20世纪80年代，有研究发现一些聚磷菌（PAOs）能在缺氧条件下利用环境中的硝态氮作为电子受体进行吸磷，同时将硝态氮还原为氮气〔1〕。1993年下T. Kuba等〔2〕观察到一类能以O2或NO3－-N作为电子受体吸磷的兼性厌氧菌。2004年T. Satio等〔3〕指出NO2－-N也可作为电子受体吸磷，故将此类兼具反硝化和除磷作用的细菌统称为反硝化除磷菌（DPBs）。在厌氧条件下，DPBs将去除的COD以内贮物聚-β-羟基丁酸（PHB）糖原的形式贮存在细胞内，PHB在后续的缺氧过程中可再用作反硝化碳源。与传统脱氮除磷工艺相比，这种利用DPBs“一碳两用”途径来实现同步反硝化和过量吸磷的工艺，不仅可节省50%COD耗量、降低30%氧气消耗，还可使污泥产量减少约50%〔4〕，被视为一种可持续发展的污水处理工艺。但反硝化除磷过程受诸多因素的影响，一定程度上限制了其在实际生产中的应用，因此研究反硝化除磷过程的影响因素具有重要的现实意义。

    1 反硝化除磷的主要影响因素

    1.1 硝酸盐

   （1）硝酸盐对厌氧释磷的影响。由于释磷量与吸磷量及除磷效率密切相关，因此厌氧释磷在生物除磷过程中起到关键作用。现有反硝化除磷系统中，普遍存在反硝化菌与DPBs的竞争关系。若在厌氧段存在NO3－-N，普通反硝化菌能优先利用碳源进行反硝化从而抑制DPBs释磷，进而无法为缺氧段的DPBs提供充足的PHB。王晓玲等〔5〕指出系统出水TP随着释磷量的增加而减少，而TP去除率则随着释磷量的增加而升高。刘慧等〔6〕对厌氧/缺氧（A/A）SBR反应器中驯化富集DPBs的研究表明：当进水NO3－-N＜1.5 mg/ L时，系统释磷量大约为30 mg/L左右；当NO3－-N由2.0 mg/L增加至5.0 mg/L时，系统释磷量随之由30 mg/L下降至22.6 mg/L，相当于每毫克NO3－-N使释磷量减少1.48 mg。因此，为保证系统的高效运行，研究人员应结合各工艺实际情况严格控制厌氧段硝酸盐的浓度。

   （2）硝酸盐对缺氧反硝化除磷的影响。在碳源充足的情况下，NO3－-N浓度会对DPBs的缺氧吸磷产生影响。研究表明，当缺氧段NO3－-N＜30 mg/L时，DPBs的缺氧吸磷速率与NO3－-N浓度呈正相关关系。由于作为电子受体的NO3－-N数量有限，电子供体PHB分解不足，使缺氧吸磷量受到限制，甚至会引起磷的“二次释放”〔7-8〕。但是当NO3－-N＞35 mg/L时，关于DPBs的缺氧吸磷速率与NO3－-N浓度间的关系，不同研究人员的研究结果有所不同。刘建广等〔7〕采用SBR反应器研究不同电子受体对反硝化除磷菌缺氧吸磷的影响，得出当NO3－-N充足时，反硝化速率几乎不受硝酸盐浓度的影响，每消耗1 mg NO3－-N约吸收1 mg PO43－－P。荣宏伟等〔8〕指出当NO3－-N＞35 mg/L时，缺氧吸磷速率并没有因为NO3－-N浓度的增加而增大，反而明显下降。傅金祥等〔9〕也指出过高的NO3－-N浓度会抑制反硝化过程中对磷的去除。

    由于试验方法和条件等各有不同，得出的NO3－-N浓度偏高时对缺氧吸磷的影响结果存在明显差别，因此在这方面还需作进一步研究。

    1.2 亚硝酸盐

    亚硝酸盐作为电子受体进行反硝化吸磷一直备受关注，对其研究也比较深入，但是研究争论的焦点在于缺氧段NO2－-N的抑制浓度。张晓洁等〔10〕发现NO2－-N质量浓度为20 mg/L时吸磷量和吸磷速率均达到最高值，质量浓度高达80 mg/L时也没有发现对反应存在抑制作用。但彭永臻等〔11〕研究表明当NO2－-N质量浓度为50 mg/L时，NO2－-N冲击负荷对DPBs有很大的抑制作用。D. S. Lee等〔12〕认为经过长期驯化，系统的适应性增加，系统对NO2－-N利用速率高于对NO3－-N的利用速率。而刘建广等〔7〕认为当NO2－-N质量浓度在5~ 20 mg/L时，对缺氧吸磷的抑制随NO2－-N质量浓度增加而增强， 当NO2－-N为35 mg/L时， 缺氧吸磷几乎完全停止。

    由于研究选用的处理工艺、试验方法和条件各不相同，得出的NO2－-N临界抑制浓度也不尽相同。因此认为研究应针对相应的污水水质，选择最适宜的工艺和试验方法，以实现经济、高效的除磷效果。

