生物除磷工艺
磷是生物圈中的重要元素之一，是生命活动的一种必需元素，也是一切生物重要的营养元素。它不仅是生物细胞中的重要组成成分，
而且在遗传物质的组成
和能量贮存中都是必需的。在大多数情况下，磷循环是一个单向流动过程，磷被利用后，以污水的形式排入水体，是一种不可再生且面临枯竭的重要自然资源。城市污水中的磷主要来源于人类排泄物、
食物残渣、工商企业、合成洗涤剂和家
用清洗剂、农药和化肥。对其中的磷若不进行处理，则容易引起受纳水体的富营养化。水体富营养化就意味着藻类
(主要是蓝藻中的微囊藻属Microcystis、腔球
藻属Coelosphaerium和鱼腥藻属Anabaena)的过量增长，其直接后果就是淡水水体发生“水华”，海洋发生“赤潮”，随后藻类死亡，最后造成水体质量恶化和水生态环境的破坏，严重的则将进一步影响人类健康。
目前，生物除磷技术有两种作用机理：一类是聚磷菌（
Polyphosphate
accumulating organisms，PAOs）以O2作为电子受体，在好氧条件下完成吸磷；另一类是反硝化聚磷菌（Denitrifying Phosphate Removal Bacteria，DPB）以
-NO3
作为电子受体，在缺氧条件下完成吸磷。两者都在厌氧条件下释磷，并吸收水中挥发性脂肪酸（Volatile fatty acids，VFA），完成磷的代谢循环。1 生物除磷原理
1.1 传统的厌氧-好氧除磷原理
在厌氧段，兼性细菌通过发酵作用，将污水中溶解性BOD转化为低分子发酵产物挥发脂肪酸(VFA) 。聚磷菌此阶段分解体内的聚磷酸盐产生ATP将水中的低分子发酵产物等有机物摄入细胞内，
ATP，并利用
以聚-β-羟基丁酸(PHB) 、
聚-β-羟基链烷酸( PHA)及糖原等有机颗粒的形式贮存于体内，所需的能量来自聚磷酸盐的水解及细胞内糖的酵解，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸释放到胞外，即厌氧放磷。在好氧段，聚磷菌又可以利用聚
-β-羟基丁酸盐氧化分解所
一
释放的能量来摄取污水中的磷，并把所摄取的磷合成聚磷酸盐贮存于细胞内。般来说，微生物增殖过程中，在好氧环境下所摄取的磷多于厌氧环境中所释放的磷，即好氧聚磷。此原理的本质是通过聚磷菌过量摄取污水中的磷酸盐，
以不溶
性的聚磷酸盐的形式积累于胞内，通过排放富含磷的废弃污泥来去除污水中的
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磷。
1.2 反硝化除磷原理
反硝化除磷原理与传统的除磷过程相似，但其在吸磷阶段以硝酸盐取代氧气为电子受体进行缺氧摄磷，同时硝酸盐被还原成氮气而得以去除，除磷的目的，实现了“一碳两用”。
反硝化除磷机理可以借用
PAOs释放和吸收无机磷酸盐的
Comeau - Wentzel
达到同时脱氮
模式来解释。如图1 所示。在厌氧段，乙酸(以乙酸分子形式)通过被动扩散穿过细胞膜。一旦进入到细胞内，即与
ATP水解反应耦合，活化成为乙酰辅酶
A，
同时产生ADP。细胞通过刺激多聚磷酸盐( Poly -Pn )到ATP的再合成，对ATP /ADP比例的降低做出响应。部分乙酰辅酶A经TCA循环被代谢，提供合成PHB所需的还原力(NADH + H+ ) 。其余的乙酰辅酶A被转化为PHB，约有90%的乙酸碳被储存在这种多聚物中。在缺氧段，污水中的无机磷酸盐丰富，而多聚磷酸盐含量低。因为在缺氧区
DPB 的
NOx -是电子受体，所以DPB为了生长，利
ATP，进行无氧呼吸。随
用储存的PHB作为碳源和能源，通过氧化磷酸化产生
着ATP /ADP比例增加，多聚磷酸盐的合成受到激励，因而能够从污水中去除磷酸根和相应的阳离子，在细胞内重新储存多聚磷酸盐。
图1 反硝化除磷机理
2 生物除磷工艺
传统的生物除磷工艺都是通过厌氧
/好氧在时间或空间上不同的排列组合来
实现除磷的目的，另外在流程中设置缺氧段，则可在同一工艺中实现同时脱氮除磷。
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2.1 Phostrip侧流生物除磷工艺
侧流除磷工艺是将生物除磷与化学除磷相结合的工艺，
Phostrip侧流除磷工
艺是在常规活性污泥工艺的基础上，在回流污泥过程中增设厌氧磷释放池和化学反应沉淀池将来自常规生物除磷工艺的一部分回流污泥转移到一个厌氧磷释放池，释放池内释放的磷随上层清液流到磷化学反应沉淀池，
富磷上层清液中的磷
/
