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我国在碳达峰碳中和气候承诺及深入打好污染防治攻坚战的双重战略目标下，正以减污降碳协同增效为总抓手，推进清洁生产和能源资源节约高效利用，促进经济社会发展全面绿色转型。工业园区作为工业产业集约集聚的重要载体，具有资源和能源消耗量大、污染物和温室气体排放集中等特点，是开展减污降碳协同增效的重要领域之一。《中国开发区审核公告目录(2018年版)》和中国开发区网最新统计数据显示，截至2023年5月，全国省级和国家级开发区已达到2809家，具有较强的规模效应和示范引领优势。随着水、气、土等污染防治行动计划的深入实施，以及生态示范工业园区、循环化改造示范园区的推广，工业园区在污染物减排和绿色低碳发展方面积累了丰富的经验做法。在此基础上，《减污降碳协同增效实施方案》（环综合〔2022〕42号）进一步鼓励各类产业园区积极协同推进减污降碳，在空间布局优化、新能源推广使用、水资源节约集约高效循环利用、废物综合利用、绿色基础设施等方面提质增效。
减污降碳协同路径方面，除持续科技创新和产业优化升级等技术型路径外，“基于自然的解决方案”（nature-based solutions, NbS）越来越受到学术界、商业界和决策者的关注[1]。NbS通过挖掘和释放自然生态系统的多重服务功能，从而协同应对气候变化、生物多样性丧失、环境污染、水资源和粮食危机等各类挑战。相较于技术型路径，NbS具有成本优势，且为人类福祉和自然带来多重益处。作为NbS的倡导者和先行者，欧盟于2015年发布《基于自然的解决方案和自然化城市》(Nature-Based Solutions and Re-Naturing Cities)报告[2],并推动NbS写入世界自然保护大会(WCC)、联合国环境大会(UNEA)、联合国气候变化框架公约(UNFCCC)、生物多样性公约(CBD)等国际公约和进程的决定和决议[3]，促使NbS成为协同应对多重挑战的主流工具。
尽管国际上NbS已成为解决工业园区生态环境问题的主流手段之一，但在我国工业园区尚未得到普及。“双碳”目标下，NbS路径的经济可行性、可持续性和减污降碳成效等尚缺乏有效评估，NbS在区域和全国范围内的示范和应用尚有待规范。对此，本研究回顾了NbS在国内外工业园区中的应用情况，并通过典型案例分析，为我国工业园区基于自然的协同减污降碳提出建议。
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根据WCC和UNEA等多边进程对NbS的定义，其核心是保护、恢复和可持续管理自然或经改造的生态系统，提升生态系统服务功能，从而为人类和生物多样性带来惠益。具体路径方面，NbS以生态系统方式（Ecosystem approaches, EA）为基础，融合了其他与生态系统、土地和水资源管理相关的做法[4-6]，如保护区、生态恢复、森林景观恢复、生态工程、生态农业、生态系统管理、基于生态系统的减灾、基于生态系统的气候变化减缓与适应、绿色基础设施、基于自然的气候解决方案、可持续土地管理、水资源综合管理、海绵城市等。在污染防治方面，污染物迁移路径管理与水循环和水资源管理密切相关，如通过建立绿色空间、渗漏性人行道、绿色屋顶等做法来管理水资源可用量和调节水循环过程，减少污水产生量；通过水源地保护、湿地净化等做法来调节水质，降低污染物浓度；通过河湖联通、河流再自然化、湿地保护修复、植被恢复等做法来降低水灾风险，提高污染物消纳能力。在固碳减排方面，森林、草地、湿地、农田等各类型生态系统的保护、恢复和可持续管理均有助于增加生态系统碳汇和减少温室气体排放[7]。在节能减排方面，太阳能、风能、潮汐能、生物质等可再生能源正逐步替代传统化石能源。尽管可再生能源是否属于NbS范畴尚存在争议，但这并不影响实践中将可再生能源与生态系统保护恢复等NbS路径相结合，以更好发挥减污降碳协同效应。
