生物除磷的原理

废水中磷的存在形态取决于废水的类型，最常见的是磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷。生活废水的含磷量一般在10~15mg/L左右，其中70％是可溶性的。常规二级生物处理的出水中90％左右的磷以磷酸盐的形式存在。在传统的活性污泥法中，磷作为微生物正常生长所必需的元素用于微生物菌体的合成，并以生物污泥的形式排出，从而引起磷的去除，能够获得10%~30％的除磷效果。在某些情况下，微生物吸收的磷量超过了微生物正常生长所需要的磷量，这就是活性污泥的生物超量除磷现象，废水生物除磷技术正是利用生物超量除磷的原理而发展起来的。

根据霍尔米（Holmers）提出的化学式，活性污泥的组成是C₁₁₈H_170O51N₁₇P，由此可知，C:N:P=46:8:1。如果废水中N、P的含量低于此值，则需另行从外部投加；如等于此值，则在理论上应当是能够全部摄取而加以去除的。

生物除磷的基本原理是利用一种被称为聚磷菌（也称为除磷菌、磷细菌等）的细菌在厌氧条件下能充分释放其细胞体内的聚合磷酸盐（该过程称为厌氧释磷）；而在好氧条件下又能超过其生理需要从水中吸收磷（该过程称为好氧吸磷），并将其转化为细胞体内的聚合磷酸盐，从而形成富含磷的生物污泥，通过沉淀从系统中排出这种富磷污泥，达到从废水中除磷的效果。聚磷菌的作用机理如图10-16所示。

①在厌氧区内的释磷过程在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下，兼性细菌通过发酵作用将溶解性BOD转化为挥发性有机酸（VFA)，聚磷菌吸收VFA并进入细胞内，同化合成为胞内碳源的储存物﹣﹣聚﹣B﹣羟基丁酸盐（PHB)，所需的能量来源于聚磷菌将其细胞内的有机态磷转化为无机态磷的反应，并导致磷酸盐的释放。

②在好氧区内的吸磷过程聚磷菌的活力得到恢复并以聚磷的形态储存超出生长需要的磷量，通过对PHB的氧化代谢产生能量用于磷的吸收和聚磷的合成，能量以聚磷酸高能键的形式储存起来，磷酸盐从液相去除。产生的高磷污泥通过剩余污泥的形式得到排放，从而将磷从系统中去除。

由上可知，聚磷菌在厌氧状态下释放磷获取能量以吸收废水中溶解性有机物，在好氧状态下降解吸收的溶解性有机物获取能量以吸收磷，在整个生物除磷过程中表现为PHB的合成与分解。三磷酸腺苷（ATP）则作为能量的传递者。PHB的合成与分解作为一种能量的储存和释放过程，在聚磷菌的摄磷和放磷过程中起着十分重要的作用，即聚磷菌对PHB合成能力的大小将直接影响其摄磷能力的高低。正是因为聚磷菌在厌氧﹣好氧交替运行的系统中有释磷和摄磷的作用，才使得它在与其他微生物的竞争中取得优势，从而使除磷作用向正反应的方向进行。聚磷菌在厌氧条件下能够将其体内储存的聚磷酸盐分解，以提供能量摄取废水中的溶解性有机基质，合成并储存PHB，这样使得其在与其他微生物的竞争中，其他微生物可利用的基质减少，从而不能很好地生长。在好氧阶段，由于聚磷菌的过量摄磷作用，使得活性污泥中的其他微生物得不到足够的有机基质及磷酸盐，也使聚磷菌在与其他微生物的竞争中获得优势。