污水生物除磷的原理就是人為創(chuàng)造生物超量除磷過(guò)程，實(shí)現(xiàn)可控的除磷效果。整個(gè)過(guò)程必須通過(guò)創(chuàng)造厭氧環(huán)節(jié)利用厭氧微生物的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)生物除磷過(guò)程。

 

1）厭氧條件下釋磷

在沒(méi)有溶解氧或硝態(tài)氮存在的條件下，兼性細(xì)菌通過(guò)發(fā)酵作用將可溶性BOD5轉(zhuǎn)化為低分子揮發(fā)性有機(jī)酸VFA。聚磷菌吸收這些發(fā)酵產(chǎn)物或來(lái)自原污水的VFA，并將其運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)，同化成胞內(nèi)碳能源儲(chǔ)存物質(zhì)PHB，所需的能力來(lái)源于聚磷的水解以及細(xì)胞內(nèi)糖的酵解，并導(dǎo)致磷酸鹽的釋放。

2）好氧條件下攝磷

好氧條件下，聚磷菌的活力得到恢復(fù)，并以聚磷的形式存儲(chǔ)超過(guò)生長(zhǎng)所需的磷量，通過(guò)PHB的氧化代謝產(chǎn)生能量，用于磷的吸收和聚磷的合成，能量以聚磷酸高能鍵的形式捕集存儲(chǔ)，磷酸鹽從水中被去除。

 

3）富磷污泥的排放

產(chǎn)生的富磷污泥通過(guò)剩余污泥的形式排放，從而將磷去除。從能量角度來(lái)看，聚磷菌在無(wú)氧條件下釋放磷獲取能量以吸收廢水中溶解性有機(jī)物，在好氧狀態(tài)下降解吸收溶解性有機(jī)物獲取能量以吸收磷。

除磷的關(guān)鍵是厭氧區(qū)的設(shè)置，聚磷菌能在短暫的厭氧條件下，由于非聚磷菌吸收低分子基質(zhì)并快速同化和儲(chǔ)存這些發(fā)酵產(chǎn)物，即厭氧區(qū)為聚磷菌提供了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

這樣一來(lái)，能吸收大量磷的聚磷菌就能在處理系統(tǒng)中得到選擇性增殖，并可通過(guò)排除高含磷量的剩余污泥達(dá)到除磷的目的。這種選擇性增殖的另一好處是抑制了絲狀菌的增殖，避免了產(chǎn)生沉淀性能較差的污泥的可能，因此厭氧/好氧生物除磷工藝一般不會(huì)出現(xiàn)污泥膨脹。

除磷工藝流程可分為主流程除磷工藝和側(cè)流程除磷工藝兩類。

主流除磷工藝的厭氧段在處理污水的水流方向上，其代表工藝有A/O、A2/O、Bardenpho 工藝、Phoredox 工藝、UCT、改良型UCT、SBR以及氧化溝工藝。

測(cè)流除磷工藝的厭氧段不在水流方向上，而是在回流污泥的測(cè)流上。比如 Phostrip 工藝。

生物除磷工藝優(yōu)點(diǎn)：表現(xiàn)出除磷效果好，并能改進(jìn)污泥沉降性能，減少活性污泥膨脹現(xiàn)象等。下面列舉幾個(gè)常用工藝。

1、A2/O 工藝

A2/O工藝是在 A/O 工藝的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)缺氧階段，使好氧區(qū)中的混合液回流至缺氧區(qū)使之反硝化脫氮，從而使除磷和脫氮相結(jié)合。縮小了曝氣區(qū)的體積。

但是由于存在內(nèi)循環(huán)，系統(tǒng)排放的剩余污泥中只有少部分經(jīng)歷了完整放磷吸磷過(guò)程，其余基本上未經(jīng)厭氧狀態(tài)而直接由缺氧區(qū)進(jìn)入好氧區(qū)，這對(duì)于系統(tǒng)除磷是不利的。而且為了降低回流污泥中的硝酸鹽，必須提高混合液回流量，從而增加電耗。

