什么是生物除磷？生物除磷的影响因素有哪些？

污水生物除磷，就是人为创造生物超量除磷过程、实现可控的除磷效果，整个过程必须通过创造厌氧与好氧交替环节、利用聚磷菌的作用来实现。根据霍尔米（Holmers）提出的化学式，活性污泥的组成是 C₁₁₈H₁₇₀O₅₁N₁₇P，由此可知 C:N:P = 46:8:1。如果废水中 N、P 的含量低于此值，则需从外部另行投加；如等于此值，理论上能够全部摄取而加以去除。

生物除磷利用一种被称为聚磷菌（也称除磷菌、磷细菌）的特殊细菌：它在厌氧条件下能充分释放细胞体内的聚合磷酸盐（厌氧释磷），而在好氧条件下又能超过生理需要从水中吸收磷（好氧吸磷），并转化为细胞体内的聚合磷酸盐，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，就达到了从废水中除磷的效果。聚磷菌在好氧状态下超量吸磷，体内含磷量可达一般细菌的数倍，这正是它被广泛用于生物除磷的原因。

机理可以拆成三段看。厌氧条件下释磷：在没有溶解氧或硝态氮存在的条件下，兼性细菌通过发酵作用把可溶性 BOD₅ 转化为低分子挥发性有机酸 VFA，聚磷菌吸收这些发酵产物或来自原污水的 VFA 并运送到细胞内，同化成胞内碳能源储存物质 PHB，所需能量来源于聚磷的水解以及细胞内糖的酵解，并导致磷酸盐的释放。好氧条件下摄磷：聚磷菌活力恢复，以聚磷形式存储超过生长所需的磷量，通过 PHB 的氧化代谢产生能量用于磷的吸收和聚磷合成，磷酸盐从水中被去除。富磷污泥排放：产生的富磷污泥以剩余污泥形式排出，磷随之离开系统。

除磷的关键在厌氧区的设置。聚磷菌能在短暂的厌氧条件下获得竞争优势——非聚磷菌吸收低分子基质并快速同化储存发酵产物的能力不如它——于是能大量吸磷的聚磷菌在处理系统中选择性增殖，通过排除高含磷量的剩余污泥达到除磷目的。这种选择性增殖还有个附带好处：抑制了丝状菌的增殖，避免了沉淀性能差的污泥出现，所以厌氧/好氧生物除磷工艺一般不会发生污泥膨胀。

影响聚磷菌代谢的因素包括温度、pH 值、厌氧池 DO、厌氧池硝态氮、泥龄、COD/TP 比、RBCOD 含量、糖原和 HRT 等，逐一展开。

温度对除磷效果的影响不如对生物脱氮那么明显，一定范围内温度变化不大时生物除磷都能成功运行。但试验表明温度宜大于 10℃，因为聚磷菌在低温时生长速度会明显减慢。

pH 值在 6.5-8.0 时，聚磷微生物的含磷量和吸磷率保持稳定；当 pH 低于 6.5 时吸磷率急剧下降。pH 突然降低时，无论好氧区还是厌氧区磷的浓度都急剧上升，且降幅越大释放量越大——这说明 pH 降低引起的磷释放不是聚磷菌的生理生化反应，而是一种纯化学的"酸溶"效应，而且是破坏性的：厌氧释放量越大，好氧吸磷能力越低。pH 升高时则出现磷的轻微吸收。

溶解氧要分区控制。每毫克分子氧可消耗 1.14 mg 易生物降解 COD，会抑制聚磷菌生长、难以达到预计除磷效果，所以厌氧区要保持较低的溶解氧以利于厌氧菌发酵产酸、聚磷菌更好地释磷，同时减少易降解有机质的无谓消耗、让聚磷菌合成更多 PHB；好氧区则需要较多溶解氧，供聚磷菌分解储存的 PHB 获得能量来吸收溶解性磷酸盐。工程上厌氧区 DO 控制在 0.3 mg/L 以下、好氧区 2 mg/L 以上，才能确保厌氧释磷、好氧吸磷顺利进行。

