污水厂除磷原理及
除磷工艺介绍（一）
前言
磷是一种活泼元素，在自然界中不以游离状态存在，而是以含磷有机物、无机磷化合物及还原态PH3这三种状态存在。污水中含磷化合物可分为有机磷与无机磷两类。无机磷几乎都以各种磷酸盐形式存在，包括正磷酸盐、偏磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐，以及聚合磷酸盐如焦磷酸盐、三磷酸盐等。有机磷大多是有机磷农药，如乐果、甲基对硫磷、乙基对硫磷、马拉硫磷等构成，他们大多呈胶体和颗粒状，不溶于水，易溶于有机溶剂。可溶性有机磷只占30%左右，多以葡萄糖-6-磷酸、2-磷酸-甘油酸及磷肌酸等形式存在。溶解磷占总磷的1/3 左右，PO4ˉ-P磷中大分子磷占40%。有机磷的去除必须转化成磷酸盐才能去除，本系列文章除磷的介绍中，只介绍磷酸盐的去除！
磷是怎么转化的？影响因素有哪些？
水体中的可溶性磷很容易与Ca2+、Fe3+ 、Al3+ 等离子生成难溶性沉淀物，例如AIPO4、FePO4等，沉积于水体底部成为底泥。聚积于底泥中的磷的存在形式和数量，一方面决定于污染物输入和通过地表与地下径流的排出情况;另一方面决定于水中的磷与底泥中的磷之间的交换情况。沉积物中的磷通过颗粒态磷的悬浮和水流的湍流扩散再度被稀释到上层水体中，或者当沉积物中的可溶性磷大大超过水体中磷的浓度时，则可能重新释放到水体中。
在水中，磷离子以HPO42ˉ还是以H2PO4ˉ形式存在取决于pH值，当pH值在2～7时，水中磷酸盐离子多数以H2PO4ˉ形式存在，而pH值在7～12时，则水中的磷酸盐离子多数以HPO42ˉ形式存在。所有含磷化合物都是首先转化为正磷酸盐(PO43ˉ) 后，再转化为其他形式。此时测定PO的含量，测定结果即是总磷的含量。
磷的来源是什么？
污水中的磷部分来源于化肥和农业废弃物。同时，生活中含磷洗涤剂的大量使用也使生活污水中磷的含量显著增加。
此外，化工、造纸、橡胶、染料和纺织印染、农药、焦化、石油化工、发酵、医药与医疗及食品等行业排放的废水常含有有机磷化合物。
磷的危害是什么？
磷对人体的危害
高磷洗衣粉对皮肤有直接刺激作用，严重的会导致接触性皮肤炎、婴儿尿布疹等疾病。同时磷会对神经中枢造成危害，特别是一部分有机磷农药的生物降解性差，易在环境中残留，对人、畜等脊椎动物具有相当高的毒性，会抑制胆碱酯酶的作用，影响神经系统功能，引起中毒甚至死亡。
磷对海洋生物的危害
目前国内外广泛使用的有机磷农药对海洋生物危害巨大，有机磷能够激活对虾体内的潜伏病原体。鱼、虾等死亡事件层出不穷，已经对海水养殖业形成威胁。
磷对土壤的污染
磷对土壤的污染主要来源于过量使用农药、化肥及污水灌溉。过量的磷会超过土壤的自净能力，使土壤发生不良变化，导致土壤自然正常功能失调。更严重的会导致毒化空气和水质，通过植物吸收，降低农副产品生物学质量，造成残毒通过植物链传递最终危害人类生命和健康。
磷对水体的危害
过量的磷对水体有较大危害，造成水体富营养化，对于引发水体富营养化而言，磷的作用远大于氮的作用，水体中磷的浓度不是很高时就可以引起水体富营养化。
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C118 H170O51N17P，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。
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-β-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。
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。
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编辑：魏晋芳
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