shè)置初沉池，并且可以將曝氣、沉淀等功能在同一構(gòu)筑物內(nèi)實(shí)現(xiàn)，如采用交替式氧化溝或一體化氧化溝等工藝形式，大大簡化了工藝流程。氧化溝內(nèi)的曝氣設(shè)備、攪拌設(shè)備等運(yùn)行較為穩(wěn)定，自動(dòng)化程度較高，可以通過控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整，減少了人工操作的工作量，降低了運(yùn)行管理的難度，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。污泥產(chǎn)量低，由于氧化溝工藝的污泥齡較長，微生物在系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)歷了較長時(shí)間的內(nèi)源呼吸階段。在內(nèi)源呼吸過程中，微生物利用自身細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行代謝，以維持生命活動(dòng)，從而使微生物的生長繁殖速度減緩，污泥產(chǎn)量相應(yīng)降低。氧化溝工藝還具有節(jié)能降耗的優(yōu)勢(shì)，其環(huán)形循環(huán)設(shè)計(jì)減少了污水提升的能耗，通過合理布置曝氣設(shè)備，可在溝內(nèi)形成好氧-缺氧交替區(qū)域，實(shí)現(xiàn)節(jié)能型脫氮。與傳統(tǒng)活性污泥法相比，氧化溝工藝的能耗可降低10%-20%。氧化溝工藝也存在一些局限性。占地面積較大，由于氧化溝的水力停留時(shí)間長，需要較大的池容來容納污水和活性污泥的混合液，導(dǎo)致其占地面積相對(duì)較大。在土地資源緊張的地區(qū)，這可能會(huì)成為限制氧化溝工藝應(yīng)用的因素之一。設(shè)備投資較高，氧化溝工藝需要配備曝氣設(shè)備、攪拌設(shè)備、污泥回流設(shè)備等多種設(shè)備，且部分設(shè)備的技術(shù)要求較高，如高效的曝氣器和精確的溶解氧控制系統(tǒng)等，這使得設(shè)備投資成本相對(duì)較高。對(duì)自動(dòng)化控制要求高，為了實(shí)現(xiàn)氧化溝內(nèi)好氧、缺氧環(huán)境的精確控制，以及保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)。如果自動(dòng)化控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障或運(yùn)行不穩(wěn)定，可能會(huì)影響氧化溝工藝的處理效果。在實(shí)際應(yīng)用中，氧化溝工藝在城市污水處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。我國許多城市的污水處理廠采用氧化溝工藝，如北京清河污水處理廠、上海白龍港污水處理廠等。這些污水處理廠通過采用氧化溝工藝，有效地處理了城市生活污水和部分工業(yè)廢水，使出水水質(zhì)達(dá)到了國家相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)。在工業(yè)廢水處理方面，對(duì)于一些可生化性較好的工業(yè)廢水，如食品加工廢水、印染廢水等，氧化溝工藝也有一定的應(yīng)用。通過對(duì)氧化溝工藝的優(yōu)化和調(diào)整，能夠適應(yīng)不同工業(yè)廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)廢水中有機(jī)物、氮、磷等污染物的有效去除。3.4其他聯(lián)合除磷工藝除了上述常見的聯(lián)合除磷工藝外，UCT（UniversityofCapeTown）工藝和改良型UCT工藝在廢水處理領(lǐng)域也具有重要地位，它們各自具有獨(dú)特的流程和特點(diǎn)，在除磷效率、成本等方面存在一定差異。UCT工藝由南非開普敦大學(xué)開發(fā)，其工藝流程在傳統(tǒng)A2/O工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化。污水首先進(jìn)入?yún)捬醭?，聚磷菌在厭氧條件下釋放磷，并攝取污水中的揮發(fā)性脂肪酸等有機(jī)物合成聚β-羥基丁酸（PHB）。與A2/O工藝不同的是，UCT工藝將二沉池的回流污泥回流至缺氧池前端，而不是直接回流到厭氧池。從厭氧池流出的混合液進(jìn)入缺氧池，反硝化菌利用污水中的有機(jī)物作為碳源，將從好氧池回流的混合液中的硝酸鹽還原為氮?dú)?，?shí)現(xiàn)脫氮。缺氧池的混合液再流入好氧池，聚磷菌在好氧條件下攝取磷，實(shí)現(xiàn)磷的過量吸收，同時(shí)有機(jī)物被進(jìn)一步分解。好氧池的混合液進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，沉淀后的污泥一部分回流至缺氧池，一部分作為剩余污泥排出。UCT工藝的主要特點(diǎn)在于減少了回流污泥中硝酸鹽對(duì)厭氧池的影響，為聚磷菌創(chuàng)造了更有利的厭氧釋磷環(huán)境。由于回流污泥先進(jìn)入缺氧池，在缺氧池中反硝化菌利用污泥中的碳源將硝酸鹽還原，避免了硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬醭匾种凭哿拙尼屃走^程，從而提高了除磷效率。UCT工藝的脫氮除磷效果相對(duì)穩(wěn)定，能夠適應(yīng)一定程度的水質(zhì)波動(dòng)。改良型UCT工藝則是在UCT工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)而來。在改良型UCT工藝中，增設(shè)了一個(gè)缺氧選擇池，回流污泥首先進(jìn)入缺氧選擇池。在缺氧選擇池中，回流污泥與來自厭氧池的混合液進(jìn)行混合，利用混合液中的有機(jī)物優(yōu)先消耗回流污泥中的硝酸鹽，進(jìn)一步降低進(jìn)入?yún)捬醭氐南跛猁}含量。