人為地產生超量生物除磷過程，達到可控除磷效果，是污水生物除磷的原理。利用聚磷菌的作用，建立厭氧和好氧交替的環節，從而實現生物除磷。

一、聚磷菌對磷的去除機理

聚磷細菌又叫攝磷細菌，是傳統活性污泥法中的一種特殊菌種，它能在好氧條件下，將污水中的磷超量地吸入體內，使其在普通細菌體內所含的磷超過一般細菌的幾倍，因此被廣泛用于生物除磷。

1）厭氧條件下磷釋放量

兼性細菌在無溶解氧和硝態氮的條件下，通過發酵作用，將可溶性BOD5轉化為低分子揮發性有機酸VFA。聚磷細菌從原污水中吸收這些發酵產品或VFA，將其運輸至細胞內，同化成胞內碳能量儲存物質PHB，其所需的能力來自聚磷的水解和細胞內糖的酵解，從而釋放出磷酸鹽。

2）好氧條件下進行磷攝取

在有氧條件下，聚磷細菌的活力得到恢復，并以聚磷形式儲存超過生長所需的磷，通過PHB的氧化代謝產生能量，用于磷的吸收和聚磷的合成，能量以聚磷高能鍵的形式儲存，然后將磷酸鹽從水中除去。

3）富磷污泥排放

富磷污泥通過剩余污泥的形式排出，從而去除了磷。就能量而言，在無氧條件下，聚磷菌釋放磷以獲得能量吸收廢水中的溶解性有機物質，在有氧條件下降解以吸收溶解性有機物質獲得能量吸收磷。

聚磷菌脫磷的關鍵在于厭氧區的設置，而在短時間的厭氧條件下，由于其對低分子基質的吸收以及發酵產物的快速同化貯存，聚磷菌脫磷能力具有競爭優勢。

這樣，能夠吸收大量磷的聚磷菌可以在處理系統中獲得選擇性增殖，并且可以通過去除含磷較高的殘渣來達到除磷的目的。有選擇地增殖的另一個好處是，可以抑制絲狀菌的增殖，避免產生沉淀性差的污泥，所以厭氧/好氧生物除磷過程一般不會發生污泥膨脹。

二、聚磷菌代謝的影響因素分析

在厭氧態下，生物除磷方法是通過聚磷菌將磷釋放出來，在好氧條件下過量攝取。通過對富磷剩余污泥進行除磷處理，影響聚磷菌代謝的因素有：溫度、pH、厭氧池DO、厭氧池硝態氮、泥齡、CP比、RBCOD含量、糖原、HRT等。

1）溫度

在生物脫氮過程中，溫度對脫磷的影響不如溫度對生物脫磷的影響明顯，在一定溫度范圍內，溫度變化不很大時，生物脫磷均能成功。結果表明，低溫條件下，生物除磷劑的除磷溫度應大于10℃，因為細菌的生長速度會減緩。

2)pH值

PH6.5-8.0時，微生物聚磷量和聚磷率均保持穩定，pH值低于6.5時，聚磷率急劇下降；PH值驟降時，磷無論是在好氧區還是在厭氧區的濃度都急劇升高，且pH下降幅度越大，磷釋放量就越大，說明PH下降所致的磷釋放不是聚磷菌自身對PH變化的生理生化反應，而是一種純化學“酸溶”作用，而PH下降所致的厭氧釋放量越大，則PH吸收量就越小，說明pH下降所致的釋放量就越小，效果就越差。酸堿度升高時，磷有輕微的吸收。

3)溶解氧

分子氧每毫克可消耗1.14mg的易生物降解COD，使多磷生物生長受阻，難以實現預期的除磷效果。厭氧條件下保持較低的溶解氧含量，有利于厭氧菌發酵產酸，從而使聚磷菌更好地釋磷；此外，較少的溶解氧有利于減少易降解有機物的消耗，從而使聚磷菌合成更多的PHB。

但在好氧條件下，需要更多的溶解氧，才能使聚磷菌分解貯存的PHB類物質產生能量，從而吸收污水中溶解磷酸鹽合成細胞聚磷。厭氧釋放區DO控制在0.3mg/l以下，好氧釋放區DO控制在2mg/l以上，才能保證好氧釋放區順利運行。