2、Phostrip 工藝

該工藝把生物法和化學(xué)除磷法結(jié)合在一起，將一部分回流污泥 (約為進(jìn)水流量的 10%～20%)分流到厭氧池除磷，污泥在厭氧池中通常停留 8～12 h，聚磷菌則在厭氧池中進(jìn)行磷的釋放，脫磷后的污泥回流到曝氣池中繼續(xù)吸磷。含磷上清液進(jìn)入化學(xué)沉淀池，投加石灰生成沉淀。它除磷效率可達(dá) 90%以上，處理出水含磷量可低于 1mg·L-1，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)的適應(yīng)性較強(qiáng)，較少受進(jìn)水 BOD 的影響，加之大部分磷以石灰污泥的形式沉淀去除，因此污泥處理不像高磷剩余污泥那樣復(fù)雜。

3、氧化溝工藝

氧化溝工藝由于其特殊的運(yùn)行方式，在空間上形成了缺氧、好氧的交替變化，達(dá)到了硝化、反硝化和生物除磷的目的。其可在低負(fù)荷和較長(zhǎng)的泥齡條件下運(yùn)行，由于無(wú)需回流，比一般工藝節(jié)能 10% ～20%。若水量大或負(fù)荷高，則工藝占地面會(huì)很大。

所有的生物除磷系統(tǒng)都有以下幾個(gè)特點(diǎn)：保證厭氧區(qū)真正處于厭氧狀態(tài)，既不存在游離態(tài)的溶解氧，也不存在硝酸根等結(jié)合態(tài)氧，如通過(guò)改變污泥回流方式和路徑以避免硝酸根進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，而防止厭氧區(qū)的反硝化作用，對(duì)聚磷菌厭氧釋放磷的競(jìng)爭(zhēng)抑制作用;保證厭氧區(qū)進(jìn)水中易生物降解有機(jī)物的含量，以使聚磷菌能在與其它細(xì)菌對(duì)食料的爭(zhēng)奪中占優(yōu)勢(shì)，如可在進(jìn)水中加入初沉污泥酸性發(fā)酵液等。

生物除磷中通過(guò)聚磷菌在厭氧狀態(tài)下釋放磷，在好氧狀態(tài)下過(guò)量地?cái)z取磷。經(jīng)過(guò)排放富磷剩余污泥而除磷，其影響生物除磷不達(dá)標(biāo)因素有：生物除磷的影響因素包括：溫度、pH值、厭氧池DO、厭氧池硝態(tài)氮、泥齡、CP比、RBCOD含量、糖原、HRT等。

溫度對(duì)除磷效果的影響不如對(duì)生物脫氮過(guò)程的影響那么明顯，在一定溫度范圍內(nèi)，溫度變化不是十分大時(shí)，生物除磷都能成功運(yùn)行。試驗(yàn)表明，生物除磷的溫度宜大于10℃，因?yàn)榫哿拙诘蜏貢r(shí)生長(zhǎng)速度會(huì)減慢。

在pH在6.5一8.0時(shí)，聚磷微生物的含磷量和吸磷率保持穩(wěn)定，當(dāng)pH值低于6.5時(shí)，吸磷率急劇下降。當(dāng)pH值突然降低，無(wú)論在好氧區(qū)還是厭氧區(qū)磷的濃度都急劇上升，pH降低的幅度越大釋放量越大，這說(shuō)明pH降低引起的磷釋放不是聚磷菌本身對(duì)pH變化的生理生化反應(yīng)，而是一種純化學(xué)的“酸溶”效應(yīng)，而且pH下降引起的厭氧釋放量越大，則好氧吸磷能力越低，這說(shuō)明pH下降引起的釋放是破壞性的，無(wú)效的。pH升高時(shí)則出現(xiàn)磷的輕微吸收。

每毫克分子氧可消耗易生物降解的COD1.14mg,致使聚磷生物的生長(zhǎng)受到抑制，難以達(dá)到預(yù)計(jì)的除磷效果。厭氧區(qū)要保持較低的溶解氧值以更利于厭氧菌的發(fā)酵產(chǎn)酸，進(jìn)而使聚磷菌更好的釋磷，另外，較少的溶解氧更有利予減少易降解有機(jī)質(zhì)的消耗，進(jìn)而使聚磷菌合成更多的PHB。