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在国外的工业园区中，植被修复、生态恢复、生物降解[8]、绿色屋顶等NbS路径得到了很好的应用，并取得积极效果。例如，美国埃默里维尔的工业园区[9]，历史上曾是煤炭和酸性煤废渣的主要生产地，环境污染较为严重。为减少污染物排放和改善生态环境质量，工业园区采用多种NbS路径。一是基于生态原则设计，将湿地、森林和土地利用策略纳入园区设计，以保护野生动植物、空气和水。二是植被修复，即利用植被修复、土地综合管理和沉淀池等方式，减少化学和有害物质的排放，同时过滤空气和改善水质。三是生物降解，发挥微生物、植物等生物体对有害物质的分解、转化和去除作用。
英国格拉斯哥市工业园区[9]在生态环境治理中融合了多种NbS路径，实现了环境质量改善与生态恢复，并为城市可持续发展和人类健康作出贡献。（1）生态修复与景观设计，通过植树造林、建设绿色广场和公园等增加绿化面积，满足居民休闲需求；（2）水质提升，通过升级城市排水体系，将过滤技术和生物处理技术应用于污水处理，降低污染物的不利影响；（3）绿色屋顶，通过增加绿色屋顶面积，利用雨水和植被等自然元素来抵御城市热岛效应，同时增加了鸟类和蝴蝶等野生动植物的栖息地。
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针对减污降碳，我国工业园区发展过程中更注重技术创新和管理层面的协同效应。文献[10-12]也强调要加强污染防治的基础研究和技术研发，推广应用先进的减排技术和设备；加强对园区企业的环境管理和监管，完善园区环保监测体系；注重园区的能源节约和资源循环利用，尤其是在园区内部实施废弃物资源化和能源互联互通；强化制度建设和政策支持，推动产业结构调整和技术升级，提高园区的环保和能源效益。在此基础上，形成了绿色化生产模式、生态产业园区模式、环保合作模式等几种典型减污降碳模式。
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绿色化生产模式通过升级改造工业园区内企业生产方式[13]，实现资源高效利用和减污降碳目标。该模式包括3个方面：（1）优化生产工艺，采用先进的技术设备和清洁能源，减少排放量；（2）推广节能降耗措施，如智能化控制、制定用能指导计划等，从根本上减少了碳排放；（3）加强废弃物资源化利用，利用废弃物作为再生资源，减少污染物排放。该模式对资金和技术依赖性强，侧重于对污染物排放的源头预防和全生命周期管控。
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生态产业园区是一种新型的工业园区模式[14]，采用融合生态与工业的方式，实现了生态、经济和社会的良性互动关系，能够最大限度减少温室气体和污染物排放。同时，生态产业园区推广了循环经济模式，对生产过程可再生资源的二次开发和利用，进一步降低了碳排放。
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工业园区内企业通过建立环保合作机制，实现资源利用和管理经验共享，达到减污降碳目标。其重要特点是基础设施共享，在园区物理边界内或周边通常建设有能源供应、污染治理基础设施，而此类设施普遍服役周期长，环境影响具有锁定效应[15]。此外，环保合作还可促进企业之间的交流合作，更好地实现工业园区绿色生产。
然而，相比于国外工业园区发展过程中对NbS路径的青睐，我国工业园区设计和建设过程中对NbS普遍认识不足，相关研究和实践探索还较为欠缺，尚不能充分发挥自然生态系统的污染物消减和碳汇功能。
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温岭市东部产业集聚区是浙江省级经济开发区温岭经济开发区的核心区块，重点发展泵与电机、汽车摩托车及配件、机床装备等传统优势产业和新能源、新材料等战略新兴产业，2021年工业总产值822.8亿元，税收收入58.5亿元。截至2021年底，浙江省温岭经济开发区共拥有规模以上工业企业714家，国家级高新技术企业171家，上市企业7家。从建设之初起，就坚持全域生态化、海绵化，充分利用当地自然资源禀赋，在缓解水资源短缺、解决城市内涝、削减径流污染、提升园区清洁用能等方面均成效显著。
