影响污水生物除磷的因素

污水生物除磷的影响因素排放富含氮磷的污水会导致受纳水体的富营养化，特别是湖泊和流速较小的河流(Sundblad et al., 1994; Danalewich et al., 1998)。

目前，具有除磷功能的污水厂多数采用化学沉淀法，常用的混凝剂为硫酸铝或石灰(Stratful et al., 1999)。

生物除磷就是利用微生物超过其正常代谢需要地聚集磷酸盐(作为细胞内的聚磷)(Brdjanovic et al., 1998; Mino et al., 1998)。

BPR工艺的主要特征就是使活性污泥循环处于厌氧和好氧环境，并使进水进入厌氧区(Wagner and Loy, 2002)。

在厌氧区，必须有充足的易生物降解碳源，如VFAs，诱导除磷菌吸收酸并释放磷酸盐(Morse et al., 1998)。

在好氧区，发生超量吸磷，导致总磷去除率高达80-90% (Morse et al., 1998)。

通过排放富含磷的剩余污泥实现磷的高效去除(Mino et al., 1998)。

Mino et al.(1998)总结了BPR工艺的微生物学和生物化学过程。

此外，反硝化聚磷菌(DPAO=denitrifying P-accumulating organisms)也被广泛报道与讨论((Kerm-Jespersen and Henze, 1993; Rensink et al., 1997, Meinhold et al., 1999; Hu et al., 2002)。

Ekama and Wentzel(1999a)认为，在适宜的条件下，不同种类的PAO可以完成缺氧磷吸收，但除磷效果明显较低，而且与好氧吸磷PAO相比，其利用进水中易生物降解COD的效率也低。

1.1 污水水质要使BPR成功运行，污水进水越稳定越好，应避免进水量的剧烈波动。

可采取在较长时间内逐渐增加的办法来提高负荷率(Shehab et al., 1996)。

BPR系统对干扰很敏感，例如暴雨时的污水稀释(Brdjanovic et al., 1998)，较长时间的干扰导致长达4周的恢复时间(Okada et al., 1992)。

有机碳负荷较低的时期过后的1-2d，出水磷酸盐明显升高(Carucci et al., 1999a)。

当进水有机组分从VFAs变为糖类，如葡萄糖，会诱导聚糖原微生物(GAOs=glycogen accumulating organisms)的增殖(Satoh et al., 1994)。

COD负荷过高将使BPR系统除磷效果恶化。

Morgenroth and Wilderer(1998)在生物膜系统中发现，当进水乙酸盐浓度增加到400mg/L时，导致高效厌氧释磷(超过100mgP/L)，提高了除磷效果。

但是，当进水乙酸盐浓度进一步增加到600mg/L时，厌氧释磷却停止，除磷效果恶化。

较高的进水乙酸盐浓度也会给BPR带来不利影响(Randall and Chapin, 1997)。

据报道，污泥的COD-SS负荷较低时，具有较高的吸磷动力(Chuang et al., 1998)。

当污泥的COD-SS负荷较高时，污泥将进水中的有机物转化为贮存物3-hydroxyvalerate(3HV)，导致BPR恶化(Liu et al., 1996)。

3HV是可被GAO细菌利用的主要贮存物。

较高的进水COD/P 比也会降低BPR效果。

在厌氧区内，如果COD未被消耗完毕，剩余的基质会导致好氧区内丝状菌的生长(Chang et al., 1996)。

Furumai et al.(1999)发现，当污泥具备较高的生物除磷能力后，降低有机负荷导致BPR恶化，同时出水硝酸盐浓度升高。

污泥负荷升高后，除磷效果恢复。

一般认为，要使得出水P水平<1.0mg/L，要求厌氧区进水的BOD5:TP>20:1，或COD:P>40:1(Randall et al., 1992)。

当COD:P低于50时，单独的BPR就不满足出水磷要求(Pitman, 1991)。

进水中每增加7.5mg乙酸盐/L，将使出水中减少1.0mgP/L(Manoharan, 1988)。

1.2. VFAsBarnard(1993)发现，去除1mg磷需要7-9mgVFA。

而Oldham等(1994)利用VFAs使出水磷降低至0.2-0.3mg/L。

VFAs可在现场生产，且运行费用低，不存在贮存和操作问题，这使其成为具有吸引力的营养物去除碳源(Manaraj and Elefsiniotis, 2001)。

除VFAs外，更多的有机化合物，包括：羧酸类(carboxylic acids)，糖类，和氨基酸，也可被富含PAO的污泥在厌氧条件下利用(Satoh et al., 1996)。

Carucci等(1999b)发现，用其它基质，如葡萄糖和蛋白胨，代替VFA也可实现BPR。

上述作者表明，葡萄糖的厌氧吸收可能实现BPR，也可能不会出现BPR。

有关PAOs和GAOs的活动的研究结果还没有取得一致。

这表明，有机化合物的厌氧吸收和贮存机理可能不同，可能实现BPR，也可能不会出现BPR。

进水中不同碳源对BPR活性的影响研究表明，乙酸盐(acetate)和丙酸盐(propionate)可获得最高的厌氧释磷速率，而乳酸盐(lactate)、琥珀酸盐(succinate)、苹果酸盐(malate)、丙酮酸盐(pyruvate)的厌氧释磷速率较低(Satoh et al., 1996)。

