污水生物除磷技术综述

污水生物除磷技术综述

赖俊瑶

（四川大学建筑与环境学院，四川成都610065）

摘要：本文阐述了传统生物除磷技术和新型反硝化聚磷菌除磷技术的机理及其影响因素，并从微生物学和生化反应的角度解释了传统技术和新型技术的除磷过程，并列举了两种除磷技术的典型工艺。

关键词：污水生物；除磷技术；综述

在污水处理的发展历程中，从最初的去除悬浮物、演变为脱碳、进一步发展到脱氮除磷深度处理，由此可见，污水处理的要求越来越高。除磷的方法主要分为物化法和生物法。物化法主要包括沉淀、结晶、吸附、离子交换等，该法主要是将废水中的磷转化为不溶性的磷酸盐沉淀从而去除。生物法包括传统生物法和新型反硝化聚磷菌除磷法，该法是使水中的磷被微生物分解利用，通过剩余污泥的排放实现除磷。传统聚磷菌除磷工艺效果稳定、操作简单，因其显著优点一直沿用至今，是很多城镇污水处理厂采用的脱氮除磷工艺。但其仍存在难以解决的弊端，如在同步脱氮除磷系统中，反硝化菌与聚磷菌对碳源的竞争，硝化细菌和聚磷菌因污泥龄差异较大导致共存时互相制约，难以使系统达到最优的运行条件。反硝化聚磷菌除磷技术克服了传统生物除磷技术的部分弊端，具有其独特的优势，早在十年前就已经成为水处理研究的热点和前沿。

1.传统生物除磷技术

1.1微生物

传统的聚磷菌（PAOs）主要是一类统称为聚磷细菌的微生物，该类微生物均属异养型细菌，现已报道的种类包括不动杆菌属、假单胞菌属、气单胞菌属、棒杆菌属、肠杆菌属、着色菌属和脱氮微球菌属等。

1.2除磷机理

在严格厌氧条件下，聚磷菌将细胞中的磷水解为磷酸盐PO43-释放至胞外，并从中获取能量，利用污水中易降解有机物，如挥发性脂肪酸（VFA），合成贮藏物聚β-羟基丁酸（PHB）等贮存于胞内。在好氧条件下，游离氧作为电子受体，聚磷菌氧化胞内贮存的PHB，并利用该反应产生的能量，过量地从污水中摄取磷酸盐，合成高能物质ATP，其中一部分又转化为聚磷，作为能量贮于胞内，好氧吸磷量大于厌氧释磷量，通过剩余污泥的排放实现高效地除磷。

1.3传统生物除磷的影响因素

（1）厌氧环境条件

厌氧条件主要体现在：1）氧化还原电位。研究发现，在批式试验中，反硝化完成后，氧化还原电位（ORP）突然下降，随后开始放磷，放磷时ORP一般小于100mV；2）溶解氧浓度。厌氧区若存在溶解氧，兼性厌氧菌就不会启动其发酵代谢，不会产生VFA，也不会诱导放磷，并且好氧呼吸会消耗易降解的有机质；3）NOx-浓度。产酸菌利用NOx-（NO2-、NO3-）作为电子受体，抑制厌氧发酵过程，反硝化时会消耗易生物降解有机质。

（2）有机物浓度及可利用性

碳源的性质对吸磷放磷的速率影响极大，传统水质指标很难反映出有机物的具体组成和性质。聚磷菌厌氧释磷的程度与基质类型关系重大，当基质为甲酸、乙酸和丙酸等VFA时，释磷迅速且彻底，基质为非挥发性脂肪酸时，释磷则十分缓慢，且总释磷量也很小。

