生物除磷的过程及影响因素增强性生物除磷

EBPR）也是得到广泛注意的技术，其表现为厌氧状态释放磷的活性污泥在好氧状态下有很强的磷吸收能力，吸收的磷量超过了微生物正常生长所需要的磷量。一般认为其过程为：①厌氧段：聚磷菌（PAOS）吸收废水中的有机物，将其同化成聚羟基烷酸（PHA），其所需要的三磷酸腺苷（ATP）及还原能是通过聚磷菌细胞内贮存的聚磷和糖原的降解来提供的，这个过程会导致反应器中磷酸盐的增加；②好氧段：聚磷菌利用PHA氧化代谢产生的能量来合成细胞、吸收反应器中的磷来合成聚磷，同时，利用PHA合成糖原。 EBPR技术的关键在于厌氧区的选择，在厌氧段合成的PHA量对于好氧段磷的去除具有决定性意义。一般而言，合成的PHA越多，则释放的磷越多，好氧段就能吸收更多的磷。但是，控制良好的SBR反应

器，也会发生EBPR失效的现象，研究表明主要存在以下影响：

2.1 碳源的影响

研究表明，要实现EBPR的效果，系统中COD与P的质量比的值应大于35，BOD5与P的质量比的值应大于20。如果原水中短链脂肪酸（VFAS）的含量较高，则有利于EBPR的发生并提高EBPR的效果；厌氧段废水中VFAS的含量应大于25mg[COD]/L，但是当VFAS的含量过大（＞400mg[COD]/L）时，也会

导致EBPR的失效洞时，碳源的不同可以导致释磷速率及PHA合成种类的不同。

2.2 聚磷菌与非聚磷菌竞争的影响

一般认为，由于一些非聚磷菌也能够在厌氧段吸收有机物而不用同时水解聚磷，从而形成了对聚磷菌的竞争反应，但是竞争的引发原因，却没有共同的解释。Liu[8]等人认为，如果用葡萄糖为外碳源，容易发生聚糖菌（GAOS）与聚磷菌的竞争，但是Che Ok Jeon[9]等人的研究表明，SBR系统中，用葡萄糖作为碳源，也能够达到EBPR的效果，而没有产生聚糖菌的增殖。Satohl[10]等人的理论认为，如果好氧段进水中的氨基酸或蛋白质的含量过低，聚磷菌的生长速率就会减慢，从而导致聚糖菌占优势；如果进水中没有氨

基酸，则由于聚糖菌分解无机氮和核酸产生氨基酸的速度比聚磷菌快，从而导致聚糖菌占优势。

2.3 pH值的影响

聚磷菌在厌氧段时的释磷量一般随pH值的升高而增加，而pH值是否影响聚磷菌对有机物的吸收仍有矛盾之处。当pH＜5时，EBPR现象不会发生，pH值在8.5～9.0之间是EBPR发生的最佳范围。Che Ok Jeon等人的试验[11]表明，pH对聚磷菌和聚糖菌的竞争也有一定影响，当控制厌氧段的pH在7.0（或8.0）时，聚糖菌在菌群中占优势，从而导致EBPR的失效；当不控制pH值时，由于反硝化的发生和乙酸盐的同化，

厌氧段的pH值升高到了8.4，这时完全的EBPR是可以发生的。

2.4 好氧曝气的影响

好氧段曝气量过大或曝气时间过长，会使聚磷菌消耗过多的PHA从而影响对磷的吸收，当处于厌氧段后，虽然聚磷菌能以最快速率释放磷，但是这些磷在后续的好氧段内却不能再被完全吸收，即过量吸磷受到破坏，EBPR失效。所以，适当地使聚磷菌保留一部分PHA，可以保持聚磷菌的过量吸磷能力[12]。

2.5 污泥龄的影响

缩短污泥龄，可以排放较多的污泥，从而去除较多的磷，但是会恶化出水质量和增加污泥处理费用；延长污泥龄，由于聚磷菌的衰亡速度较慢，所以可以使聚磷菌在污泥中的数量增加，同样可以使磷的去除量增加。同时，污泥龄的长短会影响到聚磷菌胞内聚合物的含量。所以，EBPR系统中污泥龄不应太短，