從缺氧選擇池流出的混合液再進(jìn)入?yún)捬醭兀罄m(xù)流程與UCT工藝相似。改良型UCT工藝的優(yōu)勢(shì)在于進(jìn)一步強(qiáng)化了對(duì)回流污泥中硝酸鹽的去除，使厭氧池的厭氧環(huán)境更加穩(wěn)定，聚磷菌的釋磷過程更加充分。通過增設(shè)缺氧選擇池，提高了系統(tǒng)對(duì)碳源的利用效率，在一定程度上緩解了碳源競爭的問題，從而提高了系統(tǒng)的脫氮除磷效果。在處理低碳源污水時(shí)，改良型UCT工藝能夠更有效地利用有限的碳源，實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷。在除磷效率方面，不同工藝存在一定差異。A2/O工藝的除磷效率一般在90%左右，但受到回流污泥中溶解氧和硝酸鹽的影響，在實(shí)際運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。Phostrip工藝具有較高的除磷效率，可達(dá)95%以上，其獨(dú)特的生物除磷與化學(xué)沉淀相結(jié)合的方式，使得出水總磷濃度能夠穩(wěn)定達(dá)到較低水平。氧化溝工藝的除磷效果相對(duì)較弱，其除磷效率通常在70%-80%之間，主要是因?yàn)檠趸瘻瞎に嚨闹攸c(diǎn)在于有機(jī)物的去除和脫氮，除磷功能相對(duì)較弱。UCT工藝的除磷效率約為92%，通過優(yōu)化回流污泥路徑，減少了硝酸鹽對(duì)厭氧池的干擾，提高了除磷效果。改良型UCT工藝在UCT工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了除磷效率，可達(dá)93%-94%，通過增設(shè)缺氧選擇池，強(qiáng)化了對(duì)硝酸鹽的去除，使聚磷菌的釋磷和吸磷過程更加高效。在成本方面，各工藝也有所不同。A2/O工藝的基建成本相對(duì)較低，但其運(yùn)行成本受到混合液回流比和污泥回流比的影響較大，需要較大的能耗來維持系統(tǒng)的運(yùn)行。Phostrip工藝由于增設(shè)了厭氧脫磷池和化學(xué)沉淀池，增加了設(shè)備投資和占地面積，其基建成本較高，同時(shí)化學(xué)沉淀過程需要投加石灰等化學(xué)藥劑，導(dǎo)致運(yùn)行成本也相對(duì)較高。氧化溝工藝的基建成本適中，但其占地面積較大，在土地資源緊張的地區(qū)，土地成本可能會(huì)增加。氧化溝工藝的運(yùn)行成本相對(duì)較低，由于其獨(dú)特的水力循環(huán)和曝氣方式，能耗較低。UCT工藝的基建成本與A2/O工藝相近，但運(yùn)行成本相對(duì)較低，因?yàn)槠鋬?yōu)化了回流路徑，減少了不必要的能耗。改良型UCT工藝在UCT工藝的基礎(chǔ)上增加了缺氧選擇池，基建成本略有增加，但由于其提高了處理效率，在長期運(yùn)行中，單位處理成本可能會(huì)降低。以某城市污水處理廠為例，該廠在升級(jí)改造時(shí)，對(duì)A2/O工藝和改良型UCT工藝進(jìn)行了對(duì)比分析。在相同的進(jìn)水水質(zhì)條件下，A2/O工藝處理后出水總磷濃度在1.2-1.5mg/L之間，而改良型UCT工藝處理后出水總磷濃度可穩(wěn)定控制在1mg/L以下。從運(yùn)行成本來看，A2/O工藝每月的電費(fèi)和藥劑費(fèi)為30萬元，改良型UCT工藝每月的費(fèi)用為32萬元，但改良型UCT工藝的出水水質(zhì)更優(yōu)，能夠滿足更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的水質(zhì)、水量、場(chǎng)地條件以及經(jīng)濟(jì)實(shí)力等因素，綜合考慮選擇合適的聯(lián)合除磷工藝，以實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)的廢水處理目標(biāo)。四、廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝中的生物標(biāo)志物4.1生物標(biāo)志物的定義與作用生物標(biāo)志物是指能夠反映生物體暴露于環(huán)境污染物或受到環(huán)境因素影響后，體內(nèi)發(fā)生的生理、生化、細(xì)胞或分子水平變化的生物指標(biāo)。在廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝中，生物標(biāo)志物具有重要作用，它們能夠提供關(guān)于微生物群落狀態(tài)、代謝活性以及工藝運(yùn)行效果等多方面的關(guān)鍵信息。生物標(biāo)志物可以作為聯(lián)合除磷工藝系統(tǒng)狀態(tài)的指示指標(biāo)。通過監(jiān)測(cè)微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，能夠直觀地了解系統(tǒng)中微生物的種類組成和相對(duì)豐度變化情況。當(dāng)聯(lián)合除磷工藝受到水質(zhì)、水量沖擊或化學(xué)藥劑投加影響時(shí)，微生物群落結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變。在化學(xué)藥劑投加量過高的情況下，可能會(huì)抑制某些對(duì)化學(xué)物質(zhì)敏感的微生物生長，導(dǎo)致其在群落中的相對(duì)豐度下降，而一些耐受性較強(qiáng)的微生物則可能成為優(yōu)勢(shì)種群。通過對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些變化，從而判斷系統(tǒng)是否處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。