生物法除磷的研究進(jìn)展

關(guān)鵬程

水體富營(yíng)養(yǎng)化不利于水中生物種群的生長(zhǎng)和環(huán)境的美觀。隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象的日益嚴(yán)重，污水排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)處理后污水水質(zhì)的要求又不斷提高，迫在尋求一種高效節(jié)能的手段對(duì)磷的排放進(jìn)行遏制。常見的除磷方法有物化除磷法和生物除磷法。但物化除磷法的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用高，且對(duì)環(huán)境造成二次污染[1]。故生物除磷法成為我們?nèi)找骊P(guān)注的熱點(diǎn)之一。

1 生物除磷原理

生物除磷原理分為兩類:第一類是以聚磷菌(PAOs)為主的生物除磷。主要是依靠厭氧/好氧工況交替運(yùn)行而完成的，這種方式利用聚磷菌在厭氧狀態(tài)下釋磷，在好氧狀態(tài)下過量吸磷，并通過最終的排泥來(lái)實(shí)現(xiàn)生物除磷的目的。具體過程如下:在厭氧狀態(tài)下，聚磷菌吸收溶解性化學(xué)需氧量(COD)發(fā)酵產(chǎn)物，如低分子脂肪酸(VFAs)合成體內(nèi)的高聚能源貯存物聚β-羥基丁酸(PHB)等，其所利用的能量來(lái)自菌體內(nèi)聚磷酸鹽的分解，導(dǎo)致磷的釋放;在好氧狀態(tài)下，聚磷菌就會(huì)分解胞內(nèi)的PHB產(chǎn)生能量，將水中的磷酸鹽過量攝取到胞內(nèi)轉(zhuǎn)變成聚磷酸鹽，形成富磷污泥，最后排泥除磷[2];第二類是以反硝化聚磷菌(DPBs)為主的生物除磷。在厭氧階段DPBs和聚磷菌PAOs一樣將溶解性大分子有機(jī)碳源轉(zhuǎn)化為低分子揮發(fā)性有機(jī)酸(VFA)，吸收VFA以PHB(聚β-羥基丁酸)形式儲(chǔ)存于體內(nèi)，所需能量來(lái)自胞內(nèi)聚磷酸鹽的水解，磷被釋放到水中。在缺氧階段PAOs利用體內(nèi)的PHB作為能源和碳源，以N或作為電子受體，向污水中過量攝取厭氧階段釋放的磷，從而達(dá)到反硝化除磷的目的，磷最終以活性污泥的形式被排出系統(tǒng)，剩余污泥再做進(jìn)一步處理[3]。

2 生物除磷的影響因素

2.1 不同運(yùn)行方式對(duì)生物除磷的影響

生物除磷的運(yùn)行方式包括厭氧/好氧交替運(yùn)行和厭氧/缺氧交替運(yùn)行兩種。這兩種運(yùn)行方式中，厭氧段都是微生物利用外碳源合成體內(nèi)所需的高聚能源貯存物，利用這種能量來(lái)分解菌體內(nèi)的磷酸鹽，使磷釋放;好氧段聚磷菌利用O2為電子受體對(duì)污水中的磷進(jìn)行過量的攝取;缺氧段反硝化聚磷菌以O(shè)2為電子受體進(jìn)行過量吸磷。

田西滿[4]對(duì)O2和為電子受體的生物除磷進(jìn)行了研究。通過長(zhǎng)期的運(yùn)行，考察各系統(tǒng)除磷效果的差異。結(jié)果表明，以O(shè)2為電子受體的去除效果最好，對(duì)-P的平均去除率可達(dá)99.02%;而以N和N為電子受體的除磷效果較差，且波動(dòng)性較大。三種電子受體的除磷效果由高到低依次為O2＞NN＞N-N。

2.2 有機(jī)碳源濃度對(duì)生物除磷的影響

有機(jī)碳源的濃度在污水脫氮除磷的過程中起著重要的作用。聚磷菌和反硝化聚磷菌需要利用碳源合成PHB充分釋放磷，為后續(xù)工序的吸磷提供能量，而反硝化菌的反硝化過程同樣也需要碳源。碳源濃度在一定的范圍內(nèi)升高，厭氧段釋磷量會(huì)越來(lái)越大;而超過這個(gè)范圍的增大，無(wú)論是對(duì)好氧段還是缺氧段而言，生物除磷效果都將產(chǎn)生負(fù)面影響。

周恩紅等[5]對(duì)厭氧/好氧交替運(yùn)行中COD濃度對(duì)系統(tǒng)除磷效果的影響進(jìn)行了分析，文中指出，當(dāng)COD濃度在500 mg/L以內(nèi)時(shí)，磷的去除效果明顯的增加;而當(dāng)COD濃度達(dá)到700 mg/L時(shí)，對(duì)磷的去除率同500 mg/L差不多。

王亞宜等[6]在反硝化除磷試驗(yàn)中指出，初始COD濃度在100 mg/L～200 mg/L時(shí)，在缺氧段后期水中磷的濃度接近于0 mg/L，攝磷速率隨著COD濃度的增加而升高。但當(dāng)COD濃度達(dá)到300 mg/L時(shí)，出水磷的含量明顯增高。多余的碳源進(jìn)入缺氧段為反硝化菌提供碳源，從而影響了反硝化聚磷菌利用N，N在缺氧段的吸磷效果。