厌氧池硝态氮是个隐形杀手。硝态氮存在会消耗有机基质、抑制聚磷菌对磷的释放；另一方面它会被气单胞菌属利用作电子受体进行反硝化，影响其以发酵中间产物进行发酵产酸，进而抑制聚磷菌的释磷摄磷能力和 PHB 合成。每毫克硝酸盐氮可消耗 2.86 mg 易生物降解 COD，一般把厌氧区硝态氮控制在 1.5 mg/L 以下。

泥龄的长短直接决定除磷效果。生物除磷主要靠排出剩余污泥实现，污泥龄越小、剩余污泥排放量越大、除磷效果越佳。但对同时脱氮的工艺，为满足硝化反硝化细菌的生长要求污泥龄往往控制得较大，这正是除磷效果难以令人满意的原因。以除磷为目的的系统，泥龄一般控制在 3.5-7 天。

COD/TP 比是另一根支柱。厌氧段有机基质的种类和含量与污水中含磷量的比值，是影响除磷效果的重要因素。分子量较小的易降解有机物（如挥发性脂肪酸类）容易被聚磷菌利用、诱导释磷能力强，高分子难降解有机物就差得多；厌氧阶段磷释放越充分，好氧阶段摄取量就越大。同时聚磷菌在厌氧段释磷产生的能量，主要用于吸收低分子有机基质作为生存基础，所以进水中是否有足够的有机质关系重大。一般认为进水 COD/TP 要大于 15，才能保证聚磷菌有足够基质、获得理想的除磷效果。

RBCOD（易降解 COD）的研究进一步细化了这条规律：以乙酸、丙酸、甲酸等易降解碳源作释磷基质时，磷的释放速率较大，且与基质浓度无关、只与活性污泥浓度和微生物组成有关，可用零级反应方程式描述；其他类有机物必须先转化成这类小分子易降解碳源，聚磷菌才能利用。

糖原的角色常被忽略。糖原是由多个葡萄糖组成的带分枝的大分子多糖，是胞内糖的贮存形式：聚磷菌的糖原在好氧环境下形成，在厌氧环境下代谢为 PHAs 合成的原料 NADH 并为代谢供能。所以在延迟曝气或过度氧化的情况下除磷效果会很差——过量曝气在好氧段消耗了聚磷菌体内的糖原，导致厌氧时合成 PHAs 的原料 NADH 不足。

HRT 的经验值也很具体。运行良好的城市污水生物脱氮除磷系统，释磷和吸磷分别需要 1.5-2.5 小时和 2.0-3.0 小时。释磷过程更为关键：厌氧段 HRT 太短，磷不能有效释放，污泥中的兼性酸化菌也无法充分把大分子有机物分解为可供聚磷菌摄取的低级脂肪酸；太长没有必要，既增加基建和运行费用，还可能产生副作用。释磷和吸磷是相互关联的两个过程——只有经过充分的厌氧释磷才能在好氧段更好地吸磷，也只有吸磷良好的聚磷菌才会在厌氧段超量释磷，调控得当会形成良性循环。实际运行中摸索出的经验是：厌氧段 HRT 1 小时 15 分至 1 小时 45 分、好氧段 2 至 3 小时 10 分较为合适。

最后是回流比（R）。A/O 工艺保证除磷效果极为重要的一点，是让系统污泥在曝气池中携带足够的溶解氧进入二沉池，防止污泥在二沉池因厌氧而释磷；但如果不能快速排泥、二沉池泥层太厚，再高的 DO 也挡不住厌氧释磷。因此回流比不宜太低，应尽快将二沉池内的污泥排出；但过高的回流比会增加回流和曝气系统的能耗，还缩短污泥在曝气池内的实际停留时间、影响 BOD₅ 和磷的去除。在保证快速排泥的前提下尽量降低回流比，需要实际运行中反复摸索，一般认为 R 在 50-70% 范围内即可。

把十个因素串起来看，生物除磷就是给聚磷菌造一个"厌氧吃亏、好氧占便宜"的生态位，再把富磷污泥及时排走。环境参数调对了，菌自己会把磷管好。九一生物的污水处理菌种可用于除磷系统的强化与恢复，具体方案需结合现场水质确定。