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（1） 海绵型厂区。以浙江A食品机械有限公司为例，见图1。一是屋顶雨水通过企业厂房屋顶的虹吸系统汇集于一处，经过滤净化后储存于主厂房北侧的500 m3贮水池，蓄满后经管道流至厂前区的人工湖中；地面雨水经绿化带至集水井沉淀、自流、三次沉淀过滤后再汇集到人工湖，实现蓄水功能。二是暴雨时，人工湖满载后会自动溢流至市政雨水管道中，实现排水功能。三是可从人工湖抽水，经过滤后用于企业绿化、冲厕等，或从贮水池抽水至屋顶用于厂房物理降温，实现用水功能。该系统雨水收集有效容积3 900 m3，年可利用雨水近1万t。
（2） 海绵型道路。以金塘北路为例，该路段位于浙江省温岭市东部产业集聚区北片区，是一条南北向城市主干道。北起28街，南至箬兴大道，全长约4.32 km，红线控制宽度47 m，红线外各有16.5 m绿化带，道路两侧主要为工业用地。在8.5 m机非分隔带内设置生物滞留设施，主要收集路面雨水，见图2。机非分隔带路牙采用平路牙，机动车道及非机动车道上地表径流分散进入生物滞留设施。生物滞留设施与道路坡度基本一致，平均深度约为30 cm，生物滞留设施底部设有下渗渠，通过下渗净化后进入底部盲管，最终接入绿化带内植草沟或市政排水管道。生物滞留设施中每隔一段设有溢流装置，溢流雨水同样接入绿化带内植草沟或市政管网。
（3） 海绵型污水处理厂尾水处理工程。污水处理厂尾水处理工程总规模4.06万 t/d，尾水经污水处理厂内提升泵提升至配水井后排至尾水生态处理系统。每级人工湿地设置多组平行湿地处理单元，在正常情况下，尾水经过先后“三级人工湿地+生态塘”组合工艺处理达到四类水标准后，出水排至园区河道。
（4） 龙门湖生态湿地。园区设计注重水系联通、园内小循环与园外大循环联通。秉承“人类宜居地和鸟类栖息地—两地共生”，以及“生态低碳、应急水源地、城市景观和休闲旅游—四位一体”的理念，结合东部新区整体城市设计，围绕都市田园、湿地湖泊和风情小镇三大功能板块，打造温台地区典型滨海湿地。
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（1） 海上风电。园区引入浙江温岭东海塘风力发电有限公司，从2018年开始在东部产业集聚区沿海位置架设风力发电装置并运行，截至2021年底，总装机容量达到40 MW，全年发电量为6 637.18万 kW·h，可减少二氧化碳排放3.45万 t，削减大气污染物二氧化硫排放约3.89 t、氮氧化物约35.65 t、颗粒物约3.03 t。
（2） 分布式光伏发电。园区鼓励企业按照“自发自用、余量上网”的方式，建设屋顶分布式光伏发电系统，可再生能源使用比例逐年提升。截至目前，园区内部已有30%的企业，80万km2园区厂房屋顶安装光伏，总装机容量为60.2 MW，年均发电量为5 626.5万 kW·h，可减少二氧化碳排放2.92万 t，削减大气污染物二氧化硫排放约3.29 t、氮氧化物约30.25 t、颗粒物约2.57 t。
（3） 智慧能源管理系统。为加快构建“清洁低碳、安全高效”能源体系，打造绿色低碳园区，与浙江新奥能源发展有限公司签署低碳园区战略合作协议，引入低碳能效数智化解决方案，帮助企业实现能源管控、治理优化、资源协同及高效运维，并在此基础上实现全流程碳排放量化、碳资产智慧管理、碳咨询、碳核查和碳交易，进而实现区域或企业能源双控、低碳化、数智化的管理目标。
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对降雨事件的监测与分析表明，温岭市东部产业集聚区径流污染调蓄效果明显，发生溢流时外排径流水中相关污染物浓度均低于《地表水环境质量标准（GB3838—2002）》Ⅳ类水标准，水环境改善成效显著。2021年园区供水量为1 112.18万 m3，单位建设用地综合用水量仅为43.7万 m3/（km2·a），远低于同类用地综合用水量水平，厂区等水资源利用体系对于优质水资源的减量使用效果明显，全区130家企业年雨水资源化利用近100万 t，节约水费600万元，可减少碳排放量194 t。2021年园区可再生能源发电量达1.22亿 kW·h，可减少二氧化碳排放6.37万 t，削减大气污染物二氧化硫排放约7.18 t、氮氧化物约65.9 t、颗粒物约5.6 t。