一般应大于3d。 2.6 水力停留时间的影响

由于聚磷菌对有机物的吸收在厌氧段内是很快完成的，所以厌氧段内更重要的是污泥龄；适当延长厌氧段的水力停留时间，会提高EBPR的效果，这可能是可以形成更多的PHA的原因。但是，如果厌氧/好

氧水力停留时间比过大，也会使EBPR失效。

生物除磷

常规的生物脱氮除磷工艺在污水处理方面起到很大的作用，但仍然存在一些问题：

1） 硝化菌群增殖速度慢，且难以维持较高的生物浓度，特别是在低温季节，影响脱氮效果； 2） 硝化过程需要充足的曝气，动力消耗很大；

3） 系统为维持较高生物浓度机获得良好的脱氮效果，必须同时进行污泥回流和硝化液回流，而上

面的两种回流会影响磷的释放和吸收，不仅增加了动力消耗和运行费用，还会影响脱氮除磷效果，这构成了同时脱氮除磷的一个矛盾；

4） 抗冲击能力弱，进水的高浓度氨氮和亚盐会抑制硝化菌的生长；

5） 反硝化过程要求有足够的有机碳源，污泥释磷合成PHB也要求有足够的有机碳源，当碳源不

足时会同时影响反硝化和释磷，当有机碳源浓度过高有抑制硝化过程的顺利进行，这是同时脱氮除磷的又一个矛盾。

最近的一些研究表明，生物氮转化过程出现了许多超出传统认识的新现象，除磷过程也有一些新发现，这为协调脱氮除磷之间的矛盾提供了新的思路。 Ⅰ. 厌氧氨氧化

厌氧氨氧化(ANAMMOX)是指在厌氧条件下,微生物直接以NH4 为电子供体,以NO3-或NO2-为电子受体,将NH4 、NO3-或NO2-转变成N2的生物氧化还原过程。厌氧氨氧化生物脱氮技术是一种全新的生物脱氮技术,完全突破了传统生物脱氮技术中的基本概念。

厌氧氨氧化的反应如下式所示（其中50％的NH4 发生短程硝化，剩余50％的NH4 与NO2-发生厌氧氨氧化反应）：

………………（式2

-3）

………………（式2-4）

在厌氧氨氧化的基础上,正在开发的脱氮工艺主要有OLAND工艺和 ANAMMOX工艺。比利时Gent微生物生态实验室开发了OLAND工艺(Oxygen Limited Autotrophic Nitrification Denitrification -氧自养硝化反硝化)。ANAMMOX工艺[12][13]为荷兰Delft技术大学所开发,该工艺主要采用的是流化床反应器或序批式反应器，其关键是控制DO, 使硝化过程仅进行到产生亚盐的阶段，在无其他电子供体的情况下，剩余的氨与亚盐起作用产生氮气；该工艺现已应用于荷兰Dokhaven污水处理厂，处理效果良好。

厌氧氨氧化脱氮工艺由于是在厌氧条件下直接利用NH4 作电子供体, 无需外加有机物作维持反硝化, 对于有机物含量较低而含氨较高的废水，采用厌氧氨氧化工艺仍具有很好的处理效果[14]；由式（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）可知，供氧量节省62.5％，耗碱量节省了50％，甲醇消耗量节省100％，故降低了能耗，节约了运行费用。 Ⅱ. 短程反硝化

传统的硝化—反硝化要经历有机氮→氨氮→亚硝氮→硝氮→亚硝氮→氮气。由于硝化菌的世代时间较长，泥龄也长，因而硝化反应的时间长，为了保证脱氮效果（特别是在含氮量高的情况下），需扩大基建投资。

近年来，高氨低碳源废水处理过程中所反映的一系列问题和短程生物脱氮的提出，促使国内外学者对污水脱氮工艺进行了大量理论和试验研究，并提出了一些新的观点和方法。实验证明，可以按照氨氮→亚盐→氮气的过程实现短程硝化反硝化脱氮，即将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化，其反应式为：

