【解析】基础夯实之生物除磷

导语

作为水体富营养化祸首之一的磷，是水污染防治工程中关注的对象，除磷分为化学除磷和生物除磷，小编在前段已从基本机理、主要工艺形式和药剂投加方面对化学除磷做了详细分享，所谓生化除磷，有很多时候两者配合可实现最优去除效果。今天就生物除磷的基本知识及相关探讨做分享。

基本原理：

生物除磷的基本原理就是利用一种被称为聚磷菌（也称除磷菌、磷细菌）的细菌在厌氧条件下能充分释放其细胞体内的聚合磷酸盐；而在好氧条件下，又能超过其生理需要从水中吸收磷，并将其转化为细胞体内的聚合磷酸盐，从而形成富含磷的生物污泥，通过沉淀从系统中排出，实现生物除磷。

影响因素：

生物除磷的影响因素包括：温度、pH值、厌氧池DO、厌氧池硝态氮、泥龄、RBCOD含量、糖原。

1、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，在一定温度范围内，温度变化不是十分大时，生物除磷都能成功运行。试验表明，生物除磷的温度宜大于10℃，因为聚磷菌在低温时生长速度会减慢。

2、pH值

在pH在6.5一8.0时，聚磷微生物的含磷量和吸磷率保持稳定，当pH值低于6.5时，吸磷率急剧下降。当pH值突然降低，无论在好氧区还是厌氧区磷的浓度都急剧上升，pH降低的幅度越大释放量越大，这说明pH降低引起的磷释放不是聚磷菌本身对pH变化的生理生化反应，而是一种纯化学的“酸溶”效应，而且pH下降引起的厌氧释放量越大，则好氧吸磷能力越低，这说明pH下降引起的释放是破坏性的，无效的。pH升高时则出现磷的轻微吸收。

3、溶解氧

每毫克分子氧可消耗易生物降解的COD3mg,致使聚磷生物的生长受到抑制，难以达到预计的除磷效果。厌氧区要保持较低的溶解氧值以更利于厌氧菌的发酵产酸，进而使聚磷菌更好的释磷，另外，较少的溶解氧更有利予减少易降解有机质的消耗，进而使聚磷菌合成更多的PHB。而在好氧区需要较多的溶解氧，以更利于聚磷菌分解储存的PHB类物质获得能量来吸收污水中的溶解性磷酸盐合成细胞聚磷。厌氧区的DO控制在0.3mg/l以下，好氧区DO控制在2mg/l以上，方可确保厌氧释磷好氧吸磷的顺利进行。

4、厌氧池硝态氮

厌氧区硝态氮存在消耗有机基质而抑制PAO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，硝态氮的存在会被气单胞菌属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PAO的释磷和摄磷能力及PHB的合成能力。每毫克硝酸盐氮可消耗易生物降解的COD8.5mg，致使厌氧释磷受到抑制，一般控制在1.5mg/l以下。

5、泥龄

污泥龄越小，除磷效果越佳。这是因为降低污泥龄，可增加剩余污泥的排放量及系统中的除磷量，从而削减二沉池出水中磷的含量。但对于同时除磷脱氮的生物处理工艺而言，为了满足硝化和反硝化细菌的生长要求，污泥龄往往控制得较大，这是除磷效果难以令人满意的原因。

6、RBCOD（易降解COD）

研究表明，当以乙酸、丙酸和甲酸等易降解碳源作为释磷基质时，磷的释放速率较大，其释放速率与基质的浓度无关，仅与活性污泥的浓度和微生物的组成有关，该类基质导致的磷的释放可用零级反应方程式表示。而其他类有机物要被聚磷菌利用，必须转化成此类小分子的易降解碳源，聚磷菌才能利用其代谢。

7、糖原

糖原是由多个葡萄糖组成的带分枝的大分子多糖，是胞内糖的贮存形式。如上图所示聚磷菌中糖原在好氧环境下形成，储存能量在厌氧环境下代谢形成为PHAs的合成的原料NADH并为聚磷菌代谢提供能量。所以在延迟曝气或者过氧化的情况下，除磷效果会很差，因为过量曝气会在好氧环境下消耗一部分聚磷菌体内的糖原，导致厌氧时形成PHAs的原料NADH的不足。

工艺：

废水生物除磷工艺主要有在生物除磷基本原理上发展起来的AO，以及与化学除磷相结合的Phostrip除磷工艺。

1、A-O生物除磷工艺

在利用AO工艺处理城市污水时，如下主要参数可供参考：

（1）水力停留时间为3-6h；

（2）曝气池内的污泥浓度一般为2700-3000mg/L；

（3）由于整个系统中的活性污泥交替处在厌氧和好氧条件下，其SVI可小于100，沉降性能好，发生污泥膨胀的可能性较小。

作为除磷最经典的AO工艺，在条件控制上，水污师认为首先是释磷的过程，释磷吸收存储能量为吸磷做准备，所以COD要充足，其次优势菌种，利用的硝酸盐、硫酸盐的菌种与聚磷菌呈竞争关系，这点从脱氮可以看出来，吸磷过程溶解氧不能低，要保持好氧状态，吸磷后的泥要及时排出，在二沉池积泥容易缺氧释磷，回流至前端又变成释磷，尽快把泥从系统中拿出去是关键。