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园区坚持人与自然和谐共生理念，工业发展的同时兼顾生态环境保护。通过建设的污水处理厂尾水处理湿地，使废水中的COD等污染物通过人工湿地生态系统进行降解固碳，达到水质净化、减少洪涝灾害，保护北部河湖水环境，改善水文循环，增加景观效果，改善城市环境的目的。龙门湖生态湿地公园于2019年5月份入选浙江省大花园建设行动计划五大工程中的生态环境质量提升工程和绿色产业发展工程。2021年温岭市东部产业集聚区工业增加值达36.34亿元，同比增速达到24.6%，实现了绿色高质量发展，且园区空气环境质量全年优良率为100%。
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以问题和目标为导向，全域推进海绵城市建设，构建包含“海绵城市”“海绵建筑”“绿色湿地”3大标准子体系的“海绵城市”标准体系。《温岭市东部新区工业企业设计、建设和管理准则》将厂区海绵标准化流程，在与新入区企业签订出让用地合同时，将雨水生态化利用系统建设纳入合同条款，同时给予企业1.2352元/m2的海绵厂区建设补助。
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目前，废水、废气处理设施应用广泛，然而仍有部分园区对生态环保认识不足、环保基础设施不到位，存在排放不达标、处理效率低等问题，严重影响了我国工业园区全面深入打好污染防治攻坚战和绿色低碳转型进度。为深入贯彻落实党中央、国务院关于碳达峰碳中和的决策部署和生态环境部等部门《减污降碳协同增效实施方案》，协同推进工业园区减污降碳工作，针对我国工业园现状，通过对浙江省温岭市东部产业集聚区NbS促进减污降碳协同增效的案例分析，本研究提出以下3点建议。
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工业园区应根据自身主导产业和污染物、碳排放情况，积极探索适宜的NbS路径，衔接减污降碳管理要求。政府应加大对工业园区NbS项目的财政政策支持，引导金融机构和社会资本投资NbS，鼓励园区优化空间布局，大力推广使用新能源，优化能源系统和梯级利用、水资源集约节约高效循环利用、废物综合利用，提升基础设施绿色低碳水平。
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统筹考虑生物多样性、气候变化和污染治理，研究制订工业园区NbS可行技术指南、NbS减污降碳成效评估指南等，推动污染物与温室气体排放协同控制，并从路径的经济可行性、可持续性、生态系统功能、减污降碳成效等方面进行成效评价。
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结合当前正在开展的减污降碳协同治理工作，选择一批绿色发展基础好、NbS路径成熟且改善园区综合环境绩效较显著、经济实力有保障的园区，开展示范试点。同时，政府统筹谋划，争取给予专项预算资金支持，帮助企业完成高端化、数字化、绿色化升级。探索不同层级的协同，逐步从宏观布局产生的减污降碳并联效果向系统集成化前后端贯通产生的减污降碳串联效果转化，最终形成基于自然、协调有力的工业园区高质量发展新格局。
基于自然的解决方案促进工业园区减污降碳协同增效
——以温岭市东部产业集聚区为例Nature-based solutions to promote synergies in the reduction of pollution and carbon emissions in industrial parks