………………（式2-5）

………………（式2-6）

根据亚菌和菌的生物特性，亚菌的生长速率仅在较高温度(30～40℃)下，才明显高于菌的生长速率。在常温脱除氨氮过程中，亚菌的生长速率不如菌，数量较多的菌能很快的将NO2-氧化成NO3-，使废水处理池中NO2-不能积累，因此氨氮氧化难以控制在亚盐阶段。实现短程反硝化的关键在于将NH4 氧化控制在NO2-阶段,阻止NO2-的进一步氧化，因此，如何持久稳定地维持较高浓度的NO2-的积累及影响NO2-积累的因素便成为研究的重点。应用短程硝化-反硝化生物脱氮技术比较有代表性的新工艺是由荷兰Delft技术大学于1997年开发的SHARON工艺，但该工艺须在35℃左右的温度下进行，只对温度较高的污水而且氨浓度在500～2000mg/L（如厌氧消化排水）的脱氮处理有实际意义，对于大多数工业应用规模的高氨氮废水处理过程是难以接受的[12][15]。

由式（2-1）（2-2）（2-5）（2-6），短程生物脱氮法由于有节约40％外加碳源、节省25％供氧量、缩短水力停留时间和减少剩余污泥排放量等优点而颇受重视，具有重要的应用价值。但是，经过亚型生物脱氮工艺处理后的出水，可能含有较高的亚盐，所以工艺实际运行时须进行严格的监控。 Ⅲ. 反硝化聚磷

鉴于除磷菌和硝化菌存在泥龄上的矛盾、除磷菌和反硝化菌存在碳源上的矛盾，在以上所提到的诸多方法中，提高除磷效率往往伴随着脱氮效率的下降。近年来，国内外研究人员[16][17][18]在某些改良的UCT脱氮除磷处理系统中和试验中发现具有反硝化功能的聚磷菌，这类细菌不仅能够以氧气作为电子受体聚磷，而且在缺氧条件下能够以盐代替溶解氧作为电子受体进行聚磷，同时将盐还原成N2或氮化物和超量聚磷，即以前需要通过聚磷菌和反硝化菌完成的工作，如今只需要这一类细菌就能够完成，将反硝化与除磷这两个需碳源的过程合二为一，这样就可以最大程度地减少碳源需求量，避免了反硝化菌与聚磷菌对碳源的争夺。人们将这类细菌称为反硝化除磷菌 (DPBs－Denitrifying P-bacteria)。

与传统的好氧吸磷相比，在保证硝化效果的同时，反硝化聚磷系统对COD需求可减少50%，氧的消耗和污泥产量可分别下降30%和50%。COD消耗的减少，一方面为解决处理含高氮磷工业废水存在碳源不足的问题提供了的实际应用的途径，另一方面剩余的COD可用于产生甲烷[18]。

反硝化除磷的发现是生物除磷的最新研究成果，目前，该项技术已从基础性研究发展到了工程应用阶段，典型的有BCFS工艺和双泥系统生物反硝化除磷脱氮工艺。BCFS由荷兰Delft大学开发，实际上是UCT工艺的一种变形，在工程实践中，比普通的UCT增加了两个反应池和两个内循环，最大程度地从工艺角度创造DPBs的富集条件，目前已在10余座升级或新建污水处理场中实际应用[19]；在双泥系统生物反硝

化除磷脱氮工艺[20] [21][22][23][24]中，硝化菌与DPB分别在两个反应器内。该工艺通常由两个不同功能的SBR反应器（A2/O-SBR反应器和N-SBR发应器）组成，A2/O-SBR反应器的主要功能是去除COD和反硝化除磷脱氮，N-SBR反应器主要起硝化作用。这两个反应器的活性污泥是完全分开的，只将各自沉淀后的上清液相互交换。聚磷菌、反硝化菌共存于一个活性污泥系统中，硝化菌存在于另一个污泥系统中，成功地解决了硝化菌与聚磷菌的泥龄之争、反硝化与聚磷菌厌氧释磷的矛盾等难题；该工艺运行稳定且处理效果良好，特别适合于处理BOD5/TP值低的污水。 Ⅳ. 关于同时硝化反硝化

此外，同时硝化反硝化（SND－simultaneous nitrification denitrification）的发现，有可能为同时除磷脱氮技术开辟新的研究领域。传统的脱氮理论认为，硝化应在好氧条件下进行，而反硝化只能在厌氧环境下进行，因此，在要求同时除磷和脱氮时，人们往往面临两者在工艺上的矛盾。SND机理一方面认为好氧条件下存在缺氧甚至厌氧的微环境，另一方面从微生物学的角度认为好氧条件下同时存在好氧反硝化菌和异氧硝化菌。并且，一些SND工艺在除氮的同时，系统的除磷能力也有很大的提高[25]，同时硝化反硝化过程的除磷特性研究是

一个有待深化的方向