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　一、磷在废水中存在的形式是什么?

　　磷是一种活泼元素，在自然界中不以游离状态存在，而是以含磷有机物、无机磷化合物及还原态PH₃这三种状态存在。污水中含磷化合物可分为有机磷与无机磷两类。

　　无机磷几乎都以各种磷酸盐形式存在，包括正磷酸盐、偏磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐，以及聚合磷酸盐如焦磷酸盐、三磷酸盐等。有机磷大多是有机磷农药，如乐果、甲基对硫磷、乙基对硫磷、马拉硫磷等构成，他们大多呈胶体和颗粒状，不溶于水，易溶于有机溶剂。可溶性有机磷只占30%左右，多以葡萄糖-6-磷酸、2-磷酸-甘油酸及磷肌酸等形式存在。溶解磷占总磷的1/3左右，PO₄^3--P磷中大分子磷占40%。

二、磷是怎样转化的？影响因素有哪些？

　　水体中的可溶性磷很容易与Ca²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等离子生成难溶性沉淀物，例如AlPO₄、FePO₄等，沉积于水体底部成为底泥。聚积于底泥中的磷的存在形式和数量，一方面决定于污染物输入和通过地表与地下径流的排出情况；另一方面决定于水中的磷与底泥中的磷之间的交换情况。沉积物中的磷通过颗粒态磷的悬浮和水流的湍流扩散再度被稀释到上层水体中，或者当沉积物中的可溶性磷大大超过水体中磷的浓度时，则可能重新释放到水体中。

在水中，磷离子以HPO₄^2ˉ还是以H₂PO₄ˉ形式存在取决于pH值，当pH值在2～7时，水中磷酸盐离子多数以H₂PO₄ˉ形式存在，而pH值在7～12时，则水中的磷酸盐离子多数以HPO₄^2ˉ形式存在。所有含磷化合物都是首先转化为正磷酸盐(PO₄^3ˉ)后，再转化为其他形式。

三、磷的来源是什么？

　　污水中的磷部分来源于化肥和农业废弃物。同时，生活中含磷洗涤剂的大量使用也使生活污水中磷的含量显著增加。此外，化工、造纸、橡胶、染料和纺织印染、农药、焦化、石油化工、发酵、医药与医疗及食品等行业排放的废水常含有有机磷化合物。

四、化学除磷

化学除磷是通过化学沉淀过程完成的，化学沉淀是指通过向污水中投加药剂，其与污水中溶解性的盐类，如磷酸盐混合后，形成颗粒状、非溶解性的物质，污水中进行的不仅仅是沉淀反应，同时还进行着化学絮凝反应。采用的药剂一般有铝盐、铁盐(亚铁盐)、石灰、铁铝聚合物。

　　化学沉淀工艺是按沉淀药剂的投加位置来区分的，实际中常采用的有:前沉淀、同步沉淀和后沉淀,如图所示：

4.1前沉淀

　　在沉淀池前投加金属沉淀剂到原水中。其一般需要设置产生涡流的装置或者供给能量以满足混合的需要。相应产生的沉淀产物(大块状的絮凝体)则在一次沉淀池中通过沉淀而被分离。如果生物段采用的是生物滤池，则不允许使用Fe²⁺药剂，以防止对填料产生危害(产生黄锈)。

　　前沉淀工艺特别适合于现有污水处理厂的改建(增加化学除磷措施)，因为通过这一工艺步骤不仅可以去除磷，而且可以减少生物处理设施的负荷。常用的沉淀药剂主要是生灰和金属盐药剂。经前沉淀后剩余磷酸盐的含量为1.5～2.5mg/L，完全能满足后续生物处理对磷的需要。

4.2同步沉淀

在生物处理过程中投加金属沉淀剂。同步沉淀是使用最广泛的化学除磷工艺，其工艺是将沉淀药剂投加在曝气池出水或二次沉淀池进水中，个别情况也有将药剂投加在曝气池进水或回流污泥渠(管)中。目前很多污水厂都采用同步沉淀，加药对活性污泥的影响比较小。

4.3后沉淀

　　将沉淀、絮凝以及被絮凝物质的分离在一个与生物设施相分离的设施中进行，向出水中投加金属沉淀剂，一般将沉淀药剂投加到二次沉淀池后的一个混合池中，之后混合沉淀。并在其后设置絮凝池和沉淀池(或气浮池)。

　　对于要求不严的受纳水体，在后沉淀工艺中可采用石灰乳液药剂，但必须对出水pH值加以控制，比如采用沼气中的CO2进行中和。采用气浮池可以比沉淀池更好地去除悬浮物和总磷，但因为需恒定供应空气而运转费用较高。