生物標(biāo)志物還能用于評(píng)估聯(lián)合除磷工藝的處理效果。特定酶活性的變化與除磷效率密切相關(guān)。堿性磷酸酶是一種在磷代謝過程中發(fā)揮重要作用的酶，它能夠催化磷酸酯的水解反應(yīng)，釋放出磷酸根離子。在生物除磷過程中，聚磷菌利用堿性磷酸酶分解細(xì)胞內(nèi)的多聚磷酸鹽，釋放能量用于攝取有機(jī)物和進(jìn)行其他代謝活動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)除磷效果良好時(shí)，聚磷菌代謝活躍，堿性磷酸酶活性較高；反之，若除磷效果不佳，堿性磷酸酶活性可能會(huì)降低。通過檢測(cè)堿性磷酸酶活性，能夠有效評(píng)估聯(lián)合除磷工藝的除磷效果。生物標(biāo)志物對(duì)于預(yù)測(cè)聯(lián)合除磷工藝系統(tǒng)的變化趨勢(shì)也具有重要意義?；虮磉_(dá)水平的變化可以反映微生物對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)機(jī)制和適應(yīng)能力。在聯(lián)合除磷工藝中，當(dāng)溫度、pH值等環(huán)境因素發(fā)生變化時(shí)，微生物會(huì)通過調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)來適應(yīng)新的環(huán)境條件。通過監(jiān)測(cè)與溫度適應(yīng)、pH調(diào)節(jié)等相關(guān)基因的表達(dá)水平，能夠提前預(yù)測(cè)微生物群落的變化趨勢(shì)，為工藝的調(diào)控提供依據(jù)。若檢測(cè)到與低溫適應(yīng)相關(guān)的基因表達(dá)上調(diào)，可能預(yù)示著系統(tǒng)即將面臨低溫環(huán)境的挑戰(zhàn)，此時(shí)可以提前采取措施，如增加曝氣量、調(diào)整化學(xué)藥劑投加量等，以維持工藝的穩(wěn)定運(yùn)行。4.2常見生物標(biāo)志物種類4.2.1損傷性指標(biāo)在廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝中，損傷性指標(biāo)能夠有效反映微生物在面對(duì)環(huán)境脅迫時(shí)的受損程度，進(jìn)而為評(píng)估除磷效果提供重要依據(jù)。丙二醛（MDA）是一種脂質(zhì)過氧化的終產(chǎn)物，當(dāng)微生物受到如化學(xué)藥劑、溫度變化、pH值波動(dòng)等環(huán)境脅迫時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的生物膜會(huì)發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，導(dǎo)致MDA含量升高。MDA的積累會(huì)破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，影響細(xì)胞的物質(zhì)運(yùn)輸和信號(hào)傳遞等生理過程。在化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝中，若化學(xué)藥劑投加量過高，微生物細(xì)胞受到化學(xué)物質(zhì)的損傷，細(xì)胞內(nèi)的MDA含量會(huì)顯著增加。通過檢測(cè)活性污泥中MDA的含量，可以直觀地了解微生物受化學(xué)藥劑脅迫的程度。當(dāng)MDA含量超過一定閾值時(shí)，可能預(yù)示著微生物的代謝活性受到抑制，進(jìn)而影響除磷效果。研究表明，當(dāng)MDA含量達(dá)到5nmol/g（以污泥干重計(jì)）時(shí)，聚磷菌的活性明顯下降，除磷效率降低約15%-20%。電解質(zhì)滲出量也是一個(gè)重要的損傷性指標(biāo)。正常情況下，微生物細(xì)胞膜具有選擇透過性，能夠維持細(xì)胞內(nèi)離子濃度的穩(wěn)定。當(dāng)微生物受到環(huán)境脅迫時(shí)，細(xì)胞膜的完整性遭到破壞，細(xì)胞膜的通透性增加，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)如鉀離子（K^+）、鈉離子（Na^+）等大量滲出到細(xì)胞外。通過檢測(cè)上清液中電解質(zhì)的濃度變化，可以評(píng)估微生物細(xì)胞膜的受損程度。在聯(lián)合除磷工藝中，若系統(tǒng)受到溫度驟變的影響，微生物細(xì)胞的電解質(zhì)滲出量會(huì)迅速增加。當(dāng)溫度從適宜的25℃降至10℃時(shí)，微生物細(xì)胞的電解質(zhì)滲出量可增加2-3倍，這表明細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能受到了嚴(yán)重破壞，微生物的代謝活性和除磷能力也會(huì)隨之下降。超氧陰離子自由基（O_2^-）在微生物的代謝過程中，當(dāng)微生物受到環(huán)境脅迫時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的氧化還原平衡被打破，會(huì)產(chǎn)生大量的O_2^-。O_2^-具有較強(qiáng)的氧化性，能夠攻擊細(xì)胞內(nèi)的生物大分子，如蛋白質(zhì)、核酸等，導(dǎo)致細(xì)胞損傷。利用SOD電極可以在線檢測(cè)O_2^-的變化。在生物除磷體系中，當(dāng)體系由好氧交替到厭氧時(shí)，前90min對(duì)釋放磷尤為重要。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)受氧脅迫時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生的O_2^-濃度不能高于0.025mmol/g，否則磷的釋放不會(huì)增加，進(jìn)而影響系統(tǒng)的除磷效果。