    1.3 碳源

   （1）碳源种类。在反硝化除磷过程的影响因素中，碳源类型决定了聚磷菌的释磷能力与胞内贮存物的合成能力，进而影响反硝化除磷效能〔13〕。乙酸和丙酸是废水中最主要的挥发性短链脂肪酸。聚糖菌（GAO）在厌氧环境中与DPBs竞争，吸收有限的挥发性脂肪酸但不释放磷，从而抑制DPBs的厌氧释磷。A. Oehmen等〔14〕的试验结果表明：以乙酸钠为碳源的系统会因GAO成为优势菌种而导致系统崩溃，而丙酸钠的除磷效果更加稳定。王伟〔15〕研究认为经过长期驯化，乙酸钠和丙酸钠尽管都表现出对释磷具有良好的诱导作用，但两者诱导结果有明显区别，乙酸钠系统表现为单位释磷量最大，丙酸钠系统则表现为释磷效率最大。从聚羟基脂肪酸酯（PHA）的合成角度看，厌氧阶段聚磷菌因碳源不同导致其合成PHA的组成差别较大。以往的研究发现二甲基三羟基戊酸（PH2MV）的质量分数与反硝化除磷系统碳源和硝酸盐氮的利用率有很好的正相关性〔16〕。赫俊国等〔17〕指出乙酸钠为碳源时合成的PHA中以PHB为主，降低了DPBs的吸磷能力。丙酸钠能提高PH2MV所占比例，从而提高DPBs对NO3－-N电子受体的利用率。

    （2）碳源浓度。碳源浓度是反硝化除磷的重要影响因素之一，有机碳源的浓度对DPBs的厌氧释磷有很大影响。张华等〔18〕指出磷酸盐的释放量随进水COD的降低而下降，当初始COD＜200 mg/L时，厌氧释磷量明显减少，系统除磷效果较差。而厌氧释磷量又对反硝化吸磷过程有显著影响〔19〕，随着厌氧释磷量的增加反硝化吸磷量和硝氮的去除率增加。

    碳源对缺氧反硝化吸磷的影响主要体现在两方面。首先，DPBs对PHB的分解速率低于普通反硝化细菌对碳源的利用速率〔20〕。大量碳源存在情况下普通反硝化细菌在竞争中明显占优，系统宏观表现为优先支持反硝化菌的反硝化作用，从而影响缺氧段DPBs对磷的过量吸收，脱氮除磷效果降低。因此缺氧段进水COD不宜过大。

    另一方面碳源可以减少NO2－-N的积累，从而减少NO2－-N对吸磷的抑制作用。史静等〔21〕以双污泥系统反硝化除磷污泥为研究对象，采用静态试验考察碳源浓度对缺氧反硝化吸磷的影响。通过试验得出当缺氧段初始碳源质量浓度为10.0 mg/L时，NO2－-N积累严重；当碳源质量浓度约为25.0 mg/L时，NO2－-N的抑制作用明显减弱。

    1.4 污泥龄 污泥龄（SRT）反映了活性污泥系统中微生物的生长状态、生长条件及世代周期等基本特征，是反硝化脱氮除磷设计、运行和研究中一项十分重要的技术参数。

    根据硝化段设置方式的不同可将反硝化除磷脱氮工艺分为单、双污泥系统，两系统对SRT的要求不同。单污泥处理系统中，聚磷菌、反硝化菌、硝化菌等共存于同一活性污泥系统，由于不同菌群的最佳生长环境不同，硝化与反硝化、脱氮与除磷存在矛盾。为兼顾脱氮和除磷的需要，SRT需控制在一个较窄范围内，污泥龄越长，硝化作用越明显，相反污泥龄短，则除磷效果好。因此，单污泥系统运行的关键是保证适宜的DPBs生长条件。与单污泥系统相比，双污泥系统具有厌氧/缺氧反硝化除磷和好氧硝化两个泥路，可解决多种微生物在同一反应器中混合培养所导致的脱氮与除磷矛盾，各微生物在各自适宜的条件下生长，各自发挥作用，避免相互干扰。

    L. M. Whang等〔4〕在考察SRT对生物脱氮除磷系统中微生物间竞争的影响时指出：SRT是影响聚磷菌和聚糖菌竞争的重要因素。SRT对聚磷菌的比乙酸吸收速率的影响较聚糖菌的大。吕绛等〔22〕通过对A2/O悬浮填料生物膜工艺的研究，考察了实际污水污泥龄为6、8、10、12 d时对出水TP、DPBs碳源和电子供体的影响，结果表明：随着SRT的增加，反硝化除磷所占比例也随之提高。但由于DPBs利用单位PHB的除磷量比普通聚磷菌的低，使得污水处理效果最好时对应的SRT（8 d）与系统反硝化除磷所占比例达到最高时的SRT（10 d）并不一致。贺颖〔23〕以双污泥侧流除磷SBR反应器（A2N-P-SBR）为研究对象，探究不同SRT下反硝化除磷系统性能的变化，指出当SRT为32、64 d时，厌氧段释磷与缺氧段反硝化效果最好。综合考虑上述情况，反硝化除磷系统的最佳SRT应根据工艺组合方式和工艺运行要求等试验获得。