2、Phostrip除磷工艺

以生物除磷为主体，以化学除磷辅助去除厌氧释磷后的上清液中磷酸盐，可以保证释磷后的污泥主要用于对进水中磷酸盐的吸收，故可达到更高的除磷效果。

答疑解惑

1、困惑之厌氧释磷

困惑一：是不是只要满足厌氧环境就能释磷，有无有机物均可？

困惑二：为了防止好氧回流液DO偏高，对缺氧造成影响，我把好氧段末端停止了曝气，是否会造成磷的二次释放？磷的二次释放需要何种条件？

困惑三：聚磷菌释磷和吸磷，PHB是否是关键因素，厌氧释磷，伴随着PHB的合成，这个过程能量的来源是不是就是单一的聚磷颗粒或者ATP水解提供，而不存在发酵和呼吸的代谢？

困惑四：为了加强脱氮除磷效果，我把好氧池前段区域停止曝气，只用搅拌器混合，相当于延长厌氧缺氧和厌氧的停留时间，这样做是否有效果？或者说反作用？

困惑五：无效释磷问题。

水友观点

▼

放牛班班长：

1、必须有有机物，且最好充足易吸收。

2、二次释放磷 只要厌氧时间久就会。

3、为何说不存在发酵和呼吸？

4、厌氧不是越大越好。那样过于牺牲好氧区，反而对后面的除氮和吸收不利。

谜雨：

厌氧释磷需要有机物，要储存能量为吸磷做准备。防止好氧回流对缺氧的影响，只需要控制好氧末段溶解氧不过高就行了，一进入缺氧段没有曝气那点溶解氧很快就会被消耗掉，基本不会影响。除氮靠反硝化，反硝化的反应时间很快的，这个你可以做小试测定硝酸盐氮，我们做过小试基本一个小时就有效果了，当然这个跟污泥浓度和有机物有关系，你延长了缺氧停留时间，如果硝化作用受到影响，反硝化的所需的硝酸盐氮也会受到影响，继而影响反硝化作用，一般工艺都有侧重点吧，要么主要除磷，要么主要除氮，除磷和除氮都需要有机物，并且所需环境也不一样。

水世界球球：

1、如果有效释磷需要有机物，无效的话无所谓；

2、不会造成磷的二次释放；不形成PHB，在好氧段就无法过度吸磷；

3、PHB是关键因素；

4、理论可行，实际需要看工程。

5、无效释磷是不考虑有无碳源的，要发挥除磷效果厌氧必须有碳源。

2、生化除磷相关问答

问题1：污水处理厂除磷工艺，SBR出水，加药，旋流混凝沉淀，消毒，出水。 用聚合氯化铝从2mg/L，降到0.5mg/L以下。但是铝盐的最好时候能降到0.6--0.9mg/L。 现在用的是食品级氯化铝，1万吨/天加药300kg，加600kg也没再降下去多少。混凝沉淀的时间最多3个小时，现在用铁盐做实验但是铁盐的反应时间不够，还有颜色。有何解决方法？因厂采用斜管沉淀，用聚丙烯酰胺做助凝剂能引起污泥上浮吗？

回答：用PAC加阴离子的PAM 没有问题，不会浮泥。可以改变一下排泥时间。仅看混凝沉淀不一定有效，应该看下生物除磷的运行情况，重点是看下生物排泥是否及时。如果排泥不及时，可能会造成SBR出水磷高，同样会影响混凝的混凝效果。

问题2：污水处理厂，属于二级工业污水处理厂。前段时间脱水机坏了一个月左右，一直没修好，近期出水总磷升高。以往二沉出水总磷0.5-0.7mg/L，现在总磷1.7左右，已加强排泥4天，但效果不明显，请问是什么原因？

回答：一个月不排泥，除磷达到效果需要1周以上的时间，着急可以加PAC。

问题3：AAO工艺，进水水质COD、氨氮、总氮、总磷分别为：2000-4000mg/L（可认为控制）、氨氮150mg/L左右，总氮300mg/L左右，总磷50-80mg/L，设计8000吨每天，实际进水约3500吨。正常运行时出水COD 、氨氮、总氮、总磷分别为70mg/L、1mg/L、20mg/L、1mg/L左右，运行效果良好。污泥浓度3000-7000mg/L之间，溶解氧2-5mg/L之间，泥龄按污泥浓度控制在7-12天。目前pH值与以前没有变化，内回流比约400%外回流比约100%；COD升高至100mg/L左右，总氮和氨氮正常，总磷升至20mg/L左右，且O池周期性出现大量泡沫，泡沫堆积较好，白色泡沫，表面呈棕色，无浮渣。为什么总磷突然上升了且一直调不下来？

回答：MLSS不能变化太快，有时容易导致部分菌种流失。进水量少的情况下，池子的停留时间都比较久，厌氧肯定过度释磷的；可以考虑慢慢调整池子运行组数，但要注意水质变化。

问题4：在AAO工艺中脱氮时，食微比控制在0.15以下，而在除磷时要是低于0.15时除磷效果受到影响。这样是不是只能把食微比控制在0.15了呢？ 这个是不是很有难度呢？

回答：食微比是污泥负荷，和这个关系不是特别大。脱氮是要求在缺氧的情况下发生反硝化，脱氮效率硝化液回流有一定正比关系。而脱氮的微生物的次代较长，这就会泥污龄要老，相对来讲排泥量会减少。磷的去除主要是靠排泥去除，如没有经过厌氧很好的释磷作用，在好氧中聚磷效率会差。所以AA/0是在AO工艺中加了一个池就是防止脱氮缺氧池回流导致厌氧不够。达到更好的除磷效果。很多情况也是同时发生的。重要是要理解脱氮及除磷的要求条件。

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参考资料来源：注册环保工程师考试复习教程，水世界社区厌氧释磷主题帖、东方的水珠、寂寞、水世界球球、放牛班班长等分享及解答，图片来自网络

作  者：冯茹 | 排版：漠潇 | 统筹：潘鹏

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