而在好氧區(qū)需要較多的溶解氧，以更利于聚磷菌分解儲(chǔ)存的PHB類物質(zhì)獲得能量來(lái)吸收污水中的溶解性磷酸鹽合成細(xì)胞聚磷。厭氧區(qū)的DO控制在0.3mg/l以下，好氧區(qū)DO控制在2mg/l以上，方可確保厭氧釋磷好氧吸磷的順利進(jìn)行。

厭氧區(qū)硝態(tài)氮存在消耗有機(jī)基質(zhì)而抑制PAO對(duì)磷的釋放，從而影響在好氧條件下聚磷菌對(duì)磷的吸收。另一方面，硝態(tài)氮的存在會(huì)被氣單胞菌屬利用作為電子受體進(jìn)行反硝化，從而影響其以發(fā)酵中間產(chǎn)物作為電子受體進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)酸，從而抑制PAO的釋磷和攝磷能力及PHB的合成能力。每毫克硝酸鹽氮可消耗易生物降解的COD2.86mg，致使厭氧釋磷受到抑制，一般控制在1.5mg/l以下。

由于生物除磷系統(tǒng)主要通過(guò)排出剩余污泥實(shí)現(xiàn)除磷，因此剩余污泥量的多少?zèng)Q定系統(tǒng)的除磷效果，而泥齡長(zhǎng)短對(duì)剩余污泥的排放量和污泥對(duì)磷的攝取作用有直接的影響。污泥齡越小，除磷效果越佳。這是因?yàn)榻档臀勰帻g，可增加剩余污泥的排放量及系統(tǒng)中的除磷量，從而削減二沉池出水中磷的含量。但對(duì)于同時(shí)除磷脫氮的生物處理工藝而言，為了滿足硝化和反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)要求，污泥齡往往控制得較大，這是除磷效果難以令人滿意的原因。一般以除磷為目的的生物處理系統(tǒng)的泥齡控制在3.5~7d。

污水生物除磷工藝中，厭氧段有機(jī)基質(zhì)的種類、含量及微生物所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與污水中含磷的比值是影響除磷效果的重要因素。不同的有機(jī)物為基質(zhì)時(shí)，磷的厭氧釋放和好氧攝取效果是不同的。分子量較小的易降解有機(jī)物（如揮發(fā)性脂肪酸類等）容易被聚磷菌利用，將其體內(nèi)儲(chǔ)存的多聚磷酸鹽分解釋放出磷，誘導(dǎo)磷釋放的能力較強(qiáng)，而高分子難降解有機(jī)物誘導(dǎo)聚磷菌釋磷能力就較差。厭氧階段磷的釋放越充分，好氧階段磷的攝取量就越大。另外，聚磷菌在厭氧階段釋磷所產(chǎn)生的能量，主要用于其吸收低分子有機(jī)基質(zhì)以作為厭氧條件下生存的基礎(chǔ)。因此，進(jìn)水中是否含有足夠的有機(jī)質(zhì)，是關(guān)系到聚磷菌能否在厭氧條件下順利生存的重要因素。一般認(rèn)為，進(jìn)水中COD/TP要大于15，才能保證聚磷菌有足夠的基質(zhì)，從而獲得理想的除磷效果。

研究表明，當(dāng)以乙酸、丙酸和甲酸等易降解碳源作為釋磷基質(zhì)時(shí)，磷的釋放速率較大，其釋放速率與基質(zhì)的濃度無(wú)關(guān)，僅與活性污泥的濃度和微生物的組成有關(guān)，該類基質(zhì)導(dǎo)致的磷的釋放可用零級(jí)反應(yīng)方程式表示。而其他類有機(jī)物要被聚磷菌利用，必須轉(zhuǎn)化成此類小分子的易降解碳源，聚磷菌才能利用其代謝。

糖原是由多個(gè)葡萄糖組成的帶分枝的大分子多糖，是胞內(nèi)糖的貯存形式。如上圖所示聚磷菌中糖原在好氧環(huán)境下形成，儲(chǔ)存能量在厭氧環(huán)境下代謝形成為PHAs的合成的原料NADH并為聚磷菌代謝提供能量。所以在延遲曝氣或者過(guò)氧化的情況下，除磷效果會(huì)很差，因?yàn)檫^(guò)量曝氣會(huì)在好氧環(huán)境下消耗一部分聚磷菌體內(nèi)的糖原，導(dǎo)致厭氧時(shí)形成PHAs的原料NADH的不足。

