生物除磷技術(shù)于80 年代在歐洲得到了廣泛的使用。它是一種利用微生物的生理活動(新陳代謝)，將磷從污水中轉(zhuǎn)移到污泥細胞中，從而排出處理系統(tǒng)的除磷技術(shù);其除磷原理是基于聚磷菌在厭含磷廢水處理技術(shù)研究進展。

　　兼氧條件下釋放磷及在好氧條件下過剩攝取磷的原理，通過好氧- 厭氧的交替運行來實現(xiàn)除磷的方法。

　　1.生物除磷過程

　　具體的生物除磷過程為：在厭氧條件下，兼性細菌聚磷菌受到抑制，它必須吸收污水中的有機碳源(溶解性BOD 的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，即低分子揮發(fā)性有機酸(VFAs))來維持生存，并在細胞內(nèi)將有機物轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)碳能源儲存物聚-β- 羥基丁酸酯(PHB)/聚羥基戊酸(PHV)貯存起來，該過程所需的能量正是來自于聚磷的水解以及細胞內(nèi)糖的酵解，從而完成磷的厭氧釋放。而在好氧條件下，聚磷菌的活力得到恢復(fù), 它利用PHB/PHV 的氧化代謝產(chǎn)生的能量吸收超出自身生長所需的幾倍的磷，并以聚磷酸鹽的形式儲存。有關(guān)資料顯示，在好氧條件下吸收的磷是厭氧條件下放出磷的11 倍之多，因此水體中的磷得以大量吸收到細菌細胞中，再隨剩余污泥排出系統(tǒng)，從而實現(xiàn)磷的去除。

　　2.生物法除磷特點

　　生物除磷是一種較為經(jīng)濟的除磷技術(shù)[5]，該方法在合適條件下，可去除污水中90%的磷，現(xiàn)在多用于城市污水處理廠磷含量低的情況。其特點如下：

　　(1)生物法除磷對廢水中有機物濃度(BOD)依賴性強。進水的BOD5/TP 比值大小，將影響除磷效果。一般認為，若要使出水中的磷含量控制在1.0mg•L-1 以下，進水中的BOD/TP 應(yīng)控制在20～30[6]。因此，生物除磷及脫氮工藝適合處理中高BOD5(≥200 mg•L-1)的污水。

　　(2)生物處理效果受環(huán)境溫度、pH、溶解氧等因素的影響。生物除磷適于在中性和微堿性條件下進行。

　　(3)泥齡長短對除磷脫氮效果亦有直接影響，因而生物處理部分應(yīng)及時排泥，否則厭氧菌會分解污泥中的聚磷，導(dǎo)致磷的二次釋放。

　　3.現(xiàn)代生物除磷技術(shù)

　　自20 世紀60 年代中期以來,人工濕地除磷技術(shù)不斷發(fā)展并得到推廣應(yīng)用。人工濕地是指通過選擇一定的地理位置與地形,并模擬天然濕地的結(jié)構(gòu)與功能,根據(jù)人們的需要人為設(shè)計與建設(shè)的濕地。人工濕地是一個自適應(yīng)的系統(tǒng),其中水體、基質(zhì)、水生植物和微生物是構(gòu)成人工濕地污水處理系統(tǒng)的4個基本要素,其除污的原理主要是利用濕地的基質(zhì)、水生植物和微生物之間的相互作用,通過一系列物理、化學(xué)以及生物作用的途徑凈化污水。其中物理作用主要是過濾、沉積作用,污水進入濕地,經(jīng)過基質(zhì)層及植物莖葉和根系,可以過濾、截流污水中的懸浮物,使之沉積在基質(zhì)中。化學(xué)作用主要指化學(xué)沉淀、吸附、離子交換、氧化還原反應(yīng)等,這些化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生主要取決于所選擇的基質(zhì)類型。生化作用主要指微生物在好氧、厭氧及兼氧狀態(tài)下通過開環(huán)、斷鏈分解成簡單分子、小分子等作用,實現(xiàn)對污染物的降解和去除。構(gòu)成人工濕地的4 個要素都具有單獨的凈化污水的能力,尤其是人工濕地基質(zhì)中的微生物類群在人工濕地凈化過程中起到極其重要的作用。

