近年來隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)快速增長、人口劇增、含磷洗滌劑和農(nóng)藥化肥大量使用致使磷在環(huán)境中過量導(dǎo)致水環(huán)境污染和水體的富營養(yǎng)化日益嚴(yán)重，研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的除磷的污水處理技術(shù)已成為水污染控制工程的研究重點(diǎn)。
生物除磷的原理
生物除磷的基本原理是利用一種被稱為聚磷菌的細(xì)菌在厭氧條件下能充分釋放其細(xì)胞體內(nèi)的聚合磷酸鹽;而在好氧條件下又能超過其生理需要從水中吸收磷，并將其轉(zhuǎn)化為細(xì)胞體內(nèi)的聚合磷酸鹽，從而形成富含磷的生物污泥，通過沉淀從系統(tǒng)中排出這種富磷污泥，達(dá)到從廢水中除磷的效果。
1.在厭氧區(qū)內(nèi)的釋磷過程。在沒有溶解氧和硝態(tài)氮存在的厭氧條件下，兼性細(xì)菌通過發(fā)酵作用將溶解性BOD轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性有機(jī)酸(VFA)，聚磷菌吸收VFA并進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，同化合成為胞內(nèi)碳源的儲(chǔ)存物—聚-β-羥基丁酸鹽(PHB)，所需的能量來源于聚磷菌將其細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)態(tài)磷轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)磷的反應(yīng)，并導(dǎo)致磷酸鹽的釋放。
2.在好氧區(qū)內(nèi)的吸磷過程。聚磷菌的活力得到恢復(fù)并以聚磷的形態(tài)儲(chǔ)存超出生長需要的磷量，通過對(duì)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儲(chǔ)存起來，磷酸鹽從液相去除。產(chǎn)生的高磷污泥通過剩余污泥的形式得到排放，從而將磷從系統(tǒng)中去除。
影響生物除磷的因素
(1)溶解氧
生物除磷要求創(chuàng)造適合聚磷菌生長的環(huán)境，從而使聚磷菌群體增殖。在工藝上可設(shè)置厭氧、好氧交替的環(huán)境條件，使聚磷菌獲得選擇性增長。
首先必須在厭氧區(qū)控制嚴(yán)格的厭氧環(huán)境。這直接關(guān)系到聚磷菌的生長狀況、釋磷能力及利用有機(jī)基質(zhì)合成PBH的能力。
其次是必須在好氧區(qū)提供充足的溶解氧。以滿足聚磷菌對(duì)儲(chǔ)存的PHB進(jìn)行降解，釋放足夠的能量供其過量攝磷之用，以便有效的吸收廢水中的磷。
一般厭氧段的DO要嚴(yán)格控制在0.2mg/L以下，二好氧段的DO要控制在2mg/L以上。
(2)硝酸鹽
硝酸鹽在厭氧階段存在時(shí)，反硝化細(xì)菌與聚磷菌競爭優(yōu)先利用底物中甲酸、乙酸、丙酸等低分子有機(jī)酸，聚磷菌處于劣勢，抑制了聚磷菌的磷釋放。只有在污水中聚磷菌所需的低分子脂肪酸量足夠時(shí)，硝酸鹽的存在才可能不會(huì)影響除磷效果。
(3)pH與堿度
污水生物除磷好氧池的適宜pH為6~8。污水中保持一定的堿度具有緩沖作用，可使pH維持穩(wěn)定，為使好氧池的pH維持在中性附近，池中剩余總堿度宜大于70mg/L。
(4)BOD5/TP
聚磷菌厭氧釋磷時(shí)，伴隨著吸收易降解有機(jī)物貯存于菌體內(nèi)，若BOD5/TP比值過低，影響聚磷菌在釋磷時(shí)不能很好地吸收和貯存易降解有機(jī)物，從而影響其好氧吸磷，使除磷效果下降。 一般認(rèn)為，進(jìn)水BOD5/TP大于15，才可以獲得理想的除磷效果。為此，可以采用部分進(jìn)水和跨越初沉池的方法，獲得除磷所需的BOD5量。
(5)污泥齡
生物除磷主要是通過排除剩余污泥來實(shí)現(xiàn)的，因此剩余污泥的多少會(huì)對(duì)除磷效果產(chǎn)生影響，污泥齡短的系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥較多，可以取得較高的除磷效果。
(6)溫度
一般來說，溫度在10~30℃，都可以取得較好的除磷效果。
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(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。具體方法是將部分含磷回流污泥分流到厭氧段釋放磷，再用石灰沉淀去除富磷上清液中的磷。
常用生物除磷工藝：
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)荷和較長的泥齡條件下運(yùn)行，由于無需回流，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。
生物除磷處理設(shè)施運(yùn)行管理的注意事項(xiàng)
1、厭氧段是生物除磷關(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)除磷或過濾處理去除水中殘留的低含量磷。
3、在污泥處理過程中如果出現(xiàn)厭氧狀態(tài)，剩余污泥中的磷就會(huì)重新釋放出來。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，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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