五、生物除磷原理

　　废水中磷的存在形态取决于废水的类型，最常见的是磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷。生活废水的含磷量一般在10～15mg/L左右，其中70%是可溶性的。常规二级生物处理的出水中90%左右的磷以磷酸盐的形式存在。在传统的活性污泥法中，磷作为微生物正常生长所必需的元素用于微生物菌体的合成，并以生物污泥的形式排出，从而引起磷的去除，能够获得10%～30%的除磷效果。在某些情况下，微生物吸收的磷量超过了微生物正常生长所需要的磷量，这就是活性污泥的生物超量除磷现象，废水生物除磷技术正是利用生物超量除磷的原理而发展起来的。

　　根据霍尔米(Holmers)提出的化学式，活性污泥的组成是C:N:P=46:8:1。如果废水中N、P的含量低于此值，则需另行从外部投加；如等于此值，则在理论上应当是能够全部摄取而加以去除的。

　　生物除磷的基本原理是利用一种被称为聚磷菌(也称为除磷菌、磷细菌等)的细菌在厌氧条件下能充分释放其细胞体内的聚合磷酸盐(该过程称为厌氧释磷);而在好氧条件下又能超过其生理需要从水中吸收磷(该过程称为好氧吸磷)，并将其转化为细胞体内的聚合磷酸盐，从而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，达到从废水中除磷的效果。聚磷菌的作用机理如图所示：

　　在厌氧区内的释磷过程，在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下，兼性细菌通过发酵作用将溶解性BOD转化为挥发性有机酸(VFA)，聚磷菌吸收VFA并进入细胞内，同化合成为胞内碳源的储存物——聚-β-羟基丁酸盐(PHB)，所需的能量来源于聚磷菌将其细胞内的有机态磷转化为无机态磷的反应，并导致磷酸盐的释放。

　　在好氧区内的吸磷过程，聚磷菌的活力得到恢复并以聚磷的形态储存超出生长需要的磷量，通过对PHB的氧化代谢产生能量用于磷的吸收和聚磷的合成，能量以聚磷酸高能键的形式储存起来，磷酸盐从液相去除。产生的高磷污泥通过剩余污泥的形式得到排放，从而将磷从系统中去除。

聚磷菌在厌氧状态下释放磷获取能量以吸收废水中溶解性有机物，在好氧状态下降解吸收的溶解性有机物获取能量以吸收磷，在整个生物除磷过程中表现为PHB的合成与分解。三磷酸腺苷(ATP)则作为能量的传递者。PHB的合成与分解作为一种能量的储存和释放过程，在聚磷菌的摄磷和放磷过程中起着十分重要的作用，即聚磷菌对PHB合成能力的大小将直接影响其摄磷能力的高低。正是因为聚磷菌在厌氧好氧交替运行的系统中有释磷和摄磷的作用，才使得它在与其他微生物的竞争中取得优势，从而使除磷作用向正反应的方向进行。聚磷菌在厌氧条件下能够将其体内储存的聚磷酸盐分解，以提供能量摄取废水中的溶解性有机基质，合成并储存PHB，这样使得其在与其他微生物的竞争中，其他微生物可利用的基质减少，从而不能很好kb体育官网长。在好氧阶段，由于聚磷菌的过量摄磷作用，使得活性污泥中的其他微生物得不到足够的有机基质及磷酸盐，也使聚磷菌在与其他微生物的竞争中获得优势。

六、生物除磷工艺

　　废水生物除磷工艺一般由两个过程组成，即厌氧释磷和好氧摄磷两个过程。目前应用的生物除磷工艺主要有在生物除磷基本原理基础上发展起来的弗斯特利普(Phostrip)除磷工艺和厌氧-好氧(An/O)活性污泥法除磷工艺。

6.1弗斯特利普除磷工艺

　　弗斯特利普(Phostrip)除磷工艺是将生物除磷与化学除磷相结合的一种工艺，即在传统活性污泥过程的污泥回流管线上增设厌氧释磷池和混合反应池，采用生物和化学相结合的方法提高除磷效果。该工艺以生物除磷为主体，以化学除磷辅助去除厌氧释磷后的上清液中的磷酸盐，可以保证释磷后的污泥主要用于对进水中的磷酸盐进行吸收，因此可以达到更高的除磷效果。其工艺流程如图所示：

　　该工艺各设备单元的功能：

　　含磷废水进入曝气池，同步进入曝气池的还有由除磷池回流的脱磷但含有聚磷菌的污泥。曝气池的功能是:使聚磷菌过量地摄取磷，去除有机物(BOD或COD)，还可能出现硝化作用。