在反应沉淀池内被石灰或其他沉淀剂沉淀，然后进入初沉池或一个单独的絮凝沉淀池进行固液分离，最终磷以化学沉淀物的形式从系统中去除。
其优点是出水
2。
总磷浓度低于1 mg/L，而且不太受进水BOD的影响。其工艺流程见图
图2 Phostrip侧流生物除磷工艺
2.2 厌氧/好氧(A /O)生物除磷工艺
A /O工艺是最简单的生物除磷工艺，反应池划分为好氧区和厌氧区，进水与回流污泥在厌氧区进水端混合后流经多个反应格串联组成的厌氧区，
随后是多
个反应格串联组成的好氧区，混合液最后进入二沉池，通过固液分离，污泥从二沉池回流到厌氧区。部分富磷的污泥以废弃污泥的形式从系统中排出，去除。其特征是负荷高、泥龄和水力停留时间短。其工艺流程见图
实现磷的
3。
图3A /O生物除磷工艺
2.3 厌氧/缺氧/好氧(A /A /O)生物脱氮除磷工艺
为了同时达到脱氮除磷的目的，可在A /O工艺的厌氧区之后、好氧区之前增设一个缺氧区，好氧区具有硝化功能，并使好氧区的混合液回流到缺氧区，反硝化脱氮。其特征是在高负荷状态下才能获得良好的除磷效果，
使之
污泥龄短，水
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力停留时间短。工艺流程见图4。
图4 A /A /O生物脱氮除磷工艺
2.4氧化沟工艺
氧化沟的种类很多，如Carrousel氧化沟、Orbal氧化沟、DE型氧化沟和三沟式氧化沟等。其特点是在氧化沟内部随曝气位置的变化形成好氧区、
缺氧区和
厌氧区，从而达到脱氮除磷的目的。为了提高除磷效果，可在氧化沟前增设厌氧区。其工艺设备简单，可不设二沉池，处理效果良好。工艺流程见图
5。
图5 氧化沟工艺
2. 5序批式反应器( SBR)工艺
SBR系统运行模式为进水、反应、沉淀、排水和闲置，这些都是在同一个反应器中进行的。在进水期既不混合也不曝气，为了使微生物与底物有充分的接触，进水时也可以只搅拌而不曝气，保证混合液处于厌氧状态
;反应期进行曝气，
该阶段反应池内进行碳氧化、硝化和磷的吸收，好氧阶段的长短一般由要求处理的程度决定;停止曝气后，反应器处于缺氧状态，此时进行反硝化，达到脱氮的目的，缺氧期不宜过长，以防止聚磷菌过量吸收的磷发生释放于完全静止状态，所以其沉淀效果高于一般沉淀池的沉淀效率水，排水期的长短由一个周期的处理水量和排水设备来确定
;沉淀时反应器处;沉淀完后进行排;当系统为多池运行
时，反应器会有一个闲置期，在此阶段从反应器中排出废弃富含磷的活性污泥。工艺流程如图6所示。
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图6 SBR工艺
典型的SBR反应器还包括其改进工艺，如CASS工艺、CAST工艺、UN
ITANK工艺和AICS工艺等。SBR工艺运行方式可灵活调整，并能达到良好的脱氮除磷效果。
2. 6反硝化除磷工艺
比较传统的专性好氧聚磷菌去除工艺，反硝化聚磷菌能分别节省约30%的COD 和氧的消耗量，相应减少剩余污泥量化至CO2，使释放到大气中的
50%和
50%，还可避免COD 单一氧
CO2量明显降低。目前，研究者在基于反硝化除
磷的机理之上开发了许多新工艺。根据系统中微生物所处的环境可将反硝化除磷系统分为单污泥系统和双污泥系统。
2.6.1单泥系统
在单污泥系统中，反硝化聚磷菌、硝化细菌以及其它微生物共处于厌氧、氧、好氧相互交替的环境中。根据其原理发展起来的工艺有污泥法等。
（1）SBR工艺
SBR工艺是按时间顺序实现脱除磷的最典型工艺。一般采用传统的厌氧、好氧交替运行的方式进行除磷。李勇智等采用厌氧、缺氧除磷过程进行研究，发现污泥龄为
SBR反应器对反硝化
缺
SBR、BCFS、颗粒
16d时除磷效率达90％以上，且得出缺氧环
境下作为电子受体的硝酸盐的消耗量于废水中磷的吸收量的线性关系式为：
3 -PO4-P
2
－N消耗+1.49（R＝0.9966）。马斌等采用单污泥SBR工吸收=0.89NO3
－
艺处理模拟生活污水的研究表明，且发现控制反硝化的终点对于
单一的SBR系统能够实现反硝化除磷，并
SBR反应器除磷非常重要。刘建广等以SBR反应
器分别采用一段式和二段式培养方法对反硝化除磷菌进行了驯化富集。结果表明，一段式和二段式培养方法驯化完成后的活性污泥沉降性能均较好，
污泥体积
77％
指数（SVI）分别约为60、50 mL/g，反硝化除磷菌占聚磷菌的比例达到了
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生物除磷工艺