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摘要: 工业园区是产业集聚、资源节约集约的重要载体，是开展减污降碳协同增效的重要领域之一。我国工业园区发展过程中较为注重技术创新对减污降碳的贡献，但对基于自然的解决方案（Nature-based Solutions, NbS）普遍认识不足，尚不能充分发挥自然生态系统的净化环境和固碳功能。文章选取浙江省温岭市东部产业集聚区为案例，评估了NbS在水环境治理、温室气体减排、生态保护、经济效益等方面取得的成效，进而对我国工业园区协同推进减污降碳提出：加强工业园区NbS路径设计和建设的政策引导和支持，开展工业园区NbS标准制定和成效评价工作和开展工业园区NbS试点建设3方面建议。Abstract: Industrial parks are important carriers for industrial agglomeration and resource conservation, playing a crucial role in promoting synergies in the reduction of pollution and carbon emissions. In the development of industrial parks in China, more attentions are paid to the technological innovation in the reduction of pollution and carbon emissions, the understanding of nature-based solutions (Nature-based Solutions, NbS) is insufficient and natural ecosystems have not been fully employed in environmental purification and carbon sequestration. Zhejiang Wenling Eastern Industrial Agglomeration Area was selected as a case to evaluate the effects of NbS in water environment management, greenhouse gas emission reduction, ecological conservation and economic benefits. Based on the results, three recommendations were proposed to synergy the reduction of pollution and carbon emissions in industrial parks: strengthening policy guidance and support for NbS pathway design and construction, establishing NbS standards and carrying out the effect evaluation in industrial parks, and conducting NbS pilot projects in industrial parks.
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我国城镇污水处理厂常年在实际运行过程中会遭受到有机负荷冲击[1-4]，进水污染物浓度的突然变化或有机负荷(OLR)冲击会影响生化系统中微生物的生命活动、营养物质的利用及微生物代谢途径，进而影响水中污染物的去除效果[5-6]。我国城镇污水处理厂常用生物工艺为An/O、氧化沟、SBR和MBR等，An/O和SBR为城镇污水厂主要工艺[7]，污水厂在运行的过程中常受高有机负荷冲击，生物系统遭受破坏且出水水质不达标，且高有机负荷冲击导致系统长时间处于低溶解氧状态，易造成污泥膨胀。因此如何采取有效的措施应对有机污染物冲击，保证出水水质稳定达标，对于实际工程应用价值更大。