通過在線監(jiān)測(cè)O_2^-的濃度變化，可以動(dòng)態(tài)管理除磷體系，及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，以維持微生物的正常代謝和除磷效果。4.2.2微生物群落結(jié)構(gòu)聚磷菌和反硝化除磷菌是廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝中關(guān)鍵的微生物種群，它們?cè)诔走^程中發(fā)揮著核心作用，其群落結(jié)構(gòu)的變化對(duì)工藝的優(yōu)化和問題診斷具有重要意義。聚磷菌是生物除磷的主要功能微生物，能夠在厭氧-好氧交替環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)磷的過量攝取和積累。在聯(lián)合除磷工藝中，聚磷菌群落結(jié)構(gòu)的變化直接影響除磷效率。當(dāng)工藝運(yùn)行條件發(fā)生變化時(shí)，如進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)、化學(xué)藥劑投加等，聚磷菌的相對(duì)豐度和種類組成可能會(huì)發(fā)生改變。若進(jìn)水的碳源不足，聚磷菌在厭氧階段無法攝取足夠的揮發(fā)性脂肪酸等有機(jī)物合成聚β-羥基丁酸（PHB），導(dǎo)致其生長和代謝受到抑制，在微生物群落中的相對(duì)豐度下降。這會(huì)使得聚磷菌在好氧階段攝取磷的能力減弱，進(jìn)而降低除磷效率。通過高通量測(cè)序等分子生物學(xué)技術(shù)，可以監(jiān)測(cè)聚磷菌的群落結(jié)構(gòu)變化。當(dāng)發(fā)現(xiàn)聚磷菌的相對(duì)豐度低于一定水平，如低于10%（以微生物群落總數(shù)量為基準(zhǔn)）時(shí)，可能需要調(diào)整工藝參數(shù)，如補(bǔ)充碳源、優(yōu)化厭氧-好氧時(shí)間比等，以維持聚磷菌的優(yōu)勢(shì)地位，保證除磷效果。反硝化除磷菌則兼具反硝化脫氮和除磷的功能，能夠在缺氧條件下以硝酸鹽或亞硝酸鹽為電子受體進(jìn)行代謝活動(dòng)。反硝化除磷菌群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定對(duì)于實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷至關(guān)重要。在聯(lián)合除磷工藝中，若缺氧段的溶解氧控制不當(dāng)，或者碳氮比不合適，會(huì)影響反硝化除磷菌的生長和代謝，導(dǎo)致其群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。當(dāng)缺氧段溶解氧過高時(shí)，反硝化除磷菌的反硝化作用受到抑制，無法有效利用硝酸鹽進(jìn)行吸磷，同時(shí)其在群落中的相對(duì)豐度也會(huì)下降。通過實(shí)時(shí)定量PCR（qPCR）等技術(shù)，可以定量分析反硝化除磷菌的數(shù)量和相對(duì)豐度。當(dāng)反硝化除磷菌的數(shù)量減少，或者其在微生物群落中的占比低于預(yù)期值時(shí)，需要對(duì)工藝進(jìn)行調(diào)整，如降低缺氧段的溶解氧濃度、優(yōu)化碳氮比等，以促進(jìn)反硝化除磷菌的生長和代謝，提高同步脫氮除磷效率。微生物群落結(jié)構(gòu)的變化還可以反映聯(lián)合除磷工藝中微生物之間的相互關(guān)系和生態(tài)平衡。在一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行的聯(lián)合除磷系統(tǒng)中，聚磷菌、反硝化除磷菌以及其他微生物種群之間存在著復(fù)雜的相互作用和協(xié)同關(guān)系。當(dāng)這種生態(tài)平衡被打破時(shí)，微生物群落結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生顯著變化，進(jìn)而影響工藝的處理效果。若化學(xué)藥劑的投加對(duì)某些微生物產(chǎn)生抑制作用，導(dǎo)致其數(shù)量減少，可能會(huì)引發(fā)微生物群落的連鎖反應(yīng)，影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，通過監(jiān)測(cè)微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)工藝中存在的問題，為工藝優(yōu)化和問題診斷提供重要線索。4.2.3酶活性指標(biāo)參與磷代謝的酶在廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其活性變化可以作為生物標(biāo)志物，有效監(jiān)測(cè)除磷過程并評(píng)估微生物的功能。磷酸酶是一類能夠催化磷酸酯水解反應(yīng)的酶，在磷代謝過程中起著不可或缺的作用。堿性磷酸酶是其中一種重要的磷酸酶，它能夠在堿性條件下將磷酸酯水解，釋放出磷酸根離子。在生物除磷過程中，聚磷菌利用堿性磷酸酶分解細(xì)胞內(nèi)的多聚磷酸鹽，產(chǎn)生能量用于攝取有機(jī)物和進(jìn)行其他代謝活動(dòng)。當(dāng)聚磷菌處于厭氧環(huán)境時(shí)，堿性磷酸酶活性升高，促進(jìn)多聚磷酸鹽的分解，釋放出磷酸根離子到細(xì)胞外，實(shí)現(xiàn)磷的釋放。在好氧環(huán)境下，堿性磷酸酶活性的變化也會(huì)影響聚磷菌對(duì)磷的攝取。若堿性磷酸酶活性降低，聚磷菌分解多聚磷酸鹽產(chǎn)生能量的能力減弱，從而影響其對(duì)磷的攝取和儲(chǔ)存，導(dǎo)致除磷效率下降。通過檢測(cè)活性污泥中堿性磷酸酶的活性，可以評(píng)估聚磷菌的代謝活性和除磷能力。