以乙酸盐(acetate)和丙酸盐(propionate)作为电子供体投加时，发现污泥中的PHA浓度增加，但投加其它酸基质时却逐渐下降。

但是，要指出的是，乙酸盐的存在会导致污泥沉降问题(Canizares et al., 1999)。

包括葡萄糖预发酵(pre-fermentation)的批次试验表明，增加2碳到5碳链的VFA，包括琥珀酸盐(succinate)，但不包括丙酸盐(propionate)，获得很高的磷去除率(Randall et al., 1997b; Hood and Randall, 2001)。

以戊酸为例，带分枝的VFA比直线型相同碳原子的VFA具有更高的磷去除率，且在进水摩尔浓度较低时比其它VFA具有更持久的除磷效果。

Rustrian等(1996)的研究表明，乙酸盐与丁酸盐(butyrate)相同，都是除磷的良好碳源，然而，丙酸盐(propionate)却是所研究的VFA中除磷效率最低的。

人工合成的富含葡萄糖和氨基酸的废水对除磷是极端有害的，投加果糖(fructose)或淀粉(starch)，除磷效果也不好，但比葡萄糖要好。

Randall and Khouri(1998)确认，乙酸和异戊酸(isovaleric acid)不但强化了短期试验时的磷去除，也使长期培养中系统获得好的除磷效果。

影响DPAO发生以及缺氧吸磷的一个主要因素是进入缺氧反应器内的硝酸盐负荷。

亦即硝酸盐负荷应足够大或超过普通异养菌(OHO=ordinary heterotrophic organisms)的反硝化能力，亦即在缺氧反应器内非聚磷菌(non-PAO)与DPAO竞争(Hu et al., 2002)。

根据这种竞争，若进入主缺氧反应器的硝酸盐负荷小于OHO的反硝化能力，OHO将利用有限的硝酸盐从而具有竞争优势；若进入主缺氧反应器的硝酸盐负荷超出了OHO的反硝化能力，则PAO 将利用剩余的硝酸盐并在系统内增殖(Hu et al., 2002)。

1.3.阳离子进水中阳离子的浓度和种类对强化生物除磷工艺的稳定性以及活性污泥内磷的凝固机制起重要作用(Schönborn et al., 2001)。

在强化BPR工艺中，P和两种阳离子(镁和钾)的共同运输(co-transport)对细胞内聚磷的稳定性很重要(Rickard and McClintock, 1992)。

Pattarkine and Randall(1999)通过批次试验研究表明，污泥吸磷受钾、镁和钙的可获得性影响。

对EBPR 来说，钾和镁同时需求，两者单独存在一种都不满足需求。

在进水中人为增加镁离子浓度，从15mg/L增加到24和31mg/L时，磷去除效率从85%提高到97%(Schönbom et al., 2001)。

在任何一个聚磷链(poly-P chain)内，需要一个阳离子来稳定每一个磷酸盐组团(phosphate group)，而且从细胞内每排出一个磷酸盐分子则需要一个来自K+或Mg2+的阳离子(Romanski et al., 1997)。

Jonsson et al.等(1996)发现，在厌氧反应器内污泥每释放1mol磷，同时释放0.27-0.36mol钾和0.29-0.32mol的镁。

但是，BPR似乎不需要钙，而且看起来钙也与生物化学沉淀无关(Pattarkine and Randall, 1999)。

生产规模的生物除磷污水处理厂的进水中可能经历短期或长期的钾元素缺乏。

当采用试验方法模拟进水中严重缺乏钾元素的情况时发现，(a)磷去除消失；(b)生物体内的聚磷酸盐下降；(c)几天的钾缺乏会对厌氧释磷及乙酸盐吸收造成不利影响。

作为对比，当钾元素过量时，该系统实现了完整的磷去除过程(Brdjanovic et al., 1996)。

钾也会严重影响活性污泥系统的沉降、脱水以及出水水质。

当钾浓度接近营养需求(约占生物细胞干重的1%)时，说明钾浓度不足。

过多的钾也会对活性污泥工艺有害，会导致较差的脱水性能和出水水质(Murthy and Novak, 1998)。

1.4.水温据报道，在温度较高时(20-37℃)，能提高生物除磷效率(McClintock et al., 1993; Converti et al., 1995)。

但也有报道在低温时(5-15℃)也具有较好的除磷效率(Viconneau et al., 1985; Florentz et al., 1987)。

Panswad等(2003)研究认为，PAOs是温度较低范围内的嗜温细菌，也可能是嗜冷细菌，在20℃或更低时占优势。

而GAO可能是温度适中范围内的嗜温细菌，其最佳温度为25-32.5℃。

温度的迅速降低或水力冲击负荷会导致污水厂生物除磷效果的剧烈波动。

长时间的干扰，如10d，将使BPR系统除磷效果恶化长达4周(Okada et al., 1992)。

Brdjanovic等(1997)发现，温度对BPR系统内的耗氧速率有较大影响。

在5-10℃，好氧池内磷吸收不完全；而在20-30℃，则吸磷完全。

Krishna and Van Loosdrecht(1999)报道，温度严重影响贮存性聚合物的累积，在高温时，合成的PHB减少。