董国日等[8]通过研究连续有机负荷冲击对SBR反应器的影响，当周期有机冲击负荷为0.10 kg COD/(kg MLVSS·h)时，SBR系统能够耐受连续多个周期的高有机负荷冲击。金明姬等[9]通过研究不同有机负荷条件下曝气时间对SBR反应器的影响，当搅拌/曝气时间分别为2.5 h/7.5 h时，COD和TP的去除效果最佳。本文通过改变进水有机负荷的大小，来了解不同有机负荷瞬时冲击对SBR反应器的影响，给出系统自然恢复时间。通过检测进出水COD、NH4+-N、TN、TP和活性污泥胞外聚合物(EPS)，并采取提高曝气量的方法探索其对各项污染物的去除效果，以此为工程实践提供理论参数支持。
1. 材料与方法
1.1 试验装置
试验装置示意图，见图1。SBR反应器采用有机玻璃板制，300 mm×300 mm×400 mm，总有效容积为36 L。试验期间水温（21±1.5）℃。采用电磁式空气压缩机曝气，使用水泵进水，并用玻璃转子流量计进行气量控制。反应器运行方式：曝气8 h、沉淀3 h、排水10 min、闲置50 min，排水比50%。每个周期12 h，采用非限制性曝气方式。反应器活性污泥来自吉林省柏林水务集团污水厂。
1.2 实验用水
实验污水模拟城镇污水主要成分：淀粉、牛肉膏、蛋白胨、乙酸钠(CH3COONa)、氯化铵(NH4Cl)、磷酸二氢钾(KH2PO4)、碳酸氢钠(NaHCO3)、硫酸镁(MgSO4)、氯化钙(CaCl2)、硫酸亚铁(FeSO4)和微量元素1 mL。其中微量元素成分：氯化锌(ZnCl2)、硫酸铜(CuSO4)、硫酸锰(MnSO4)和氯化铝(AlCl3)。实验期间进水污染物浓度，见表1。
表 1 设计进水主要污染物浓度范围mg·L−1 污染物 常负荷 负荷1 负荷2 负荷3 COD 372.1～427.3 798.2～811.2 1 116.3～1 281.9 1 484.8～1 709.2 NH4+-N 33.53～36.17 TN 38.53～41 TP 3.02～4.17 | Show Table
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1.3 试验方法
冲击试验之前反应器已稳定运行30 d，运行期间曝气量1.2 L/min，混合液悬浮固体(MLSS)质量浓度3 500 mg/L，污泥龄30 d，运行期间平均出水COD、NH4+-N、TN和TP分别为28.9、0.43、10.46和0.083 mg/L。反应器运行稳定之后进行单周期瞬时有机负荷冲击试验，实验通过调整淀粉、乙酸钠的量来控制进水有机负荷大小。冲击过程中观察不同负荷下污染物去除变化和污泥特性，给出系统自然恢复时间并结合反应器出水效果给出相应的解决对策。反应器运行参数，见表2。
表 2 运行参数指标 常负荷 负荷1 负荷2 负荷3 曝气/L·min−1 1.20 1.20 1.20 1.50 1.80 2.10 污泥负荷/g·(L·d)−1 0.17 0.34 0.51 0.68 | Show TableDownLoad:
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1.4 检测方法
实验过程中MLSS采用重量法测定[10]；COD采用重铬酸钾法测定；TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定；NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法测定；TP采用钼酸铵分光光度法测定；DO和温度用WTW(oxi3310)便携式DO仪检测测定；EPS采用甲醛-NaOH法提取[11]；PN含量采用Folin-酚法测定[12]；EPS中PS含量采用苯酚-硫酸法测定[13]，PN和PS的含量以MLSS计，mg/g。
2. 结果与分析
2.1 有机负荷冲击对污染物去除效果的影响
2.1.1 不同负荷下污染物去除效果
