废水生物除磷

废水生物除磷
1 废水生物除磷原理
根据试验研究发现，好氧处理中的活性污泥在厌氧—好氧过程中，原生动物等生物相不发生变化，只有异养型生物相中的小型革兰氏阴性储短杆菌——俗称为聚磷菌会大量繁殖，它虽是好氧菌，但竞争能力很差，然而却能在细胞内贮存聚β羟基丁酸(PHB)和聚合磷酸盐(Poly-p)。

在厌氧—好氧过程中，聚磷菌在厌氧池中为优势菌种，构成了活性污泥絮体的主体，它吸收低分子的有机物（如脂肪酸），同时将贮存在细胞中聚合磷酸盐（Poly-p）中的磷通过水解而释放出来，并提供必需的能量。

而在随后的好氧池中，聚磷菌所吸收的有机物将被氧化分解，并提供能量，同时能从污水中变本加厉地、过量地摄取磷，在数量上远远超过其细胞合成所需的磷量，将磷以聚合磷酸盐的形式储藏在菌体内而形成高磷污泥，并且通过剩余污泥系统排出，因而可获得相当好的除磷效果，其生物除磷基本原理如图1 所示。

图 1 废水生物除磷基本原理
在厌氧池，在没有溶解氧和硝态氧存在的厌氧条件下，兼性细菌将溶解性BOD 通过发酵作用转化为低分子可生物降解的挥发性有机酸（VFA），聚磷菌吸收这些VFA 或来自原污水的VFA，并将其运送到细胞内，同化成细胞内碳能源储存物聚β羟基丁酸(PHB),所需的能量来源于聚磷的水解以及细胞内糖的酵解,并导致磷酸盐的释放。

在好氧池，聚磷菌的活力得到恢复，从污水中大量吸收磷，并以聚合磷酸盐的形式存储在细胞内，其量大大超出生长需要的磷量，通过PHB 的氧化代谢产生能量，用于磷的吸收和聚磷的合成，能量以聚磷酸高能键的形式存储，磷酸盐便从污水中去除。

产生的富磷污泥通过剩余污泥的形式排放，从而将磷从系统中除去。

从能量角度来看，聚磷菌在厌氧状态下释放磷，获取能量，以吸收废水中的溶解性有机物，在好氧状态下降解吸收的溶解性有机物获取能量以吸收磷，在整个生物除磷过程中表现为PHB 的合成和分解。

值得指出的是，聚磷菌在厌氧—好氧交替运行的系统中有释磷和摄磷的作用，使得它在与其他微生物的竞争中取得优势，从而使磷得到有效的去除。

因为聚磷菌在厌氧条件下能够将其体内储存的聚磷酸盐分解，以提供能量摄取废水中的溶解性有机基质，合成并储存PHB，这样使之在与其他微生物竞争中，其他微生物可利用的基质减少，从而不能很好地生长。

而在好氧阶段，由于聚磷菌的高能过量摄磷作用，使得活性污泥中的其他非聚磷微生物得不到足够的有机基质及磷酸盐，也会使聚磷菌在与其他微生物的竞争中获得优势。

并有效地抑制丝状菌的增殖，避免了由于丝状菌大量繁殖引起的污泥膨胀。

关于污水生物除磷工艺中的聚磷菌，经研究发现，除了小型革兰式阴性短杆菌外，还有假单胞菌属和气单胞菌属，它们占聚磷菌数量的15%~20%，而杆菌仅占1%~10%，但它储存聚磷的能力最强。

Tracy 提出在好氧区聚磷的累积可用下式表达：
而厌氧区，聚磷酸盐的降解也可表示如下：
2 生物除磷的环境因素分析
2.1．BOD 负荷和有机物性质
废水生物除磷工艺中，厌氧段有机基质的种类、含量及其与总磷浓度的比值（BOD5/TP）是影响除磷效果的重要因素。

不同的有机物为基质时，磷的厌氧释放和好氧摄取是不同的。

分子量较小的易降解的有机物，如低级脂肪酸类物质易于被聚磷菌利用，将其体内储存的聚合磷酸盐分解释放出磷，其诱导磷释放的能力较强，而高分子难降解的有机物诱导释磷的能力较弱。

厌氧阶段磷的释放越充分，好氧阶段磷的摄取量就越大。

另一方面，聚磷菌在厌氧段释放磷所产生的能量，主要用于其吸收进水中低分子有机基质合成PHB储存在体内，以作为其在厌氧压抑环境下生存的基础。

因此，进水中是否含有足够的有机基质提供给聚磷菌合成PHB，是关系到聚磷菌在厌氧条件下能否顺利生存的重要因素。

一般认为，进水中BOD5/TP 要大于20~30，才能保证聚磷菌有着足够的基质需求而获得良好的除磷效果。

为此，有时可以采用部分进水和省去初沉池的方法来获得除磷所需要的BOD负荷。

2.2．溶解氧
在厌氧条件下，溶解氧直接影响聚磷菌的生长、释磷能力和利用有机基质合成PHB的能力。

因为DO的存在，一方面DO将作为最终电子受体而抑制厌氧菌的发酵产酸作用，妨碍磷的释放；另一方面DO会耗尽能快速降解的有机基质，从而减少了聚磷菌所需的脂肪酸的产生量，造成生物除磷效果差。

所以厌氧区的DO必须严格控制在0.2mg/L以下。

而在好氧区中要供给足够的溶解氧，以满足聚磷菌对其储存的PHB进行降解，释放足够的能量供其过量摄磷，有效地吸收废水中的磷。

所以，好氧区的DO控制在2.0mg/L 左右。

2.3．污泥龄
由于生物脱磷系统主要是通过排除剩余污泥去除磷的，所以污泥龄的长短对污泥的摄磷作用及剩余污泥的排放量有着直接的影响。

一般来说，污泥龄越短，污泥含磷量越高，排放的剩余污泥量也越多，越可以取得较好的脱磷效果。

短的污泥龄还有利于好氧段控制硝化作用的发生，而有利于厌氧段的充分释磷，因此，仅以除磷为目的的污水处理系统中，一般宜采用较短的污泥龄。

但过短的泥龄会使出水的BOD5和COD达不到要求。

所以，以除磷为目的的生物处理工艺，污泥龄一般控制在3.5~7d。

2.4．厌氧区硝态氮
硝态氮包括硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，其存在同样也会消耗有机基质而抑制聚磷菌对磷的释放，从而影响在好氧条件下聚磷菌对磷的吸收。

另一方面，硝态氮的存在会被部分生物聚磷菌（气单胞菌）利用作为电子受体进行反硝化，从而影响其以发酵中间产物作为电子受体进行发酵产酸，从而抑制了聚磷菌的释磷和摄磷能力，以及PHB的合成能力。

2.5．pH 值
研究证明，pH 值在6~8 的范围内时，磷的厌氧释放比较稳定；pH 值低于6.5 时，生物除磷的效果会大大下降。

2.6．温度
温度对除磷效果的影响不如对生物脱氮过程的影响那么明显，因为在高温、中温、低温条件下，不同的菌群都具有生物脱磷的能力，但低温运行时厌氧区的停留时间要长一些，以保证发酵作用的完成及基质的吸收。

研究表明，在5~30℃的范围内，可以得到很好的除磷效果。