　　从曝气池流出的混合液(污泥含磷，废水已经除磷)进人沉淀池，在这里进行泥水分离，含磷污泥沉淀，已除磷的上清液作为处理水而排放。

　　含磷污泥进入除磷池，除磷池应保持厌氧状态，即DO≈0，NO₃^ˉ≈0，含磷污泥在这里释放磷，并投加冲洗水，使磷充分释放，已释放磷的污泥沉于池底，并回流至曝气池，再次用于吸收废水中的磷。含磷上清液从上部流出进入混合池。

　　含磷上清液进入混合池，同步向混合池投加石灰乳，经混合后进人搅拌反应池，使磷与石灰反应，形成磷酸钙[Ca₃(PO₄)₂]固体物质。此系用化学法除磷。

　　沉淀池Ⅱ为混凝沉淀池，经过混凝反应形成的磷酸钙固体物质在这里与上清液分离。已除磷的上清液回流进人曝气池，而含有大量Ca₃(PO₄)₂的污泥排出，这种含有高浓度PO₄^3-的污泥宜用作肥料。

　6.2厌氧-好氧活性污泥除磷工艺

　　厌氧-好氧活性污泥组合工艺(anaerobic/oxic，An/O)是直接在生物除磷基本原理的基础上设计出来的，其工艺流程如图所示：

　　工艺流程

　　An/O脱磷工艺主要由厌氧池、好氧池、二沉池构成，废水和污泥顺序经厌氧和好氧交替循环流动。回流污泥进人厌氧池可吸附一部分有机物并释放出大量的磷，进人好氧池的废水中的有机物得到好氧降解，同时污泥将大量摄取废水中的磷，部分富磷污泥以剩余污泥排出，实现除磷的目的。

　　选择An/O组合工艺的前提条件在An/O组合工艺中，一般进水要求有较高含量的易降解有机基质，这是采用An/O组合工艺的前提。

　　组合工艺的特点：在厌氧好氧生物除磷(An/O)组合工艺中，厌氧池应维持严格的厌氧状态，要求池内基本没有硝态氮(例如硝态氮浓度低于0.2mg/L)，溶解氧浓度低于0.4mg/L。厌氧池容积一般占总容积的20%，厌氧池一般分格，每格都设有搅拌器，维持污泥悬浮状态。厌氧池第一格的硝态氮浓度要求在0.3mg/L以下，最好为0.2mg/L以下，运行中要避免好氧池的硝化混合液进人厌氧池，并控制回流污泥的硝态氮含量。厌氧池分格有利于抑制丝状菌的生长，产生沉降性能优越的污泥。

　　好氧池可采用机械曝气或扩散曝气，实际应用中的溶解氧浓度控制1.0mg/L以上，以保障有机底物的降解和磷的吸收。

　　该工艺利用聚磷菌厌氧释磷和好氧吸磷的特性，通过排放高含磷污泥达到除磷目的。若进水中的磷与有机底物浓度之比较高，由于有机底物负荷较低，剩余污泥量较少，因而较难达到稳定的处理效果，故该工艺尤其适于进水中磷与有机底物浓度之比很低的情况。由于An/O组合工艺的污泥龄短(2～6d)，系统往往达不到硝化，回流污泥也就不会携带硝酸盐至厌氧区。

　　厌氧-好氧活性污泥系统kb体育官网调了进水与回流污泥混合后维持厌氧状态的必要性，这种厌氧状态的维持不仅能促进聚磷菌的选择性增强，而且所产生的污泥基本上无丝状菌，活性高、密实、可快速沉淀。由于丝状菌基本都是好氧菌，厌氧状态对其不利，因此该工艺不仅可有效除磷，而且可改善污泥的性能。

　　An/O组合工艺流程简单，既无须投药，也无须考虑内循环，因此，建设费用及运行费用都较低，而且由于无内循环的影响，厌氧反应器能够保持良好的厌氧(或缺氧)状态。

6.3A/O工艺流程

　　厌氧/好氧活性污泥除磷系统(A/O)由前段厌氧池和后段好氧池串联组成A/O除磷工艺流程如图所示：

　　前段为厌氧池，城市污水和回流污泥进入该池，并借助水下推进式搅拌器的作用使其混合。回流污泥中的聚磷酸在厌氧池可吸收去除一部分有机物，同时释放出大量磷。然后混合液流人后段好氧池，污水中的有机物在其中得到氧化分解，同时聚磷菌将变本加厉，超量地摄取污水中的磷，然后通过排放高磷剩余污泥而使污水中的磷得到去除。好氧池在良好的运行状况下，剩余污泥中磷的含量在2.5%以上。