當(dāng)堿性磷酸酶活性較高時(shí)，通常意味著聚磷菌代謝活躍，除磷效果較好。有研究表明，當(dāng)堿性磷酸酶活性達(dá)到50U/g（以污泥干重計(jì)）以上時(shí)，生物除磷系統(tǒng)的除磷效率可達(dá)到85%以上。酸性磷酸酶在酸性條件下具有較高的活性，同樣參與磷代謝過程。在一些特殊的廢水處理環(huán)境中，如酸性廢水的生物處理系統(tǒng)，酸性磷酸酶的作用更為突出。它可以分解有機(jī)磷化合物，將其轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷，為微生物的生長和代謝提供磷源。在化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝中，酸性磷酸酶活性的變化也能反映微生物對(duì)磷的利用情況。當(dāng)廢水中有機(jī)磷含量較高時(shí)，微生物會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的酸性磷酸酶，以分解有機(jī)磷，滿足自身對(duì)磷的需求。通過監(jiān)測(cè)酸性磷酸酶的活性，可以了解微生物對(duì)有機(jī)磷的分解能力和對(duì)磷的利用效率。若酸性磷酸酶活性較低，可能意味著微生物對(duì)有機(jī)磷的分解能力不足，需要調(diào)整工藝條件，如添加適宜的微生物菌株或優(yōu)化反應(yīng)環(huán)境，以提高酸性磷酸酶的活性，促進(jìn)有機(jī)磷的分解和除磷效果的提升。五、生物標(biāo)志物在聯(lián)合除磷工藝管理中的應(yīng)用5.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與工藝調(diào)控在廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝中，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物標(biāo)志物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)于確保工藝穩(wěn)定運(yùn)行和高效除磷至關(guān)重要。以超氧陰離子自由基（O_2^-）為例，利用SOD電極可對(duì)其進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。當(dāng)系統(tǒng)受到氧脅迫時(shí)，O_2^-的濃度會(huì)發(fā)生顯著變化，進(jìn)而影響磷的釋放和整個(gè)除磷效果。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)O_2^-的濃度，能夠及時(shí)捕捉到系統(tǒng)中氧環(huán)境的變化情況。當(dāng)監(jiān)測(cè)到O_2^-濃度升高時(shí)，表明系統(tǒng)可能受到了氧脅迫。此時(shí)，需要對(duì)工藝中的溶解氧進(jìn)行精確調(diào)控。可以通過調(diào)整曝氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，如降低曝氣量，減少氧氣的輸入，以緩解氧脅迫對(duì)微生物的影響。當(dāng)O_2^-濃度接近或超過0.025mmol/g時(shí)，應(yīng)立即降低曝氣量的20%-30%，使系統(tǒng)中的溶解氧濃度維持在適宜的水平。還可以通過調(diào)整進(jìn)水流量和回流污泥量來改善系統(tǒng)的氧環(huán)境。適當(dāng)降低進(jìn)水流量，延長污水在處理系統(tǒng)中的停留時(shí)間，有助于微生物更好地適應(yīng)環(huán)境變化；合理調(diào)整回流污泥量，保證系統(tǒng)中微生物的數(shù)量和活性，增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)氧脅迫的抵抗能力。pH值也是聯(lián)合除磷工藝中一個(gè)重要的參數(shù)，它對(duì)微生物的代謝活動(dòng)和除磷效果有著顯著影響。不同的生物標(biāo)志物對(duì)pH值的響應(yīng)不同。聚磷菌在厭氧階段的釋磷過程和在好氧階段的吸磷過程都與pH值密切相關(guān)。當(dāng)pH值偏離聚磷菌適宜的范圍（一般為6.5-8.0）時(shí)，聚磷菌體內(nèi)的酶活性會(huì)受到抑制，從而影響其代謝功能和除磷能力。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物標(biāo)志物與pH值的關(guān)聯(lián)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)pH值對(duì)工藝的影響。當(dāng)監(jiān)測(cè)到聚磷菌的活性生物標(biāo)志物（如堿性磷酸酶活性）下降，同時(shí)pH值低于6.5時(shí)，說明pH值可能對(duì)聚磷菌的代謝產(chǎn)生了抑制作用。此時(shí)，可以采取相應(yīng)的調(diào)控措施，如投加堿性藥劑（如氫氧化鈉溶液）來調(diào)節(jié)pH值。根據(jù)實(shí)際情況，逐步投加適量的氫氧化鈉溶液，使pH值緩慢上升至適宜范圍。在投加過程中，需要密切監(jiān)測(cè)pH值的變化，避免pH值過高對(duì)微生物造成新的傷害。還可以通過調(diào)整進(jìn)水水質(zhì)來穩(wěn)定pH值。如果進(jìn)水中含有大量酸性物質(zhì)，可在預(yù)處理階段進(jìn)行中和處理，減少酸性物質(zhì)對(duì)系統(tǒng)pH值的沖擊。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物標(biāo)志物并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，能夠有效提高廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝的穩(wěn)定性和除磷效率。