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)節利用厭氧微生物的作用來(lái)實(shí)現生物除磷過(guò)程。

一、污水生物除磷機理

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，兼性細菌通過(guò)發(fā)酵作用將可溶性BOD5轉化為低分子揮發(fā)性有機酸VFA。聚磷菌吸收這些發(fā)酵產(chǎn)物或來(lái)自原污水的VFA，并將其運送到細胞內，同化成胞內碳能源儲存物質(zhì)PHB，所需的能力來(lái)源于聚磷的水解以及細胞內糖的酵解，并導致磷酸鹽的釋放。

2）好氧條件下攝磷

好氧條件下，聚磷菌的活力得到恢復，并以聚磷的形式存儲超過(guò)生長(cháng)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，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物，在好氧狀態(tài)下降解吸收溶解性有機物獲取能量以吸收磷。

除磷的關(guān)鍵是厭氧區的設置，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)并快速同化和儲存這些發(fā)酵產(chǎn)物，即厭氧區為聚磷菌提供了競爭優(yōu)勢。

這樣一來(lái)，能吸收大量磷的聚磷菌就能在處理系統中得到選擇性增殖，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 )出現污泥膨脹。

二、污水生物除磷工藝

除磷工藝流程可分為主流程除磷工藝和側流程除磷工藝兩類(lèi)。

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流上。比如 Phostrip 工藝。

生物除磷工藝優(yōu)點(diǎn)：表現出除磷效果好，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 工藝的基礎上增加了一個(gè)缺氧階段，使好氧區中的混合液回流至缺氧區使之反硝化脫氮，從而使除磷和脫氮相結合。縮小了曝氣區的體積。

但是由于存在內循環(huán)，系統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)而直接由缺氧區進(jìn)入好氧區，這對于系統除磷是不利的。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 90%以上，處理出水含磷量可低于 1mg·L-1，對進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)的適應性較強，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雜。

3、氧化溝工藝

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

所有的生物除磷系統都有以下幾個(gè)特點(diǎn)：保證厭氧區真正處于厭氧狀態(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)入厭氧區，而防止厭氧區的反硝化作用，對聚磷菌厭氧釋放磷的競爭抑制作用;保證厭氧區進(jìn)水中易生物降解有機物的含量，以使聚磷菌能在與其它細菌對食料的爭奪中占優(yōu)勢，如可在進(jìn)水中加入初沉污泥酸性發(fā)酵液等。

三、生物除磷不達標的因素

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)量地攝取磷。經(jīng)過(guò)排放富磷剩余污泥而除磷，其影響生物除磷不達標因素有：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。

溫度對除磷效果的影響不如對生物脫氮過(guò)程的影響那么明顯，在一定溫度范圍內，溫度變化不是十分大時(shí)，生物除磷都能成功運行。試驗表明，生物除磷的溫度宜大于10℃，因為聚磷菌在低溫時(shí)生長(cháng)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定，當pH值低于6.5時(shí)，吸磷率急劇下降。當pH值突然降低，無(wú)論在好氧區還是厭氧區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pH變化的生理生化反應，而是一種純化學(xué)的“酸溶”效應，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(cháng)受到抑制，難以達到預計的除磷效果。厭氧區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質(zhì)的消耗，進(jìn)而使聚磷菌合成更多的PHB。

而在好氧區需要較多的溶解氧，以更利于聚磷菌分解儲存的PHB類(lèi)物質(zhì)獲得能量來(lái)吸收污水中的溶解性磷酸鹽合成細胞聚磷。厭氧區的DO控制在0.3mg/l以下，好氧區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。

厭氧區硝態(tài)氮存在消耗有機基質(zhì)而抑制PAO對磷的釋放，從而影響在好氧條件下聚磷菌對磷的吸收。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。

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

污水生物除磷工藝中，厭氧段有機基質(zhì)的種類(lèi)、含量及微生物所需營(yíng)養物質(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物（如揮發(fā)性脂肪酸類(lèi)等）容易被聚磷菌利用，將其體內儲存的多聚磷酸鹽分解釋放出磷，誘導磷釋放的能力較強，而高分子難降解有機物誘導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基質(zhì)以作為厭氧條件下生存的基礎。因此，進(jìn)水中是否含有足夠的有機質(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(lèi)基質(zhì)導致的磷的釋放可用零級反應方程式表示。而其他類(lèi)有機物要被聚磷菌利用，必須轉化成此類(lèi)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，因為過(guò)量曝氣會(huì )在好氧環(huán)境下消耗一部分聚磷菌體內的糖原，導致厭氧時(shí)形成PHAs的原料NADH的不足。

對于運行良好的城市污水生物脫氮除磷系統來(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物分解為可供聚磷菌攝取的低級脂肪酸，也會(huì )影響磷的釋放；HRT太長(cháng)，也沒(méi)有必要，既增加基建投資和運行費用，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，調控得當會(huì )形成一個(gè)良性循環(huán)。我廠(chǎng)在實(shí)際運行中摸索得到的數據是：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系統的回流比不宜太低，應保持足夠的回流比，盡快將二沉池內的污泥排出。但過(guò)高的回流比會(huì )增加回流系統和曝氣系統的能源消耗，且會(huì )縮短污泥在曝氣池內的實(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)際運行中反復摸索。一般認為，R在50~70%的范圍內即可。

四、除磷處理設施運行管理注意事項

1、厭氧段是生物除磷最關(guān)鍵的環(huán)節，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物含量較高，應當設法減少水力停留時(shí)間，以保證好氧段進(jìn)水的BOD5含量。

2、如果磷的排放標準很高，而所選除磷工藝不能滿(mǎn)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，而應當使用氣浮濃縮、機械濃縮、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化學(xué)沉淀設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(cháng)，對除磷越不利。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(cháng)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。