　　人工濕地除磷技術(shù)是一種廉價有效的污水處理技術(shù),它是在一般人工濕地系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,通過人為控制措施優(yōu)化系統(tǒng),達到以除磷為主要目標(biāo)的廢水除磷技術(shù)。目前該技術(shù)廣泛應(yīng)用于生活污水、農(nóng)業(yè)點源污染和面源污染處理,以及水體富營養(yǎng)化問題的治理。其優(yōu)點是:效率高、投資少、耗能低、操作簡單、設(shè)置靈活、維護和運行費用低廉,可作為傳統(tǒng)的污水除磷技術(shù)的一種有效替代方案,對于節(jié)省資金,保護水環(huán)境以及進行有效的生態(tài)恢復(fù)具有十分重要的現(xiàn)實意義。但要將其更好地應(yīng)用,還有許多工作要做,例如:要進一步弄清人工濕地除磷的機理,進一步確定外部各因素對除磷效果的影響程度,構(gòu)建更長久、高效的除磷人工濕地系統(tǒng)等。

　　4.生物法除磷研究現(xiàn)狀

　　近年來，增強生物除磷工藝(Enhanced biologicalphosphorus removal，EBPR) 由于其持續(xù)有效的特點成為生物除磷的一個熱點。一般認為EBPR 需要佳的厭氧水力停留時間來獲得穩(wěn)定的磷去除率。M Vargas 等為了測試EBPR 能否在持續(xù)有氧環(huán)境中用丙酸鹽作為碳源，進行了持續(xù)有氧條件下的EBPR-SBR 實驗。結(jié)果表明，系統(tǒng)處于有氧環(huán)境46 d 后，聚磷菌所占比例由70%只下降到了50%，再將系統(tǒng)恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)的厭氧-好氧條件下，聚磷菌所占比例又上升到了72%。在研究的整個過程中，聚磷菌始終處于主導(dǎo)地位，能保持穩(wěn)定的磷去除率。從而得出，使用丙酸鹽作為碳源可以在一定的有氧條件下保持聚磷菌的存活狀態(tài)。M Pijuan 等的研究表明在持續(xù)好氧作用下，污泥中聚磷菌(PAO)會增加。使用乙酸鹽作為有機碳源的SBR 反應(yīng)器中，也觀察到了上述現(xiàn)象。

　　物理化學(xué)在廢水除磷中的應(yīng)用

　　>>>>1.吸附法

　　吸附法除磷的作用機理：在廢水吸附除磷過程中，主要關(guān)注于正磷酸鹽。受磷酸的電離平衡制約，正磷酸鹽在水體中電離，同時生成H3P04、H2P04‘、HP04。和P04。，各個含磷基團的濃度分布隨pH值而異，在pH值6～9的典型生活污水中，主要存在形式為磷酸氫根和磷酸二氫根。在吸附除磷的同液反應(yīng)過程中所提到的吸附概念，可以涵蓋固體表面的物理吸附、離子交換形式的化學(xué)吸附以及固體表面沉積過程。物理吸附僅發(fā)生在固液界面，依據(jù)分子間的相似相溶原理，其作用力為分子間力。物理吸附的特點為多層吸附，無嚴格的飽和吸附量，吸附等溫線較符合Fruendrich方程?；瘜W(xué)吸附或離子交換可能是固液界面的單層反應(yīng)，也可能是固體內(nèi)部一定深度的表層反應(yīng)，一般能近似符合單層吸附假設(shè)，吸附等溫線較符合Langmiur方程。吸附除磷的實際過程既包括物理吸附，又包括化學(xué)吸附。對于天然吸附劑，一般由于固體表面老化而不能顯示出高表面能及強吸附性，吸附作用主要依靠其巨大的比表面積，該類吸附以物理吸附為主。對于大多數(shù)人工合成的高效吸附劑，由于人為制造了固體表面的特性吸附和離子交換層，化學(xué)吸附占主導(dǎo)地位。

　　>>>>2.結(jié)晶法

　　除磷原理結(jié)晶法除磷就是向已含鈣鹽的含磷廢水中添加一種結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)與難溶磷酸鹽相似的固體顆粒，破壞溶液的亞穩(wěn)態(tài)，在作為晶核的除磷劑上析出羥基鈣磷灰石，從而達到除磷目的。作為晶核的除磷劑絕大多數(shù)都是含鈣的礦物質(zhì)材料，如磷礦石、骨炭、高爐渣等，其中以磷礦石和骨炭的效果好。該方法的實質(zhì)是利用污水中的磷酸根離子與鈣離子以及氫氧根離子反應(yīng)生成堿式磷酸鈣(羥基鈣磷灰石(Calcium-Hydroxyapatite)[Ca5(OH)(PO4)3])的晶吸現(xiàn)象。其反應(yīng)式如下：