（3）污泥龄

污泥龄影响污泥排放量及污泥含磷量，污泥龄越长，污泥含磷量越低，这是因为时间过长，被微生物吸收的磷出现磷解吸现象，即去除单位质量的磷需耗用更多的易降解有机物。

（4）pH

pH是生物除磷系统中重要的操作参数，最适的pH为中性或微碱性。

（5）温度

在适宜温度范围内，温度越高释磷速度越快；温度低时应适当延长厌氧区的停留时间或投加外源VFA。

1.4典型工艺

由其机理可知，传统生物除磷必须包含厌氧释磷和好氧吸磷两个过程。按照磷的最终去除方式和构筑物的组成，可将除磷工艺分为：主流除磷工艺和侧流除磷工艺。主流除磷工艺，厌氧池在污水主流方向上，磷的最终去除方式是靠剩余污泥的排放，其衍生工艺包含A/O、AAO、Bardenpho和UCT工艺等。侧流除磷工艺，厌氧池不在污水主流方向上，而在回流污泥的侧流中，磷的最终去除方式是靠剩余污泥和沉淀污泥的排放，其典型工艺有Phostrip工艺。

2.兼性反硝化聚磷菌除磷技术

2.1微生物

随着生物除磷研究在微生物学领域的深化，研究者发现在同一环境中，有一类聚磷菌在氧化PHB的过程中能以硝酸盐代替O2作为电子受体，实现同时反硝化和过度吸磷，即一碳两用。兼性厌氧反硝化除磷菌的生物吸磷和释磷作用被荷兰Delft大学和日本东京大学研究人员合作研究确认，取名为反硝化除磷菌（DPAOs），这类细菌主要是由假单胞菌属、肠杆菌科细菌、气单胞菌属、莫拉氏菌属和部分棒状杆菌属构成。

2.2除磷机理

反硝化除磷原理与传统的除磷过程相似，但其不同之处在于吸磷阶段以硝酸盐取代氧气为电子受体进行缺氧吸磷，同时硝酸盐被还原成氮气而得以去除，达到同步脱氮除磷的目的。

2.3典型工艺

反硝化聚磷菌除磷工艺可以分为单污泥系统和双污泥系统。单污泥系统，悬浮污泥混合液同时存在硝化菌、反硝化聚磷菌以及其他异氧菌，这些混合菌群按顺序依次经过厌氧、缺氧和好氧三种环境，实现除磷的目的，其典型工艺有BCFS工艺。双污泥系统，反硝化聚磷菌和硝化菌独立地存在于特定反应器中，典型工艺有A2N工艺、A2NSBR工艺和Dephanox工艺等[1]。

基于反硝化聚磷菌的双污泥系统能使不同作用的两种微生物在各自最佳的环境里生长，可以节约碳源和能源，为污水深度处理新技术的开发指明方向。与传统除磷工艺相比，反硝化聚磷菌除磷在保证硝化效果的同时，能节省50%的COD和30%的耗氧量，污泥产量下降50%，该过程中由于有机物需要量的减少，使最终释放到大气的CO2量明显减少。

3.结语

本文对传统除磷技术和反硝化聚磷菌除磷技术进行了机理解释和典型工艺分析，各种工艺都有其优缺点，我们必须清楚地意识到，任何一种工艺不可能是完美无缺的，扬长避短才是解决弊端的最佳办法，这样该工艺才有被改进的价值和被研究的意义。

参考文献

[1]邱立平.反硝化除磷技术综述[J].济南大学学报,2015,29(03):161-166.

[2]厉巍等.双污泥系统反硝化除磷工艺研究进展[J].广东农业科学,2010,37(12):153-154+157.

[3]王梅香等.黄宇.A_2N_2双污泥系统反硝化除磷工艺的启动与稳定[J].化工学报,2016,67(07):2987-2997.

[4]史静等.A_2N-IC-SBR改进工艺强化脱氮除磷特性[J].化工学报,2014,65(10):4094-4100.

[5]王聪等.多因素对反硝化除磷过程中COD、N和P的去除分析[J].化工学报,2015,66(04):1467-1475

作者简介：赖俊瑶（1995.06-），女，四川绵阳人，四川省成都市四川大学硕士研究生在读，主要研究方向：污水治理和水环境监测。