磷是引起水體富營養化的關鍵限制性因子，過量的磷輸入會導致藻類暴發、水質惡化及生態系統失衡。與化學沉淀法相比，生物除磷技術具有運行成本低、污泥產量少、無二次污染等優勢，已成為污水處理領域的研究熱點。當前，基于聚磷菌代謝特性的強化生物除磷工藝不斷發展，從傳統的厭氧-好氧工藝到新型功能菌群挖掘與耦合技術，為水體磷污染控制提供了多元化的解決方案。

一、傳統強化生物除磷工藝

強化生物除磷的基本原理是利用聚磷菌在厭氧和好氧交替環境中的代謝特性實現磷的去除。在厭氧條件下，聚磷菌分解胞內多聚磷酸鹽釋放能量，吸收環境中的揮發性脂肪酸并合成聚羥基脂肪酸酯；在好氧條件下，聚磷菌利用PHA分解提供的能量，過量吸收水中的磷酸鹽并以聚磷酸鹽形式儲存于胞內。通過排放富含磷的剩余污泥，實現磷從水相中的去除。

厭氧-好氧生物除磷工藝是一種流程簡單、無需投藥、無需混合液回流的成熟技術。該工藝污水停留時間一般為3-6小時，污泥濃度維持在2700-3000 mg/L之間，磷去除率可達76%左右，出水磷含量通常低于1.0 mg/L。該工藝的優勢在于建設與運行費用較低，污泥沉降性能良好，污泥含磷量約4%，具有較好的肥效價值。但該工藝也存在除磷率難以進一步提高的局限，尤其當進水BOD濃度較低或含磷量過高時，受限于微生物過量吸磷的生理極限，除磷效果會受到影響。此外，沉淀池內污泥停留時間過長易發生磷的二次釋放，影響最終出水水質。

二、基于新型聚磷菌的功能優化

傳統研究長期聚焦于Candidatus Accumulibacter作為聚磷菌的代表菌屬。然而，近年來基于高通量測序的研究揭示，Tetrasphaera菌在全球污水處理廠中普遍存在，其豐度甚至超過Accumulibacter，成為潛在的"除磷黑馬"。Tetrasphaera具有代謝葡萄糖、氨基酸等多種碳源的能力，可能兼具脫氮與除磷的雙重功能，但其在人工環境中的穩定富集一直是技術難點。

國內研究團隊采用"自上而下"的群落構建策略，以復合碳源（蛋白質水解物、葡萄糖、乙酸鈉）模擬真實污水環境，配合低濃度硝化抑制劑烯丙基硫脲的精準調控，成功實現了Tetrasphaera菌群的高效富集。經過170天的動態調控，Tetrasphaera菌群占比從初始的1.5%提升至40%，系統磷去除率穩定在85%，總氮去除率達80%。更為重要的是，污泥灰分中的磷含量較普通污泥提高23.2倍，達到32.5%，具備作為磷礦替代品的資源回收潛力。該研究不僅驗證了Tetrasphaera在強化生物除磷中的核心地位，也為從污水處理向磷資源回收轉型提供了技術支撐。

三、反硝化除磷與耦合工藝

反硝化除磷菌是一類能夠以硝酸鹽或亞硝酸鹽為電子受體，在缺氧條件下同步完成反硝化和過量吸磷的特殊聚磷菌。這類菌群的存在可實現"一碳兩用"，即在去除氮素的同時完成磷的吸收，有效節約碳源需求，降低曝氣能耗和污泥產量。研究表明，在固膜活性污泥強化生物除磷系統中，反硝化聚磷菌的豐度受硝酸鹽回流比調控顯著，Clade I型Accumulibacter與硝酸鹽濃度呈正相關，而Clade II型則呈負相關。盡管反硝化聚磷菌對總脫氮貢獻率通常低于10%，但其富集對碳源節約和工藝優化具有積極意義。

在工藝耦合方面，側流強化生物除磷技術通過將部分污泥進行厭氧發酵后回流至主流系統，實現了碳源捕獲與定向分配，使生物除磷與短程脫氮工藝得以兼容。中試研究表明，采用吸附/生物氧化與側流強化生物除磷耦合工藝處理實際城市污水，在碳源相對有限的條件下仍可實現86%的氮去除和87%的磷去除。此外，北京工業大學彭永臻院士團隊通過絮體管理策略，成功構建了厭氧氨氧化與強化生物除磷的單級混合系統，生物膜中厭氧氨氧化菌豐度達12.5%，氮和磷去除率分別達到97.7%和97.4%，突破了兩種功能菌群在生態位和污泥齡方面的沖突。

基于硫鐵礦的生物濾池技術代表了另一種生物-化學耦合的除磷思路。SMS-III生物濾池利用硫鐵礦的缺氧生物氧化過程將硝酸鹽轉化為氮氣，同時利用微生物代謝產生的鐵離子與磷酸鹽形成沉淀，在一個反應器中實現生物脫氮與化學除磷的自然耦合。該技術無需外加碳源，水力停留時間僅1小時即可將總磷降至0.2 mg/L以下，處理成本低于0.1元/噸水，為污水處理廠提標改造提供了經濟高效的解決方案！