　　3HPO42-+5Ca2++4OH-→Ca5(OH)(PO4)3↓+3H2O

　　許多廢水都因含有磷酸鈣等化合物而過度飽和，但沉降過程很少發(fā)生。加入晶核是為了建立Ca和P 之間的平衡，因為晶核結(jié)晶可以降低界面能并能引發(fā)沉降過程。

　　>>>>3.電滲析除磷

　　電滲析除磷是一種膜分離技術(shù)。電滲析室的進水通過多對陰陽離子滲透膜，在陰陽膜之間施加直流電壓，含磷和含氮離子以及其他溶解離子在施加電壓的影響下，體積小的離子會通過膜而進到另一側(cè)的溶液中去，從而實現(xiàn)分離。在利用電滲析去除磷時，預(yù)處理和離子選擇性顯得特別重要。在處理時必須對濃度大的廢水進行預(yù)處理，而高度選擇性的防污膜仍在發(fā)展中[12]。事實上，電滲析除磷只是濃縮磷的一種方法，它自身無法從根本上除去磷。

　　關(guān)于高濃度含磷廢水的處理方法簡介和分析

　　高濃度含磷廢水在目前的研究中并沒有嚴格的定義，一般認為只要是高于生活廢水中的含磷量或者總磷濃度在100mg/L 以上就稱為高濃度廢水。高濃度含磷廢水難以應(yīng)用單一的生物法或化學(xué)法進行去除，即便能去除也會對整個單一的生物法或化學(xué)法處理工藝造成極大的負擔(dān)，使整個處理工藝處理效果降低或者無法連續(xù)運行。因此，近來研究主要體現(xiàn)在利用組合工藝處理高濃度含磷廢水。這些組合工藝的適用條件、工藝參數(shù)、工藝條件以及處理效果存在較大差異，有些工藝只能作為預(yù)處理來減輕對后續(xù)工藝的磷負擔(dān)，而有些則可以直接使廢水處理后達標(biāo)排放。

　　>>>>一.單一工藝

　　單一工藝是指利用生物法、化學(xué)法或物理化學(xué)法來去除高濃度含磷廢水中的磷的處理工藝。在生物處理工藝中，大多通過生物同化過程吸磷或強化過量吸磷來進行去除，但磷去除效率不夠穩(wěn)定，特別對含磷濃度較高的畜禽養(yǎng)殖廢水和垃圾滲濾液的處理效果不佳，不能滿足日益嚴格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。沉淀法作為一種有效的物理化學(xué)手段被廣泛運用于各種污水處理工藝中，具有高效、運行穩(wěn)定等特點，但常用絮凝劑如鋁鹽造成的二次污染問題，投加鐵鹽過程中造成的設(shè)備腐蝕和堵塞問題，以及存在沉淀污泥含水率高等，使該方法的應(yīng)用受到限制。

　　除上述兩種傳統(tǒng)方法外，目前還出現(xiàn)一些新的單一除磷工藝，主要有電解法、鈣法、SBR 強化生物法等。

　　>>>>電解法

　　電解法是一種高效的污水處理方法，占地少，操作簡單，綜合了電絮凝、沉淀和氣浮多種作用。較之生物法，電解法具有去除率高、選擇性強、水力停留時間短等優(yōu)點;與常規(guī)化學(xué)沉淀法相比，電場作用和氣浮作用強化了污水中顆粒物的混凝效率，出水總?cè)芙庑怨腆w較少，同時電解工藝維護較化學(xué)沉淀法簡單，污泥含水率較低，污泥利用前景較好。通過電解對污水中的磷進行去除和回收是近年來國內(nèi)外關(guān)注的熱點之一。

　　SBR 強化生物法

　　針對水量不大但含有高濃度磷的廢水，可以采用SBR強化生物系統(tǒng)來處理，王景峰等[7]以一個小試實例來闡述了生物除磷反應(yīng)器所表現(xiàn)出的運行效果及高效除磷階段出現(xiàn)的原因,從生物除磷角度詳細說明了二次釋磷對強化生物除磷系統(tǒng)的影響，并對系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的顆粒污泥進行了描述。反應(yīng)器進水為模擬廢水(COD：610~700 mg/L，氨氮：30~38 mg/L，PO3-4-P：20~30 mg/L，另加入一定比例的鎂、鈣、鐵等微量元素)。試驗用接種污泥均取自某市污水處理廠污泥回流井，反應(yīng)器內(nèi)MLSS保持在4500 mg/L左右，泥齡控制在15~18d，每周期進水為8L。根據(jù)試驗結(jié)果將反應(yīng)器的運行狀況分為四個階段，即馴化階段、高效除磷階段、除磷效果平穩(wěn)階段和除磷效果惡化階段。由實驗結(jié)果可知，在高效除磷階段，磷的去除率為97%左右;在除磷效果平穩(wěn)階段，磷的去除率為55%;而除磷效果惡化階段時的去除率為21%。

