化肥、冶煉、合成洗滌劑等行業(yè)的工業(yè)廢水中常含有大量磷，水體中磷含量過高可造成藻類的過量繁殖，大量消耗水中溶解氧，從而加速水體的富營養(yǎng)化，若直接排放，會造成湖泊、河流透明度降低，水質(zhì)變壞。因此，準(zhǔn)確測定并降低水體中的總磷含量是非常重要的。
一、生物除磷的原理
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。
二、生物除磷的影響因素
1、污泥負(fù)荷與污泥齡
厭氧-好氧生物除磷工藝是一種高F/M低SRT系統(tǒng)。當(dāng)F/M較高，SRT較低時，剩余污泥排放量也就較多。因而，在污泥含磷量一定的條件下，除磷量也就越多，除磷效果越好。對于以除磷為主要目的生物系統(tǒng)，通常F/M為0.4～0.7kgBOD/kgMLSS?d，SRT為3.5～7d。但是，SRT也不能太低，必須以保證BOD5的有效去除為前提。
2、BOD/TP
要保證除磷效果，應(yīng)控制進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的污水中BOD/TP大于 20。由于聚磷酸菌屬不動菌屬，其生理活動較弱，只能攝取有機(jī)物中極易分解的部分。因此，進(jìn)水中應(yīng)保證BOD5的含量，確保聚磷酸菌正常的生理代謝。但許多城市污水處理廠實際進(jìn)水存在碳源偏低，氮、磷等濃度較高等現(xiàn)象，導(dǎo)致BOD5/TP值無法滿足生物除磷的需要，影響了生物除磷的效果。
3、溶解氧
厭氧區(qū)應(yīng)保持嚴(yán)格厭氧狀態(tài)，即溶解氧低于0.2mg/L，此時聚磷菌才能進(jìn)行磷的有效釋放，以保證后續(xù)處理效果。而好氧區(qū)的溶解氧需保持在2.0mg/L以上，聚磷菌才能有效吸磷。因此，對于厭氧區(qū)和好氧區(qū)溶解氧的控制不當(dāng)，將會極大影響生物除磷的效果。
4、回流比與水力停留時間
厭氧-好氧除磷系統(tǒng)的的回流比不宜太低，應(yīng)保持足夠的回流比，防止聚磷菌在二沉池內(nèi)遇到厭氧環(huán)境發(fā)生磷的釋放。在保證快速排泥的前提下，應(yīng)盡量降低回流比，以免縮短污泥在厭氧區(qū)的實際停留時間，影響磷的釋放。在厭氧-好氧除磷系統(tǒng)中，若污泥沉降性能良好，則回流比在50～70%范圍內(nèi)，即可保證快速排泥。污水在厭氧區(qū)的水力停留時間一般在1.5～2.0h的范圍內(nèi)。停留時間太短，一是不能保證磷的有效釋放，二是污泥中的兼性酸化菌不能充分地將污水中的大分子有機(jī)物分解成低級脂肪酸，以供聚磷菌攝取，從而影響磷的釋放。污水在好氧區(qū)的停留時間一般在4～6h，這樣即可保證磷的充分吸收。
5、pH
pH值在6～8的范圍內(nèi)時，磷的厭氧釋放過程比較穩(wěn)定。pH值低于6.5時生物除磷的效果會大大降低。
6、硝酸鹽含量
硝態(tài)氮的存在也會消耗有機(jī)基質(zhì)而抑制聚磷菌對磷的釋放，進(jìn)而影響好氧條件下聚磷菌對磷的吸收。另外，硝態(tài)氮的存在會被部分聚磷菌作為電子受體進(jìn)行反硝化，從而影響其以發(fā)酵產(chǎn)物作為電子受體進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)酸、抑制聚磷菌的釋磷和攝磷能力及PBH的合成能力。
7、溫度
一般來說，在5-30℃范圍內(nèi)，都可以收到較好的除磷效果。
三、總磷含量的測定方法
3.1 消解