通過對(duì)溶解氧、pH值等關(guān)鍵參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控，為微生物提供適宜的生存環(huán)境，確保聯(lián)合除磷工藝的高效運(yùn)行。5.2系統(tǒng)穩(wěn)定性評(píng)估利用生物標(biāo)志物對(duì)廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估，是保障工藝長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。微生物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是評(píng)估聯(lián)合除磷系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要生物標(biāo)志物之一。穩(wěn)定的微生物群落結(jié)構(gòu)意味著系統(tǒng)中各微生物種群之間的生態(tài)平衡良好，能夠有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化的挑戰(zhàn)。當(dāng)微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化時(shí)，可能預(yù)示著系統(tǒng)穩(wěn)定性受到威脅。通過高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，計(jì)算群落的多樣性指數(shù)（如Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)等），可以定量評(píng)估群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。Shannon指數(shù)越高，表明群落中物種的多樣性越高，群落結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。當(dāng)Shannon指數(shù)在一定時(shí)間內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定，且波動(dòng)范圍較小時(shí)，說明聯(lián)合除磷系統(tǒng)中的微生物群落結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，系統(tǒng)具有較好的抗干擾能力。酶活性的穩(wěn)定性也是評(píng)估系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要依據(jù)。參與磷代謝的關(guān)鍵酶，如堿性磷酸酶和酸性磷酸酶，其活性的穩(wěn)定對(duì)于維持聯(lián)合除磷系統(tǒng)的正常功能至關(guān)重要。在穩(wěn)定運(yùn)行的聯(lián)合除磷系統(tǒng)中，堿性磷酸酶和酸性磷酸酶的活性應(yīng)保持在相對(duì)穩(wěn)定的水平。當(dāng)酶活性出現(xiàn)大幅波動(dòng)時(shí)，可能會(huì)影響聚磷菌的代謝過程，進(jìn)而影響除磷效果。通過定期檢測(cè)酶活性，并繪制酶活性隨時(shí)間的變化曲線，可以直觀地了解酶活性的穩(wěn)定性。當(dāng)堿性磷酸酶活性在一段時(shí)間內(nèi)的波動(dòng)范圍控制在±10%以內(nèi)時(shí)，表明系統(tǒng)中聚磷菌的代謝活動(dòng)較為穩(wěn)定，除磷功能能夠正常發(fā)揮。通過生物標(biāo)志物預(yù)測(cè)聯(lián)合除磷系統(tǒng)潛在問題和應(yīng)對(duì)水質(zhì)波動(dòng)，能夠提前采取措施，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)監(jiān)測(cè)到微生物群落結(jié)構(gòu)中聚磷菌的相對(duì)豐度持續(xù)下降時(shí)，可能預(yù)示著系統(tǒng)的除磷能力將受到影響。此時(shí)，需要進(jìn)一步分析導(dǎo)致聚磷菌相對(duì)豐度下降的原因，如進(jìn)水水質(zhì)變化、化學(xué)藥劑投加不當(dāng)?shù)龋⒓皶r(shí)采取相應(yīng)的措施。若發(fā)現(xiàn)是進(jìn)水碳源不足導(dǎo)致聚磷菌生長受到抑制，可以通過補(bǔ)充碳源的方式，提高聚磷菌的活性和相對(duì)豐度，維持系統(tǒng)的除磷效果。在應(yīng)對(duì)水質(zhì)波動(dòng)方面，生物標(biāo)志物也能發(fā)揮重要作用。當(dāng)進(jìn)水的磷濃度突然升高時(shí)，參與磷代謝的酶活性和微生物群落結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物標(biāo)志物的變化，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。若檢測(cè)到堿性磷酸酶活性迅速升高，說明微生物正在努力應(yīng)對(duì)磷濃度的增加，試圖通過增強(qiáng)磷代謝來維持系統(tǒng)的平衡。此時(shí)，可以適當(dāng)調(diào)整化學(xué)藥劑的投加量，與生物除磷過程協(xié)同作用，確保出水磷濃度達(dá)標(biāo)。還可以通過調(diào)整水力停留時(shí)間、曝氣強(qiáng)度等工藝參數(shù)，優(yōu)化微生物的生長環(huán)境，提高系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)波動(dòng)的適應(yīng)能力。