　　關(guān)于SBR的分析

　　(1)SBR強化生物系統(tǒng)處理高濃度含磷廢水是可行的，在處理效果的高效階段，出水PO3-4-P <1 mg/L，但系統(tǒng)整體運行尚不十分穩(wěn)定。在除磷效果平穩(wěn)階段，磷去除效率維持在50%~70%。

　　(2)利用SBR工藝的靈活性，以靜置方式加大厭氧時間有助于形成與生物除磷相關(guān)的胞內(nèi)碳源、能源貯存物，有利于高效除磷階段的快速到來，可縮短馴化時間，但也應(yīng)在馴化后期適當(dāng)減少靜置時間以防止除磷效果惡化。

　　(3)從生物除磷角度詳細分析了二次釋磷對生物除磷系統(tǒng)的巨大影響，在二次釋磷中無效釋磷對聚磷菌代謝途徑的影響是造成生物除磷效果惡化的主要原因。

　　>>>>二.組合工藝

　　在上述單一工藝中，有些需要特定工藝參數(shù)，如電解法除磷中的pH 值需串聯(lián)另外一個生物硝化或反硝化工藝或者脫氮工藝。而另外一些工藝也由于其他原因無法達到預(yù)期處理效果，因此近來工藝研究也將注意力轉(zhuǎn)移到組合工藝上。

　　絮凝沉降-粉煤灰吸附法：磷肥化工廠為實驗廢水來源，廢水中的含磷量很高，磷的濃度約為182mg/L，廢水為弱酸性，pH為5左右，主要研究了在化學(xué)絮凝沉淀法的基礎(chǔ)上，再經(jīng)粉煤灰吸附，高效率地除去了廢水中的磷。此種方法除磷效果好，運行操作穩(wěn)定，適合于處理流量不很大的高濃度含磷廢水。

　　化學(xué)沉淀-混凝氣浮-活性炭吸附法

　　采用化學(xué)沉淀-混凝氣浮-活性炭吸附組合工藝，建立在一套工程處理實例，其廢水中的特征污染物為總磷(嚴重超標(biāo)，含量高達100mg/L左右，主要以溶解性的磷酸二氫錳鐵、磷酸二氫鋅等無機鹽類的形式存在)，此外廢水中還含有少量的CODCr、BOD5、油類和懸浮物等。含磷生產(chǎn)廢水由車間流入調(diào)節(jié)池，泵前加入反應(yīng)藥劑石灰乳與廢水混合，而后泵至反應(yīng)槽，攪拌混合反應(yīng)(混合液通過pH值測控系統(tǒng)來自動控制石灰乳的投加量，以使其pH值穩(wěn)定在11左右)，接著再依次流經(jīng)反應(yīng)槽攪拌反應(yīng)，使廢水中的總磷絕大部分得以沉淀去除。之后廢水經(jīng)斜板沉淀器沉淀之后再流入氣浮裝置，與投入的絮凝劑混合發(fā)生混凝反應(yīng)，從而除去廢水中的其它污染物和部分殘磷。其后廢水經(jīng)二次沉淀、砂濾和活性炭吸附處理，進入中和池，用*中和調(diào)節(jié)pH值后外排。

　　陶瓷膜混凝反應(yīng)法

　　此法將化學(xué)混凝與錯流微濾過程相結(jié)合成一體化陶瓷膜混凝反應(yīng)器。其工作原理是采用化學(xué)混凝作為膜分離的前處理步驟，將廢水中的污染物形成較大的絮凝體，然后利用陶瓷微濾膜進行過濾。與傳統(tǒng)工藝相比，一體化陶瓷膜反應(yīng)器具有滲透通量大、處理周期短、分離效果好、出水水質(zhì)滿足排放或回用的特點。結(jié)語

　　以上方法在處理含磷廢水時,出水指標(biāo)都能達到GB8978 - 1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的二級標(biāo)準(zhǔn)，在選擇時要根據(jù)廢水的含磷量、其它離子的含量和種類、日處理量等因素來綜合考慮,以達到環(huán)保和經(jīng)濟效益的雙重目的。