對(duì)于運(yùn)行良好的城市污水生物脫氮除磷系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般釋磷和吸磷分別需要1.5～2.5小時(shí)和2.0～3.0小時(shí)。總體來(lái)看，似乎釋磷過(guò)程更為重要一些，因此，我們對(duì)污水在厭氧段的停留時(shí)間更為關(guān)注，厭氧段的HRT太短，將不能保證磷的有效釋放，而且污泥中的兼性酸化菌不能充分地將污水中的大分子有機(jī)物分解為可供聚磷菌攝取的低級(jí)脂肪酸，也會(huì)影響磷的釋放；HRT太長(zhǎng)，也沒(méi)有必要，既增加基建投資和運(yùn)行費(fèi)用，還可能產(chǎn)生一些副作用。總之，釋磷和吸磷是相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)過(guò)程，聚磷菌只有經(jīng)過(guò)充分的厭氧釋磷才能在好氧段更好地吸磷，也只有吸磷良好的聚磷菌才會(huì)在厭氧段超量地釋磷，調(diào)控得當(dāng)會(huì)形成一個(gè)良性循環(huán)。我廠在實(shí)際運(yùn)行中摸索得到的數(shù)據(jù)是：厭氧段HRT為1小時(shí)15分～1小時(shí)45分，好氧段HRT為2小時(shí)～3小時(shí)10分較為合適。

A/O工藝保證除磷效果的極為重要的一點(diǎn)，就是使系統(tǒng)污泥在曝氣池中“攜帶”足夠的溶解氧進(jìn)入二沉池，其目的就是為了防止污泥在二沉池中因厭氧而釋放磷，但如果不能快速排泥，二沉池內(nèi)泥層太厚，再高的DO也無(wú)法保證污泥不厭氧釋磷，因此，A/O系統(tǒng)的回流比不宜太低，應(yīng)保持足夠的回流比，盡快將二沉池內(nèi)的污泥排出。但過(guò)高的回流比會(huì)增加回流系統(tǒng)和曝氣系統(tǒng)的能源消耗，且會(huì)縮短污泥在曝氣池內(nèi)的實(shí)際停留時(shí)間，影響B(tài)OD5和P的去除效果。如何在保證快速排泥的前提下，盡量降低回流比，需在實(shí)際運(yùn)行中反復(fù)摸索。一般認(rèn)為，R在50~70%的范圍內(nèi)即可。

1、厭氧段是生物除磷最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其容積一般按0.5~2h的水力停留時(shí)間確定，如果進(jìn)水容易生物降解的有機(jī)物含量較高，應(yīng)當(dāng)設(shè)法減少水力停留時(shí)間，以保證好氧段進(jìn)水的BOD5含量。

2、如果磷的排放標(biāo)準(zhǔn)很高，而所選除磷工藝不能滿足出水要求，可以增加化學(xué)除磷或過(guò)濾處理去除水中殘留的低含量磷。

3、在污泥處理過(guò)程中如果出現(xiàn)厭氧狀態(tài)，剩余污泥中的磷就會(huì)重新釋放出來(lái)。重力濃縮容易產(chǎn)生厭氧狀態(tài)，有除磷要求的剩余污泥不能采用這種方法，而應(yīng)當(dāng)使用氣浮濃縮、機(jī)械濃縮、帶式重力濃縮等不產(chǎn)生厭氧狀態(tài)的濃縮方法。如果只能選用重力濃縮時(shí)，必須在工藝流程中增設(shè)化學(xué)沉淀設(shè)施去除濃縮上清液中所含的磷。

4、泥齡是影響生物脫氮除磷的重要因素。脫氮要求越高，所需泥齡越長(zhǎng)，對(duì)除磷越不利。尤其是在進(jìn)水BOD5/TP小于20時(shí)，泥齡要控制的越短越好。但如果進(jìn)水BOD5偏低，活性污泥增長(zhǎng)緩慢，就不可能將泥齡控制的太短，此時(shí)需要化學(xué)法除磷

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