有机负荷对COD的降解。反应初期去除COD主要以物理吸附为主，活性污泥吸附量随着负荷的增加而增大。0～4 h期间常负荷、负荷1和负荷2基本完全降解，4～8 h期间COD处于平稳状态，出水COD分别为31.6、42.14和31.6 mg/L。0～8 h时负荷3在降解的过程中，随着降解时间的增加，COD的降解速度变慢，出水COD为96.32 mg/L。
图2（b）可知，NH4+-N完全降解的时间随着负荷的增加而增加，负荷3的NH4+-N出水浓度为7.205 mg/L，末端溶解氧偏低，硝化反应无法充分进行。图3（c）可知，常负荷、负荷1和负荷2出水TN为11.045、8.302和6.59 mg/L ，结合图2（b）和图3可看出硝化反应充分进行，不同负荷冲击下为反硝化提供了充足的碳源，且随着有机负荷的增加而增加；DO偏低为反硝化提供了良好的缺氧环境，且充足的碳源有利于异养菌的增长，使得反硝化反应充分进行。图2（d）可知，TP降解历时中，PAOs的释放量随着负荷的增加而增加，负荷1、负荷2和负荷3情况下的TP检测最大值分别为16.096、37.4和43.6 mg/L，3种负荷条件下出水TP分别为0.056、0.104和19.3 mg/L。负荷3的TP出水超高的原因是进水负荷的增加，高浓度有机物能使聚磷菌(PAOs)更好的生成聚羟基烷酸，厌氧释磷不受影响可以很好的进行[14]。PAOs在厌氧条件下得到充分的碳源，释磷时间也随之增加；导致好氧吸磷的时间较短，出水TP浓度过高，其次高负荷冲击下（图3），冲击过程中DO一直处在偏低状态，异养菌和硝化细菌争夺DO，硝化反应发生不完全。由于进水有机物浓度高、曝气时间短不利于硝化细菌的生长，而残留在反应器内的硝化反应产物硝态氮抑制PAOs厌氧释磷[15]。另外，PAOs也需在好氧条件下吸收磷来合成ATP，无法为好氧吸磷和硝化反应提供足够的溶解氧。试验结果表明，系统在OLR达到0.68 g/(L·d)时反应器出水不满足《城镇污水处理厂污染物排放标准：GB 18918—2002》的一级A标准。通过上述研究发现DO对冲击过程影响较大，因此决定加大曝气量增加DO来改善氧环境，探索增加DO对活性污泥系统抗OLR冲击缓解作用大小。
2.1.2 自然恢复下污染物去除效果
图4（a）可知，反应器经过4个周期COD出水达到48.19 mg/L，又经过7个周期自然恢复，恢复速率呈下降的趋势。第10个周期到第11个周期恢复速率逐渐平缓，且第11个周期时反应器出水28.67 mg/L，满足GB 18918—2002排放标准。
图4（b）可知，反应器经过3个周期NH4+-N出水4.964 mg/L，又经过3个周期自然恢复，恢复速率呈上升的趋势，在第11个周期时反应器NH4+-N出水达到0.682 mg/L。图4（b）和图4（c）可知，随着自然恢复期数的增长TN浓度也随之增长，NH4+-N浓度随之下降。原因是高有机负荷冲击下反应器溶解氧过低，硝化反应无法充分进行，高浓度有机物冲击下有利于异养菌的生长，且在低溶解氧条件下更有利于反硝化的进行。系统自然恢复的过程中随着周期数的增加，微生物得到充分的溶解氧，硝化反应进行充分，反硝化受到抑制造成硝态氮和亚硝态氮堆积，所以TN浓度也随之增高。图4（d）可知，反应器经过9个周期TP出水达到0.346 mg/L，又经过3个周期自然恢复出水达到0.054 mg/L，且自然恢复速率逐渐下降。原因是高有机负荷冲下，反应器在高浓度有机物条件下好氧异养菌与硝化菌以及PAOs争夺DO,抑制了PAOs好氧吸磷过程，恢复常负荷后PAOs得到充足的溶解氧且维持生命活动所消耗的有机物的量充足，通过自然恢复11个周期反应器出水TP满足城镇污水处理厂污染物排放标准。
2.2 有机负荷冲击对EPS的影响