5.3故障診斷與問題解決生物標(biāo)志物在廢水化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝的故障診斷中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，能夠?yàn)榭焖贉?zhǔn)確地識(shí)別工藝故障提供重要依據(jù)。當(dāng)聯(lián)合除磷工藝出現(xiàn)污泥膨脹問題時(shí)，微生物群落結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生明顯變化。絲狀菌是導(dǎo)致污泥膨脹的主要微生物之一，當(dāng)絲狀菌在微生物群落中的相對(duì)豐度顯著增加時(shí)，會(huì)使污泥的結(jié)構(gòu)變得松散，沉降性能變差，從而引發(fā)污泥膨脹。通過對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用高通量測(cè)序等技術(shù)分析微生物種類和豐度的變化，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)絲狀菌的異常增殖。當(dāng)絲狀菌的相對(duì)豐度超過15%（以微生物群落總數(shù)量為基準(zhǔn)）時(shí)，可初步判斷系統(tǒng)可能存在污泥膨脹的風(fēng)險(xiǎn)。此時(shí)，結(jié)合其他生物標(biāo)志物如胞外聚合物（EPS）的含量變化進(jìn)行綜合分析。EPS是微生物分泌到細(xì)胞外的一類高分子物質(zhì)，在正常情況下，EPS能夠維持污泥的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在污泥膨脹時(shí)，EPS的含量和組成會(huì)發(fā)生改變，其多糖和蛋白質(zhì)的比例失調(diào)，導(dǎo)致污泥的黏性增加，進(jìn)一步加劇污泥膨脹。通過檢測(cè)EPS中多糖和蛋白質(zhì)的含量及比例變化，可以更準(zhǔn)確地診斷污泥膨脹問題，并為后續(xù)采取針對(duì)性的解決措施提供支持。在微生物中毒的情況下，損傷性指標(biāo)如丙二醛（MDA）和電解質(zhì)滲出量會(huì)發(fā)生顯著變化。當(dāng)聯(lián)合除磷工藝受到重金屬離子、有毒有機(jī)物等污染物的沖擊時(shí)，微生物細(xì)胞會(huì)受到損傷。重金屬離子會(huì)與微生物細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和酶結(jié)合，破壞其結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致細(xì)胞代謝紊亂。有毒有機(jī)物則可能通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，干擾細(xì)胞的正常生理過程。這些損傷會(huì)使細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)加劇，MDA含量升高。細(xì)胞膜的完整性也會(huì)遭到破壞，導(dǎo)致電解質(zhì)滲出量增加。當(dāng)MDA含量超過正常水平的50%，且電解質(zhì)滲出量增加3倍以上時(shí)，可判斷微生物可能發(fā)生了中毒現(xiàn)象。此時(shí)，需要立即對(duì)進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，確定中毒的原因。若檢測(cè)到進(jìn)水中重金屬離子濃度超標(biāo)，可通過投加化學(xué)沉淀劑（如硫化鈉等），使重金屬離子形成沉淀，降低其在水中的濃度。還可以采用吸附法，利用活性炭等吸附劑吸附水中的有毒有機(jī)物，減少其對(duì)微生物的毒性。以某污水處理廠為例，該廠采用A2/O化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝。在運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)二沉池出現(xiàn)污泥上浮、出水水質(zhì)變差的問題。通過對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)絲狀菌的相對(duì)豐度從正常的8%增加到了25%，同時(shí)EPS中多糖和蛋白質(zhì)的比例也發(fā)生了明顯變化。結(jié)合這些生物標(biāo)志物的變化，判斷系統(tǒng)出現(xiàn)了污泥膨脹。針對(duì)這一問題，該廠采取了以下措施：增加曝氣強(qiáng)度，提高好氧池的溶解氧濃度，抑制絲狀菌的生長；投加適量的殺菌劑，如次氯酸鈉，選擇性地殺滅絲狀菌；調(diào)整污泥回流比，將污泥回流比從50%提高到70%，改善污泥的沉降性能。經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)整，絲狀菌的相對(duì)豐度逐漸降低至10%，污泥膨脹問題得到有效解決，出水水質(zhì)恢復(fù)正常。又如，另一污水處理廠在聯(lián)合除磷工藝運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)微生物的代謝活性明顯下降，除磷效率大幅降低。檢測(cè)損傷性指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，MDA含量從正常的3nmol/g（以污泥干重計(jì)）增加到了8nmol/g，電解質(zhì)滲出量也增加了4倍。進(jìn)一步檢測(cè)進(jìn)水水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水中含有高濃度的酚類有毒有機(jī)物。