本刊就污水生物除磷领域的前沿理论与工程实践，专访了国内知名污水处理专家刘智晓博士。刘博士长期致力于污水生物处理技术，尤其在强化生物除磷（EBPR）领域有深入研究。本次专访围绕生物除磷理论的新认知、关键技术创新及国内外工程应用进展展开，旨在为行业技术发展提供参考。
一、 生物除磷理论的新突破：从传统模型到微观机制
刘智晓博士首先指出，传统的生物除磷理论主要基于聚磷菌（PAOs）在厌氧/好氧交替环境下的“释磷-超量吸磷”代谢模型。近年来随着分子生物学、微生物生态学及代谢组学等交叉学科的应用，对EBPR过程的理解取得了显著深化。
- 微生物种群多样性认知深化：研究发现，除经典的Candidatus Accumulibacter（Accumulibacter属）外，Tetrasphaera属、Dechloromonas属等多种微生物在特定条件下也对除磷有重要贡献，甚至在某些系统中扮演主导角色。这种功能微生物的多样性，解释了不同工艺条件下除磷效果的差异，并为工艺调控提供了新的微生物学依据。
- 代谢途径的多元化与调控：传统理论强调聚羟基烷酸酯（PHA）作为核心储能物质。新研究揭示了除磷菌可能利用糖原、多聚磷酸盐等多种内源物质进行代谢的复杂网络，以及不同碳源（如挥发性脂肪酸VFA、发酵产物）对代谢路径和除磷效率的差异化影响。对关键酶（如聚磷酸激酶PPK）活性及表达调控的认识也在加深。
- 竞争与抑制机制的新见解：对聚糖菌（GAOs）与PAOs的竞争关系有了更动态的理解。除了传统的pH、温度、碳源类型等因素，污泥停留时间（SRT）、氧化还原电位（ORP）的精细控制以及微量金属元素（如铁、镁）的补充，被证明是影响竞争结果、稳定EBPR系统效能的关键。
二、 国内外工程技术研究与试验发展进展
理论突破直接推动了工程技术的创新与发展。刘智晓博士系统梳理了国内外在该领域的工程应用进展。
- 主流工艺的优化与强化：
- 基于新理论的碳源精准投加与控制：通过在线监测与模型预测，优化VFA等易降解碳源在厌氧区的投加策略，提升碳源利用效率和除磷效果，降低运行成本。
- 侧流/协同强化工艺：如侧流活性污泥发酵产酸技术，将部分回流污泥在单独的反应器中发酵，产生内源性VFA补充至主流厌氧区，特别适用于进水碳源不足的污水厂。
- 精细化过程控制：应用ORP、pH、硝酸盐等在线传感器，结合先进控制算法（如模型预测控制MPC），实现厌氧/缺氧/好氧环境的精确营造，为PAOs创造最佳代谢条件。
- 新工艺与组合技术的工程应用：
- 基于短程硝化/反硝化除磷（如Dephanox工艺）或厌氧氨氧化耦合除磷（如PDA工艺）的探索，在实现深度脱氮的同时协同除磷，具有节能降耗的潜力，已在国内外部分中试或示范工程中取得成功。
- 膜生物反应器（MBR）与EBPR的深度结合：利用MBR长污泥龄、高生物量浓度和高污泥活性的特点，强化对低浓度污水或难降解污水中有机物和磷的去除，出水水质稳定达到高标准。
- 好氧颗粒污泥（AGS）技术：AGS内部形成的氧梯度为PAOs提供了天然的厌氧微环境，实现了同步脱氮除磷，且具有沉降性好、占地省的优势，在欧洲及中国已有规模化应用案例。
- 试验发展与模型化工具：
- 微生物分子检测技术（如高通量测序、荧光原位杂交FISH）已从实验室走向工程诊断，用于评估系统微生物群落健康状态，指导工艺调整。
- 活性污泥数学模型（ASM）家族中关于除磷的模块（如ASM2d, ASM3+Bio-P）不断被修正和验证，结合计算流体力学（CFD）模拟，成为工艺设计、优化和故障诊断的强大数字化工具。
三、 挑战与未来展望
刘智晓博士道，尽管生物除磷理论与技术取得了长足进步，但仍面临挑战：低C/P比污水的稳定高效处理、低温条件下EBPR效能保障、复杂工业废水冲击下的系统稳定性、以及追求极限低浓度出水（如TP<0.3 mg/L）的工艺经济性等。
未来发展方向将聚焦于：
- 进一步揭示复杂微生物群落互作及其代谢调控机制，发展基于微生物功能调控的精准工艺。
- 开发更高效、智能的在线监测与控制系统，实现工艺运行的“智慧化”。
- 推动“碳中和”目标下的资源回收技术，如从富磷污泥中回收磷资源（如鸟粪石结晶），实现磷的循环利用。
- 加强针对特定水质条件（如南方低碳源、北方低温）的适应性工艺包开发和标准化。
刘智晓博士强调，污水生物除磷是一个充满活力的研究与应用领域。理论认知的深化与工程技术的创新相辅相成。中国在水处理领域的工程实践规模巨大，为新技术、新理念的试验和应用提供了广阔舞台。紧跟国际前沿，立足国内实际，深化产学研用结合，必将推动我国污水除磷技术迈向更高水平，为水环境保护与可持续发展做出更大贡献。