3.1.1 過硫酸鉀消解:向試樣中加4mL過硫酸鉀，將具塞刻度管的蓋塞緊后，用一小塊布和線將玻璃塞扎緊(或用其他方法固定)，放在大燒杯中置于高壓蒸氣消毒器中加熱，待壓力達(dá)1.1kg/cm，相應(yīng)溫度為120C時,保持30min后停止加熱。待壓力表讀數(shù)降到零后，取出放冷。然后用水稀釋至標(biāo)線。
注:如用硫酸保存水樣。當(dāng)用過硫酸鉀消解時,需先將試樣調(diào)至中性。
3.1.2 硝酸-高氯酸消解:取25mL試樣于錐形瓶中,加數(shù)粒玻璃珠，加2mL硝酸在電熱板上加熱濃縮至10mL。冷后加5mL硝酸，再加熱濃縮至10mL，放冷。加3mL高氯酸,加熱至高氯酸冒白煙，此時可在錐形瓶上加小漏斗或調(diào)節(jié)電熱板溫度,使消解液在錐形瓶內(nèi)璧保持回流狀態(tài),直至剩下3-4mL,放冷。
加水10mL,加1滴酚酞指示劑。滴加氫氧化鈉溶液至剛呈微紅色,再滴加硫酸溶液使微紅剛好退去,充分混勻。移至具塞刻度管中,用水稀釋至標(biāo)線。
注:（1）用硝酸-高氨酸消解需要在通風(fēng)櫥中進(jìn)行。高氯酸和有機(jī)物的混合物經(jīng)加熱易發(fā)生危險,需將試樣先用硝酸消解，然后再加入硝酸-高氯酸進(jìn)行消解。
（2）絕不可把消解的試樣蒸干。
（3）如消解后有殘渣時,用濾紙過濾于具塞刻度管中,并用水充分清洗錐形瓶及濾紙,一并移到具塞刻度管中。
（4）水樣中的有機(jī)物用過硫酸鉀氧化不能完全破壞時,可用此法消解。
3.2 發(fā)色
分別向各份消解液中加入1mL抗壞血酸溶液混勻,30s后加2mL鉬酸鹽溶液充分混勻。
注:①如試樣中含有濁度或色度時,需配制一個空白試樣(消解后用水稀釋至標(biāo)線)然后向試料中加入3mL濁度一色度補(bǔ)償液,但不加抗壞血酸溶液和鉬酸鹽溶液。然后從試料的吸光度中扣除空白試料的吸光度。
②砷大于2mg/L干擾測定,用硫代硫酸鈉去除。硫化物大于2mg/L干擾測定,通氮?dú)馊コｃt大于50mg/L干擾測定,用亞硫酸鈉去除。
3.3 分光光度測量
室溫下放置15min后，使用光程為30mm比色皿,在700nm波長下,以水做參比,測定吸光度?？鄢瞻自囼灥奈舛群?從工作曲線上查得磷的含量。
注:如顯色時室溫低于13℃，可在20~30℃水浴上顯色15min即可。
3.4工作曲線的繪制
取7支具塞刻度管分別加入0.0,0.50,1.00,3.00,5.00,10.0,15.0mL磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液。加水至25mL。然后按測定步驟進(jìn)行處理。以水做參比，測定吸光度?？鄢瞻自囼灥奈舛群?和對應(yīng)的磷的含量繪制工作曲線。
四、常見生物除磷工藝
廢水生物除磷工藝一般由兩個過程組成，即厭氧釋磷和好氧攝磷兩個過程。目前應(yīng)用的生物除磷工藝主要有在生物除磷基本原理基礎(chǔ)上發(fā)展起來的弗斯特利普除磷工藝、厭氧-好氧(An/O) 工藝等除磷工藝。
1）弗斯特利普除磷工藝：
弗斯特利普除磷工藝是將生物除磷與化學(xué)除磷相結(jié)合的一種工藝，即在傳統(tǒng)活性污泥過程的污泥回流管線上增設(shè)厭氧釋磷池和混合反應(yīng)池，采用生物和化學(xué)相結(jié)合的方法提高除磷效果。該工藝以生物除磷為主體，以化學(xué)除磷輔助去除厭氧釋磷后的上清液中的磷酸鹽，可以保證釋磷后的污泥主要用于對進(jìn)水中的磷酸鹽進(jìn)行吸收，因此可以達(dá)到更高的除磷效果。其工藝流程如圖所示。
該工藝各設(shè)備單元的功能：
①含磷廢水進(jìn)入曝氣池，同步進(jìn)入曝氣池的還有由除磷池回流的脫磷但含有聚磷菌的污泥。曝氣池的功能是:使聚磷菌過量地攝取磷，去除有機(jī)物(BOD 或COD)，還可能出現(xiàn)硝化作用。