針對(duì)微生物中毒問題，該廠立即停止進(jìn)水，對(duì)進(jìn)水管道和處理系統(tǒng)進(jìn)行清洗；在調(diào)節(jié)池中投加活性炭，吸附水中的酚類物質(zhì)，降低其濃度；向處理系統(tǒng)中添加營養(yǎng)物質(zhì)（如氮源、磷源等）和微生物生長促進(jìn)劑，增強(qiáng)微生物的活性和抗毒性。經(jīng)過一系列處理后，MDA含量和電解質(zhì)滲出量逐漸恢復(fù)正常，微生物的代謝活性得到提升，除磷效率也逐漸回升。六、案例分析6.1某城市污水處理廠案例某城市污水處理廠承擔(dān)著該城市中心城區(qū)的生活污水處理任務(wù)，服務(wù)人口眾多，處理規(guī)模為20萬m3/d。該廠采用A2/O化學(xué)-生物聯(lián)合除磷工藝，其工藝流程如下：污水首先經(jīng)過格柵和沉砂池進(jìn)行預(yù)處理，去除較大的漂浮物和砂粒；預(yù)處理后的污水進(jìn)入?yún)捬醭?，與回流污泥混合，在厭氧條件下，聚磷菌釋放磷，并攝取污水中的揮發(fā)性脂肪酸等有機(jī)物合成聚β-羥基丁酸（PHB）；厭氧池出水流入缺氧池，反硝化菌利用污水中的有機(jī)物作為碳源，將從好氧池回流的混合液中的硝酸鹽還原為氮?dú)猓瑢?shí)現(xiàn)脫氮；缺氧池出水進(jìn)入好氧池，好氧微生物對(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)行進(jìn)一步分解，聚磷菌攝取磷，實(shí)現(xiàn)磷的過量吸收；好氧池混合液進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，沉淀后的污泥一部分回流至厭氧池前端，一部分作為剩余污泥排出；二沉池出水經(jīng)過消毒后達(dá)標(biāo)排放。在工藝運(yùn)行過程中，該廠對(duì)進(jìn)水水質(zhì)、出水水質(zhì)以及生物標(biāo)志物等進(jìn)行了長期監(jiān)測(cè)。進(jìn)水水質(zhì)方面，其主要污染物指標(biāo)平均值為：化學(xué)需氧量（COD）350mg/L，生化需氧量（BOD5）180mg/L，總氮（TN）40mg/L，總磷（TP）5mg/L。出水水質(zhì)需滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，即COD≤50mg/L，BOD5≤10mg/L，TN≤15mg/L，TP≤0.5mg/L。通過對(duì)生物標(biāo)志物的監(jiān)測(cè)，該廠獲取了大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)。在微生物群落結(jié)構(gòu)方面，利用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)活性污泥中的微生物進(jìn)行分析，結(jié)果表明，聚磷菌在微生物群落中的相對(duì)豐度在正常運(yùn)行情況下保持在15%-20%之間。當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)發(fā)生波動(dòng)，如碳源不足時(shí)，聚磷菌的相對(duì)豐度會(huì)下降至10%左右。通過監(jiān)測(cè)聚磷菌相對(duì)豐度的變化，該廠能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)工藝運(yùn)行中可能存在的問題，并采取相應(yīng)措施進(jìn)行調(diào)整。在酶活性指標(biāo)方面，堿性磷酸酶活性與除磷效率之間存在顯著的相關(guān)性。當(dāng)堿性磷酸酶活性在40-50U/g（以污泥干重計(jì)）時(shí)，除磷效率可達(dá)90%以上；當(dāng)堿性磷酸酶活性降至30U/g以下時(shí)，除磷效率會(huì)明顯下降至70%左右。通過定期檢測(cè)堿性磷酸酶活性，該廠可以有效評(píng)估除磷效果，及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)。該廠在實(shí)際運(yùn)行中取得了較好的處理效果。在穩(wěn)定運(yùn)行期間，出水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均能穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。COD去除率達(dá)到85%以上，BOD5去除率達(dá)到90%以上，總氮去除率達(dá)到75%以上，總磷去除率達(dá)到90%以上。在面對(duì)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)時(shí)，該廠通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物標(biāo)志物，并結(jié)合生物標(biāo)志物的變化情況對(duì)工藝進(jìn)行調(diào)控，有效地保障了出水水質(zhì)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。當(dāng)監(jiān)測(cè)到聚磷菌相對(duì)豐度下降，且堿性磷酸酶活性降低時(shí)，判斷可能是進(jìn)水碳源不足導(dǎo)致的。該廠及時(shí)采取補(bǔ)充碳源的措施，向厭氧池投加適量的乙酸鈉，提高了聚磷菌的活性和相對(duì)豐度，使除磷效率恢復(fù)到正常水平。該廠在運(yùn)行過程中也遇到了一些問題。在冬季低溫時(shí)期，微生物的代謝活性降低，導(dǎo)致脫氮除磷效果下降。針對(duì)這一問題，該廠通過提高曝氣強(qiáng)度，增加溶解氧供應(yīng)，以增強(qiáng)微生物的活性；同時(shí)，適當(dāng)延長水力停留時(shí)間，使污水與微生物有更充分的接觸時(shí)間，從而提高了脫氮除磷效果。在夏季高溫時(shí)期，由于微生物生長繁殖速度加快，污泥產(chǎn)量增加，導(dǎo)致污泥處理壓力增大。