    1.5 溶解氧（DO） 在反硝化除磷工艺中，氧的存在影响DPBs的释磷能力及利用有机底物合成PHB的能力，并且氧的存在促进了其他微生物的生长，消耗有机底物，从而使DPBs的生长受到抑制。在现有反硝化除磷脱氮工艺中，至少有两类细菌与DPBs产生竞争：普通聚磷菌和普通反硝化细菌。在同等条件下，DPBs的竞争能力比其他两类细菌弱〔23〕。一般情况下，反硝化细菌是兼性菌，既可进行有氧呼吸，又可进行无氧呼吸。当同时存在分子态氧和硝酸盐时，分子态氧与硝酸盐竞争成为电子受体，由于有氧呼吸产生较多的能量，有氧呼吸将优先进行。因此，为保证反硝化的顺利进行，必须保持缺氧状态。王荣昌等〔24〕研究表明当A2/O工艺好氧池中DO＞2.0 mg/L时，由于氨氮的硝化和亚硝化效果良好，使回流到缺氧池的NO3－-N浓度较高，导致反硝化过程中NO2－-N发生积累，进而抑制DPBs的反硝化除磷效率；当缺氧池DO为0.2 mg/L、好氧池DO为1.0 mg/L时A2/O系统的脱氮除磷效果最佳。张传义等〔25〕以序批式膜生物反应器（SMBR）工艺为研究对象，考察不同DO下SMBR工艺效能及聚磷菌构成特征。研究表明：DO=2.0mg/L成为反硝化除磷效率的临界点，当DO浓度大于此值时反硝化除磷率明显偏低，小于此值时反硝化除磷效率达到60%以上。

    1.6 碳氮比和碳磷比 碳氮比对反硝化除磷系统具有双重作用。一方面从脱氮角度看，硝化和反硝化的进行程度随系统碳氮比的增大而加深，TN去除率也随之升高。另一方面从除磷角度看，DPBs受碳源浓度影响比反硝化细菌小，故在碳氮比较低时，DPBs在与普通反硝化细菌的竞争中处于优势，系统的反硝化吸磷能够最大程度地发挥，TP去除率较高。即碳氮比低有利于除磷，碳氮比高则有利于脱氮。朱文韬等〔26〕采用连续流双污泥系统去除氮磷，当碳氮比为3、4、5、6时，出水TN平均去除率分别为61%、67%、87%、86%，TP平均去除率为93%、77%、69%、61%。但DPBs对除磷的贡献率为多少，研究并没有涉及。张园等〔27〕对UCT工艺进行研究，得到进水碳氮比为10~20时对反硝化吸磷的促进作用较明显，且随着比值的增加促进作用逐渐减小。

    碳磷比是反硝化除磷系统的重要影响因素。A. G. Kapagiannidis等〔28〕指出将碳磷比控制在10~20范围内，有利于提高连续流活性污泥处理系统的除磷效率。史静等〔29〕以连续流双污泥反硝化除磷脱氮工艺为对象，考察进水碳磷比对系统脱氮除磷效果的影响，研究表明随着碳磷比由64.1降低至17.8，尽管除磷效率有所下降，但系统的缺氧吸磷量增加，反硝化除磷能力增强，除磷稳定性增加。此结论与张小玲等考察碳磷比对短程反硝化聚磷菌的影响得出的结论有所不同，张小玲等〔30〕指出：反硝化除磷系统稳定运行的碳磷比临界值为25。碳磷比＞25，碳源过剩，DPBs的活性受到抑制；碳磷比＜25，碳源不足，引发聚糖菌增殖。分析原因可能是两者工艺及进水水质不同，且后者属于短程反硝化除磷，按照反硝化除磷理论，以NO2－-N为电子受体的短程反硝化聚磷工艺与以NO3－-N为电子受体的反硝化除磷工艺相比所需的碳源更少。因此，在实际工程中应根据污水进水情况确定最佳碳磷比。

    2 结论与展望

    反硝化除磷工艺可将反硝化脱氮与生物除磷有机结合，节约了碳源和曝气量，减少了污泥产量，具有传统脱氮除磷工艺无法比拟的优点，被誉为一种可持续发展的污水处理工艺。该工艺可以有效解决我国南方城市污水碳源不足的问题，具有广阔的发展前景。

    现在反硝化除磷还处于实验室研究阶段，主要针对反应机理及工艺运行参数控制等方面展开，且目前反硝化除磷工艺流程复杂，运行管理不便，因此未来需深入开展反硝化除磷机理的研究，构建更加合理的反硝化除磷理论，建立科学合理的工艺数学模型，优化反硝化除磷工艺流程，简化管理，对实现该工艺高效稳定运行和技术推广至关重要。

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