4)厭氧池硝態氮

厭氧環境中硝態氮對PAO的釋放有一定的抑制作用，因此影響了在好氧條件下聚磷菌對磷的吸收。而硝態氮的存在，又會被氣單胞菌屬利用作為電子受體而產生反硝化作用，影響發酵產酸過程中以發酵中間產物為電子受體的PAO的解磷攝磷能力和PHB的合成能力。硝酸鹽氮每毫克可消耗2。86mg易生物降解的COD，導致厭氧釋磷的抑制，一般控制在1.5mg/l以內。

5)泥質年齡

因為生物除磷系統主要是通過排出污泥來實現除磷，污泥用量的多少決定了除磷系統的效果，而泥齡的長短直接影響剩余污泥的排放，也影響污泥對磷的攝取。泥齡越小，對磷的去除效果越好。減少污泥齡，可以增加系統剩余污泥的排放和除磷量，從而減少二沉池出水中的磷含量。但是，在生物處理中，同時除磷和脫氮的工藝，由于對硝化和反硝化細菌的生長要求較高，污泥齡往往受到較大的控制，這就導致了除磷效果不理想。以除磷為目的的一般生物處理系統，泥齡控制在3.5~7天。

6)COD/TP

廢水生物除磷過程中，厭氧段有機基質的種類、含量以及微生物對養分的需求與污水中磷的比例是影響除磷效果的重要因素。在不同基質有機質中，磷的厭氧釋放和好氧攝取效應不同。低分子量易降解有機化合物(如可揮發的脂肪酸等)易被聚磷菌利用，分解聚磷酸鹽在其體內儲存的聚磷酸鹽會釋放出更多的磷，誘導磷釋放出來的能力更強，而高分子難降解有機化合物導致聚磷菌釋磷更差。厭氧期磷的釋放越充分，需氧期的磷攝取量越大；此外，聚磷菌在厭氧階段釋放磷素所產生的能量，主要被用來吸收低分子有機基質作為厭氧生存的基礎。所以，進水中是否含有足夠的有機質，是影響聚磷菌能否在厭氧環境中順利生存的重要因素。通常認為，進水中的COD/TP應大于15，以保證聚磷菌有足夠的基質，達到理想的除磷效果。

7)RBCOD(易降解的COD)

結果表明，以乙酸、丙酸和甲酸等易降解碳源為磷釋放基質時，磷的釋放速率較大，而磷的釋放速率與基質濃度無關，只與活性污泥濃度和微生物的組成有關，由這種基質引起的磷的釋放可用零級反應方程表示。但若要被聚磷菌利用，就必須將這些小分子轉化為可降解的碳源，聚磷菌才能利用其代謝。

8)糖原

糖原是由許多葡萄糖組成的具有分支的大分子多糖，儲存為胞內糖。以上聚磷菌中的糖原是在好氧環境中形成的，在厭氧環境中儲存能量以形成PHAs的合成原料NADH，并為聚磷菌的代謝提供能量。因此，對于延遲曝氣或過氧化，除磷效果會很差，因為過度曝氣會消耗部分聚磷菌在好氧條件下的糖原，導致厭氧條件下形成PHA的原料NADH不足。

9)HRT

城市污水生物脫氮除磷系統的總釋磷和總吸磷分別需要1.5~2.5小時和2.0~3.0小時。總而言之，釋磷過程似乎更重要一些，因此，我們更加關注污水在厭氧段的停留時間，厭氧段的HRT太短，無法保證磷的有效釋放，而污泥中的兼性酸化菌則不能將污水中的大分子有機物充分分解為低水平的脂肪酸，從而使聚磷菌攝取，這也會影響磷的釋放；而HRT太長，也不是必須的，這會增加基建投資和運營成本，同時也會產生一些副作用。總而言之，磷釋放和磷吸收是相互聯系的兩個過程，聚磷菌只有在厭氧充分的條件下才能較好地吸收好氧，也只有在厭氧充分的條件下，聚磷菌才能較好地釋放磷素，從而形成良性循環。在實際操作中，我廠摸索得出的數據是：1小時厭氧段HRT值為15~1小時45分，而2小時~3小時10分的好氧段HRT值則更適合。

10）回流率(R)

對于A/O工藝來說，確保磷的釋放是一個非常重要的環節，它是使系統污泥在曝氣池中攜帶足夠的溶解氧進入二沉池，目的是防止污泥在二沉池中因厭氧而釋放磷，但是如果A/O系統不能迅速排出污泥，造成二沉池內泥層過厚，再高的DO也無法保證污泥不厭氧釋磷，因此A/O系統的回流比不宜過低，應保持足夠的回流比，盡快排出二沉池。