2.3 有機(jī)碳源的種類對(duì)生物除磷的影響

原水中易降解有機(jī)物的濃度將直接影響磷的去除。

申沛等[7]在影響聚磷菌與聚糖菌競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵因素研究進(jìn)展中指出，低分子量的VFA是影響生物除磷的關(guān)鍵因素。在實(shí)際污水中，乙酸和丙酸是最主要的兩種揮發(fā)性脂肪酸，它們分別占VFA總量的60%～70%。而葡萄糖也曾被作為EBPR的碳源，研究表明，葡萄糖一般首先被發(fā)酵為乙酸或丙酸，然后才被PAO吸收。由于葡萄糖可以代替細(xì)胞內(nèi)的糖原為生物生長(zhǎng)提供能量和還原力，因此可以選擇性地促進(jìn)GAO的生長(zhǎng)，從而降低了PAO的競(jìng)爭(zhēng)力。

榮宏偉等[8]以乙酸鈉、淀粉、蛋白胨為有機(jī)碳源，研究了投加不同基質(zhì)和不同有機(jī)物濃度對(duì)生物除磷效果的影響。文中指出，磷的厭氧釋磷和好氧吸磷與基質(zhì)有關(guān)，其中以乙酸鈉為基質(zhì)的釋磷速率和釋磷量最大，其次為淀粉基質(zhì)，最后為蛋白胨基質(zhì)。

2.4 厭氧段濃度對(duì)生物除磷的影響

2.5 污泥齡對(duì)生物除磷的效果

生物除磷是由排泥來(lái)實(shí)現(xiàn)的，泥齡過長(zhǎng)可能會(huì)造成磷的二次排放。在僅考慮以除磷為目的的系統(tǒng)中，以采用較短的泥齡為宜。

周恩紅等[5]的研究中分析了泥齡對(duì)體系除磷的影響，指出生物除磷是通過排出剩余污泥來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以污泥齡也是影響除磷效果的因素之一。

3 生物除磷的一般工藝

3.1 傳統(tǒng)生物除磷工藝

傳統(tǒng)的生物除磷工藝是A/O工藝，但是其除磷的效率較低，并且很難再有提高。于是在此基礎(chǔ)上，增設(shè)了缺氧池形成了A2/O工藝，但是在回流的污泥中會(huì)有較高的進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，影響除磷效率[1]。

3.2 反硝化除磷工藝

傳統(tǒng)的生物除磷工藝消耗大量的有機(jī)碳源，剩余污泥產(chǎn)量大，且微生物種群的競(jìng)爭(zhēng)影響生物除磷的效果。但反硝化聚磷菌的發(fā)現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)生物除磷開辟了新的路徑。反硝化生物除磷又有單污泥和雙污泥之分。單污泥系統(tǒng)中各種微生物共存于一個(gè)體系之中，其代表是BCFS工藝;雙污泥是將硝化菌和反硝化聚磷菌的生存環(huán)境分開，為各自創(chuàng)造更適合生存的環(huán)境，其代表是A2N工藝。

4 生物除磷存在的問題

盡管生物法除磷的運(yùn)行費(fèi)用較低，且在最佳工藝參數(shù)條件下對(duì)磷的去除率較高，但生物法除磷的波動(dòng)性較大，去除效果不穩(wěn)定;對(duì)有機(jī)物濃度的依賴性較強(qiáng)，當(dāng)廢水中有機(jī)物含量較低或磷含量較高(＞10 mg/L)時(shí)，出水很難滿足磷的排放標(biāo)準(zhǔn)[9]。因此，往往需要進(jìn)行二次除磷。

5 結(jié)語(yǔ)

含磷污染物引起了水體的富營(yíng)養(yǎng)化，嚴(yán)重影響了環(huán)境美觀和水生物、植物的生存，因此良好的除磷工藝已成為國(guó)內(nèi)外研究者的熱門課題。不同運(yùn)行工況條件、水中有機(jī)物濃度及有機(jī)物種類、厭氧段N濃度和污泥齡是生物除磷主要的影響因素。應(yīng)用生物除磷法將全部或大部分的磷去除，為后續(xù)的二次化學(xué)除磷節(jié)省投藥量，從而降低運(yùn)行費(fèi)用。

[1] 王秀云.廢水除磷技術(shù)的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，15(16):92-94.

[2] 方 茜，韋朝海，張朝升，等.序批式生物膜反應(yīng)器的除磷特性及影響因素[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006，34(5):20-25.

[3] 周 棟，韓寶平.廢水反硝化除磷技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展[J].科學(xué)環(huán)境與管理，2008，33(3):104-107.

[4] 田西滿.以亞硝酸鹽為電子受體的反硝化除磷的試驗(yàn)研究[D].沈陽(yáng):沈陽(yáng)建筑大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文，2000:52-54.

[5] 周恩紅，劉德啟.好氧—厭氧循環(huán)交替生物除磷影響因素的研究[J].環(huán)境科學(xué)管理，2008，33(5):38-41.

[6] Wang Yayi，Peng Yongzhen，Wang Shuying，et al.Effect of carbon source and nitrate concentration on denitrifying phosphorus removal by DPB sludge[J].Journal of Environmental science，2004 ，16(4):548-552.

[7] 申 沛，陳銀廣，張 超.影響聚磷菌與聚糖菌競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵因素研究進(jìn)展[J].四川環(huán)境，2008，27(1):73-76.

[8] 榮宏偉，陳志強(qiáng)，呂炳南.有機(jī)碳源對(duì)生物除磷的影響[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，28(4):440-444.