②從曝氣池流出的混合液(污泥含磷，廢水已經(jīng)除磷)進(jìn)人沉淀池，在這里進(jìn)行泥水分離，含磷污泥沉淀，已除磷的上清液作為處理水而排放。
③含磷污泥進(jìn)入除磷池，除磷池應(yīng)保持厭氧狀態(tài)，即DO≈0，NOㄨˉ≈0，含磷污泥在這里釋放磷，并投加沖洗水，使磷充分釋放，已釋放磷的污泥沉于池底，并回流至曝氣池，再次用于吸收廢水中的磷。含磷上清液從上部流出進(jìn)入混合池。
④含磷上清液進(jìn)入混合池，同步向混合池投加石灰乳，經(jīng)混合后進(jìn)人攪拌反應(yīng)池，使磷與石灰反應(yīng)，形成磷酸鈣[Ca3 (PO4)2]固體物質(zhì)。此系用化學(xué)法除磷。
⑤沉淀池Ⅱ為混凝沉淀池，經(jīng)過混凝反應(yīng)形成的磷酸鈣固體物質(zhì)在這里與上清液分離。已除磷的上清液回流進(jìn)人曝氣池，而含有大量Ca3(PO4)2的污泥排出，這種含有高濃度PO3-的污泥宜用作肥料。
弗斯特利普除磷工藝已有很多應(yīng)用實例。其主要特征有:
①生物除磷與化學(xué)除磷相結(jié)合，除磷效果良好，處理水中含磷量一般都低于1mg/L。
②產(chǎn)生的剩余污泥中含磷量比較高，約為2.1%～7.1%，污泥回流應(yīng)經(jīng)過除磷池。
③與完全的化學(xué)除磷法相比，所需的石灰用量比較低，一般介于21～31.8mg/[Ca(OH)2·m3]。
④活性污泥的SVI值<100mL/g，污泥易于沉淀、濃縮、脫水，污泥肥分高，絲狀菌難于增殖，污泥不膨脹，且易于濃縮脫水。
⑤可以根據(jù)BOD/P的比值來靈活調(diào)節(jié)回流污泥與混凝污泥的比例。
⑥流程復(fù)雜，運(yùn)行管理比較復(fù)雜，由于投加石灰乳，致使運(yùn)行費(fèi)用也有所提高，基建費(fèi)用高。
⑦沉淀池I的底部可能形成缺氧狀態(tài)而產(chǎn)生釋放磷的現(xiàn)象，因此，應(yīng)當(dāng)及時排泥和回流。
2）厭氧-好氧活性污泥除磷工藝：
厭氧-好氧活性污泥組合工藝是直接在生物除磷基本原理的基礎(chǔ)上設(shè)計出來的，其工藝流程如圖所示。
A/O生物除磷工藝的主要特點(diǎn):
①工藝流程簡單。
②厭氧池在前、好氧池在后，有利于抑制絲狀菌的生長?；旌弦旱腟VI小于100，污泥易沉淀，不易發(fā)生污泥膨脹，并能減輕好氧池的有機(jī)負(fù)荷。
③在反應(yīng)池內(nèi)，水力停留時間較短，一般厭氧池的水力停留時間為1～2h，好氧池的水力停留時間為2～4h，總共為3～6h。厭氧池/好氧池的水力停留時間之比一般為1 : (2～3)。
④剩余活性污泥含磷率高，一般為2.5%以上，故污泥肥效好。
⑤除磷率難以進(jìn)一步提高。當(dāng)污水BOD濃度不高或含磷量高時，則P/BOD5比值高，剩余污泥產(chǎn)量低，使除磷率難以提高。
⑥當(dāng)污泥在沉淀池內(nèi)停留時間較長時，則聚磷菌會在厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生磷的釋放，從而降低該工藝的除磷率，所以應(yīng)注意及時排泥和使污泥回流。
A/O生物除磷工藝的缺點(diǎn)：
①除磷率難以進(jìn)一步提高，因為微生物對磷的吸收即便是過量吸收，也是有一定限度的，特別是當(dāng)進(jìn)水BOD值不高或廢水中含磷量較高，即P/BOD值高時，由于污泥的產(chǎn)量低，將更是如此。
②在沉淀池內(nèi)容易產(chǎn)生磷的釋放，特別是當(dāng)污泥在沉淀池內(nèi)停留時間較長時更是如此，應(yīng)注意及時排泥和回流。
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