本刊就污水生物除磷領域的前沿理論與工程實踐，專訪了國內知名污水處理專家劉智曉博士。劉博士長期致力于污水生物處理技術，尤其在強化生物除磷（EBPR）領域有深入研究。本次專訪圍繞生物除磷理論的新認知、關鍵技術創新及國內外工程應用進展展開，旨在為行業技術發展提供參考。
一、 生物除磷理論的新突破：從傳統模型到微觀機制
劉智曉博士首先指出，傳統的生物除磷理論主要基于聚磷菌（PAOs）在厭氧/好氧交替環境下的“釋磷-超量吸磷”代謝模型。近年來隨著分子生物學、微生物生態學及代謝組學等交叉學科的應用，對EBPR過程的理解取得了顯著深化。
- 微生物種群多樣性認知深化：研究發現，除經典的Candidatus Accumulibacter（Accumulibacter屬）外，Tetrasphaera屬、Dechloromonas屬等多種微生物在特定條件下也對除磷有重要貢獻，甚至在某些系統中扮演主導角色。這種功能微生物的多樣性，解釋了不同工藝條件下除磷效果的差異，并為工藝調控提供了新的微生物學依據。
- 代謝途徑的多元化與調控：傳統理論強調聚羥基烷酸酯（PHA）作為核心儲能物質。新研究揭示了除磷菌可能利用糖原、多聚磷酸鹽等多種內源物質進行代謝的復雜網絡，以及不同碳源（如揮發性脂肪酸VFA、發酵產物）對代謝路徑和除磷效率的差異化影響。對關鍵酶（如聚磷酸激酶PPK）活性及表達調控的認識也在加深。
- 競爭與抑制機制的新見解：對聚糖菌（GAOs）與PAOs的競爭關系有了更動態的理解。除了傳統的pH、溫度、碳源類型等因素，污泥停留時間（SRT）、氧化還原電位（ORP）的精細控制以及微量金屬元素（如鐵、鎂）的補充，被證明是影響競爭結果、穩定EBPR系統效能的關鍵。
二、 國內外工程技術研究與試驗發展進展
理論突破直接推動了工程技術的創新與發展。劉智曉博士系統梳理了國內外在該領域的工程應用進展。
- 主流工藝的優化與強化：
- 基于新理論的碳源精準投加與控制：通過在線監測與模型預測，優化VFA等易降解碳源在厭氧區的投加策略，提升碳源利用效率和除磷效果，降低運行成本。
- 側流/協同強化工藝：如側流活性污泥發酵產酸技術，將部分回流污泥在單獨的反應器中發酵，產生內源性VFA補充至主流厭氧區，特別適用于進水碳源不足的污水廠。
- 精細化過程控制：應用ORP、pH、硝酸鹽等在線傳感器，結合先進控制算法（如模型預測控制MPC），實現厭氧/缺氧/好氧環境的精確營造，為PAOs創造最佳代謝條件。
- 新工藝與組合技術的工程應用：
- 基于短程硝化/反硝化除磷（如Dephanox工藝）或厭氧氨氧化耦合除磷（如PDA工藝）的探索，在實現深度脫氮的同時協同除磷，具有節能降耗的潛力，已在國內外部分中試或示范工程中取得成功。
- 膜生物反應器（MBR）與EBPR的深度結合：利用MBR長污泥齡、高生物量濃度和高污泥活性的特點，強化對低濃度污水或難降解污水中有機物和磷的去除，出水水質穩定達到高標準。
- 好氧顆粒污泥（AGS）技術：AGS內部形成的氧梯度為PAOs提供了天然的厭氧微環境，實現了同步脫氮除磷，且具有沉降性好、占地省的優勢，在歐洲及中國已有規模化應用案例。
- 試驗發展與模型化工具：
- 微生物分子檢測技術（如高通量測序、熒光原位雜交FISH）已從實驗室走向工程診斷，用于評估系統微生物群落健康狀態，指導工藝調整。
- 活性污泥數學模型（ASM）家族中關于除磷的模塊（如ASM2d, ASM3+Bio-P）不斷被修正和驗證，結合計算流體力學（CFD）模擬，成為工藝設計、優化和故障診斷的強大數字化工具。
三、 挑戰與未來展望
劉智曉博士道，盡管生物除磷理論與技術取得了長足進步，但仍面臨挑戰：低C/P比污水的穩定高效處理、低溫條件下EBPR效能保障、復雜工業廢水沖擊下的系統穩定性、以及追求極限低濃度出水（如TP<0.3 mg/L）的工藝經濟性等。
未來發展方向將聚焦于：
- 進一步揭示復雜微生物群落互作及其代謝調控機制，發展基于微生物功能調控的精準工藝。
- 開發更高效、智能的在線監測與控制系統，實現工藝運行的“智慧化”。
- 推動“碳中和”目標下的資源回收技術，如從富磷污泥中回收磷資源（如鳥糞石結晶），實現磷的循環利用。
- 加強針對特定水質條件（如南方低碳源、北方低溫）的適應性工藝包開發和標準化。
劉智曉博士強調，污水生物除磷是一個充滿活力的研究與應用領域。理論認知的深化與工程技術的創新相輔相成。中國在水處理領域的工程實踐規模巨大，為新技術、新理念的試驗和應用提供了廣闊舞臺。緊跟國際前沿，立足國內實際，深化產學研用結合，必將推動我國污水除磷技術邁向更高水平，為水環境保護與可持續發展做出更大貢獻。
