磷是生物的重要营养源,但水体中磷含量过多,将引起水体富营养化。因此,稳定、可靠、经济的除磷方法与工艺对日趋严重的水体富营养化问题显得十分重要。与化学法除磷相比,生物法因具有运行成本低、环境二次污染小等优点,逐渐受到各国学者的青睐。虽然厌氧/好氧生物除磷工艺已广泛应用于实际污水的处理中,但其在长期运行过程中的稳定性和可靠性始终不能令人满意。即使在运行条件看起来非常适合强化生物除磷的工况下,系统的除磷性能也会由于暴雨、硝酸盐浓度、进水成分等外部因素的干扰而急剧降低,甚至完全丧失除磷能力。此外,此工艺对污水中短链挥发性脂肪酸(VFA)的强烈依赖制约着传统厌氧/好氧生物除磷工艺的进一步推广及应用。当污水中VFA不足时,需要向污水中补充VFA或者投加化学药剂以保证良好的除磷效果,这大大增加了污水处理的运行成本,成为厌氧/好氧工艺应用于低VFA废水生物除磷的关键制约点。本文作者的前期研究发现,在处理用葡萄糖作为单一碳源的模拟生活污水时,SBR在进水后未经过厌氧段而直接曝气,仍能达到良好的除磷效果,并将其命名为单级好氧除磷工艺。此发现能丰富现有的生物除磷理论,并可能开发出一种经济、简单的生物除磷工艺,即通过“一步氧化法”实现有机物与磷的同步去除,具有重要的理论与实践意义。然而,前期研究尚处于初级探索阶段,此现象背后隐藏的一系列关键问题并没有得到解决。因此,本课题在国家自然科学基金的资助下,为揭示单级好氧生物除磷工艺中存在的特殊除磷机制,进行了一系列应用基础研究。研究结果表明:SBR无厌氧段可以有效实现磷的去除这一反常的实验现象是污泥中某些微生物过量吸收的结果;采用蛋白胨、乙酸钠、乙醇和葡萄糖作为不同的废水碳源时,单级好氧工艺均能实现不同程度的生物聚磷;微生物群落结构分析表明,单级好氧生物除磷系统拥有丰富的微生物群落结构,但传统的聚磷菌在驯化成熟后的生态系统中处于劣势地位,在此系统中占主导地位的微生物为菌胶团类细菌,单级好氧除磷工艺中的聚磷微生物极有可能是菌胶团类细菌(Zooglea sp.)。此外,作者从细胞代谢的物质能量水平的角度揭示了单级好氧工艺出现超量摄磷的条件、原因、聚磷机制以及碳源对除磷性能的影响机理等关键问题。本课题研究揭示了一种实际存在但又未被发现的微生物环境响应,对生物圈的磷元素的循环具有重要意义,研究结果丰富了现有的生物除磷理论,并可能开发出一种简单的除磷工艺,具有重要的理论意义和广阔的应用前景。