EPS是活性污泥在一定条件下分泌的、包裹在胞外的高分子聚合物，主要成分为PS、PN等[16-18]。活性污泥在受到水质、水量的冲击条件下，EPS能对微生物起着保护作用。由于反应系统在负荷3的条件下系统出水不达标，因此通过检测冲击前后EPS含量来得出活性污泥系统自然恢复周期。负荷3冲击前PS和PN分别为16.62和14.62 mg/g，经过5个周期后PS达到最大值为30.17 mg/g，PN无较大变化，为16.48 mg/g，又经过5个周期后PS降至19.16 mg/g，EPS恢复至冲击前要需11个周期。负荷3时EPS恢复至起始时的含量，在恢复过程中，PS含量变化较大，PN含量变化较小，有机负荷较高的情况下，微生物无法利用全部碳源来维持新陈代谢，而是将过量的碳源转化为PS。系统自然恢复的过程中，高有机负荷冲击下促进系统产生大量的异养型微生物，PS又作为碳源被系统微生物利用而逐渐减少，见图5。
2.3 曝气量对有机负荷冲击的调控作用
根据以上分析得出反应器在负荷3时脱氮除磷效率下降，主要原因在于高有机负荷冲击下反应器DO的不足，异养菌与硝化菌以及聚磷菌争夺DO,抑制了硝化作用和好氧吸磷过程。因此通过提高曝气量来解决高有机负荷冲击下反应器DO偏低的问题，并给出应对该问题的解决参数。
图6（a）可知，COD降解速率随着曝气量的增大而变快，曝气量分别为1.5、1.8和2.1 L/min，平均出水COD分别为39.66、28.25和31.59 mg/L。当气量增至2.1 L/min时，COD的降解速率相比于1.8 L/min时无变化。图6（b）可知，NH4+-N降解速率随着曝气量增加而增加，反应器得到充足的DO，硝化反应进行充分。在相同曝气时间时，出水NH4+-N浓度降低，曝气量分别为1.5、1.8和2.1 L/min时，平均出水NH4+-N分别为5.28、2.39和0.97 mg/L。图6（c）可知，气量越大TN降解速率越慢，原因是随着曝气量的增加反应器DO充足，厌氧时间缩短，不利于反硝化的充分进行。曝气量分别为1.5、1.8和2.1 L/min时平均出水TN分别为8.59、9.89和11.5 mg/L。图6（d）可知，随着曝气量的增加，PAOs得到充分的DO；厌氧释磷时间随曝气量增加而缩短。从图6中可以明显看到，不同的气量条件下磷的释放量也不同，气量越大磷的释放量相对越大，说明水中溶解氧越高，水力剪切力越大；把淀粉大分子物质分解成小分子糖类被PAOs储存，LIU et al [19]研究表明水力剪切力越大可促进PS分泌；因此PS也为厌氧释磷提供充足的碳源。当气量增至1.8 L/min时，反应器DO不足，硝化细菌和PAOs竞争反应器的溶解氧，此时DO不充足导致好氧吸磷无法充分进行。曝气量分别为1.5、1.8和2.1 L/min时平均出水TP分别为8.73、2.64和0.447 mg/L，提高曝气可使出水TP浓度降低。曝气量为2.1 L/min，污染物去除效率最高并且反应器出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准。综合分析，负荷3下最适曝气量应为2.1 L/min。
3. 结论
（1）SBR活性污泥系统受单周期瞬时高浓度有机负荷冲击时，在0.68 g/(L·d)负荷条件下，反应8 h时的出水COD、NH4+-N、TN和TP分别为96.32、7.205、7.34和19.3 mg/L，不满足城镇污水处理厂污染物排放标准。DO不充足影响有机物的降解、硝化反应和好氧吸磷，且充足的碳源有利于反硝化和厌氧释磷进行。
（2）在0.68 g/(L·d)负荷条件下，系统冲击前PS和 PN分别为16.62和14.62 mg/L，冲击后EPS组分中PN含量无明显变化，PS含量经过11个周期自然恢复后；在第5个周期PS达到最大值。经过11个周期自然恢复后反应器出水COD、NH4+-N、TN和TP分别为28.67、0.682、11.12和0.054 mg/L满足GB 18918—2002排放标准，系统自然恢复至冲击前需要11个周期。
（3）瞬时有机负荷冲击导致反应器内DO不足，污染物去除效率降低的情况可采用提高曝气量的方式进行调控。在0.68 g/(L·d)负荷条件下，随着气量增加污染物去除效率提高，TN去除效率逐渐降低。通过调整曝气量的方式，在曝气量为2.1 L/min时，系统在0.68 g/(L·d)负荷条件下出水污染物满足污水处理厂污染物排放标准。
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