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生物除磷的基本原理是利用一種被稱為聚磷菌(也稱為除磷菌、磷細(xì)菌等)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(該過程稱為厭氧釋磷);而在好氧條件下又能超過其生理需要從水中吸收磷(該過程稱為好氧吸磷)，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(zhǎng)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。

生物除磷的影響因素
1.溶解氧。
溶解氧的影響包括兩個(gè)方面。首先必須在厭氧區(qū)中控制嚴(yán)格的厭氧條件，這直接關(guān)系到聚磷菌的生長(zhǎng)狀況、釋磷能力及利用有機(jī)基質(zhì)合成PHB的能力。由于DO的存在，一方面DO將作為終電子受體而抑制厭氧菌的發(fā)酵產(chǎn)酸作用，妨礙磷的釋放;另一方面會(huì)耗盡能快速降解的有機(jī)基質(zhì)，從而減少聚磷菌所需的脂肪酸產(chǎn)生量，造成生物除磷效果差。其次是在好氧區(qū)中要供給足夠的溶解氧，以滿足聚磷菌對(duì)其儲(chǔ)存的PHB進(jìn)行降解，釋放足夠的能量供其過量攝磷之需，有效地吸收廢水中的磷。一般厭氧段的DO應(yīng)嚴(yán)格控制在0.2mg/L以下，而好氧段的溶解氧控制在2.0mg/L左右。
2.厭氧區(qū)硝態(tài)氮。
硝態(tài)氮包括硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，其存在同樣也會(huì)消耗有機(jī)基質(zhì)而抑制聚磷菌對(duì)磷的釋放，從而影響在好氧條件下聚磷菌對(duì)磷的吸收。另一方面，硝態(tài)氮的存在會(huì)被部分生物聚磷菌(氣單胞菌)利用作為電子受體進(jìn)行反硝化，進(jìn)而影響其以發(fā)酵中間產(chǎn)物作為電子受體進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)酸，從而抑制了聚磷菌的釋磷和攝磷能力及PHB的合成能力。
3.溫度。
溫度對(duì)除磷效果的影響不如對(duì)生物脫氮過程的影響那么明顯，因?yàn)樵诟邷亍⒅袦?、低溫條件下，不同的菌群都具有生物脫磷的能力，但低溫運(yùn)行時(shí)厭氧區(qū)的停留時(shí)間要更長(zhǎng)一些，以保證發(fā)酵作用的完成及基質(zhì)的吸收。在5～30°C的范圍內(nèi)，都可以得到很好的除磷效果。
4.pH值。
pH值在6～8的范圍內(nèi)時(shí)，磷的厭氧釋放過程比較穩(wěn)定。pH值低于6.5時(shí)生物除磷的效果會(huì)大大降低。
5.BOD負(fù)荷和有機(jī)物性質(zhì)。
廢水生物除磷工藝中，厭氧段有機(jī)基質(zhì)的種類、含量及其與微生物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的比值(BOD5/TP)是影響除磷效果的重要因素。不同的有機(jī)物為基質(zhì)時(shí)，磷的厭氧釋放和好氧攝取是不同的。
根據(jù)生物除磷原理，相對(duì)分子質(zhì)量較小的易降解的有機(jī)物(如低級(jí)脂肪酸類物質(zhì))易于被聚磷菌利用，將其體內(nèi)儲(chǔ)存的多聚磷酸鹽分解釋放出磷，誘導(dǎo)磷釋放的能力較強(qiáng)，而高分子難降解的有機(jī)物誘導(dǎo)釋磷的能力較弱。厭氧階段磷的釋放越充分，好氧階段磷的攝取量就越大。
另一方面，聚磷菌在厭氧段釋放磷所產(chǎn)生的能量，主要用于其吸收進(jìn)水中低分子有機(jī)基質(zhì)合成PHB儲(chǔ)存在體內(nèi)，以作為其在厭氧條件壓抑環(huán)境下生存的基礎(chǔ)。因此，進(jìn)水中是否含有足夠的有機(jī)基質(zhì)提供給聚磷菌合成PHB，是關(guān)系到聚磷菌在厭氧條件下能否順利生存的重要因素。
一般認(rèn)為，進(jìn)水中BOD5/TP要大于15才能保證聚磷菌有足夠的基質(zhì)需求而獲得良好的除磷效果。為此，有時(shí)可以采用部分進(jìn)水和省去初次沉淀池的方法來獲得除磷所需的BOD負(fù)荷。

生物接觸氧化法
生物接觸氧化法是一種浸沒曝氣式生物濾池，曝氣池與生物濾池相結(jié)合產(chǎn)生的綜合性污水處理工藝，它的優(yōu)點(diǎn)是抗沖擊的能力強(qiáng)，容積負(fù)荷高。生物接觸氧化法的供氧十分充足，使膜的更新速度變快，提高了生物膜的活性，增強(qiáng)其抗沖擊能力，減少污染，降低機(jī)械的耗損，但是生物接觸氧化法的濾料要經(jīng)常的管理，避免發(fā)生堵塞。
生物濾池法
生物濾池法的基本流程是由初沉池、生物濾池和二沉池三部分組成的。主要成分包括：
1、塔式生物濾池。比傳統(tǒng)的生物濾池的負(fù)荷更高，層次更分明、堵塞可能性更小，占地面積面積小等優(yōu)點(diǎn)。
2、有高負(fù)荷生物濾池。處理效果更好好，去除率可達(dá)90%以上，其出水可降到25mg/L以下，且出水水質(zhì)非常穩(wěn)定。其缺點(diǎn)是占地面積過大，容易堵塞，影響環(huán)境衛(wèi)生。
移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器
移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器是一種新的生物膜污水處理技術(shù)，它介于生物接觸氧化法與生物流化床法之間。能夠解決生物接觸氧化法中濾料堵塞的問題。此方法的特點(diǎn)：微生物濃度高、食物鏈長(zhǎng)，對(duì)進(jìn)水的流量和濃度變化有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。移動(dòng)床生物膜的結(jié)構(gòu)緊密，因此具有占地面積小，能源消耗低的特點(diǎn)，很明顯的降低了投資運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，由于這些優(yōu)點(diǎn)該技術(shù)被廣泛的應(yīng)用。

生物流化床
生物流化床技術(shù)是利用氣體或液體，使附著微生物的固體顆粒狀濾料呈流態(tài)化，對(duì)污水進(jìn)行凈化的技術(shù)。生物流化床法充分利用了微生物不同生命活動(dòng)階段的特征，根據(jù)微生物的生長(zhǎng)特點(diǎn)將處理階段劃分為固定床階段、流化床階段、液體輸送階段三個(gè)階段。生物流化床的主要優(yōu)點(diǎn)：
1、容積負(fù)荷高，抗沖擊能力強(qiáng)。由于生物流化床的載體是采用小粒徑固體顆粒，且載體成流態(tài)化，所以生物流化床的單位體積表面積要比其他生物膜法的大很多且抗擊能力要較其他生物處理法高。
2、凈化效果好。由于載體顆粒一直處于劇烈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而導(dǎo)致界面的不斷更新，這樣不僅有利于微生物對(duì)污染物的吸附和降解，更能加快生化反應(yīng)速率，進(jìn)而使凈化效果得到提高。
3、微生物的活性較強(qiáng)。由于生物顆粒不斷地相互碰撞與摩擦，使生物膜的厚度較薄且均勻。對(duì)于同類污水而言，在同等的處理?xiàng)l件下，生物膜不僅反應(yīng)速率快且呼吸率也非常快，所以微生物的活性較強(qiáng)。