爱华网2.除磷作用机理
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2.1化学除磷 一般常用的化学药剂是铁盐、铝盐和石灰等，但就其药剂作用原理可基于以下几点。2.1.1胶体化学过程 按照物理化学的观点，污染的废水往往是呈现水溶性胶体溶液，简称水溶胶，该体系显示了不稳定的的热力学状态，具有表面扩张能力较好的胶体趋向于形成粗糙的表面；具有较差的表面扩张能力的胶体趋向于形成一个具有能量释放的粗颗粒表面状态，这种不稳定状态主要受胶体表面带电粒子和有极性的水分子的电荷电位的共同影响。在同性电荷相排斥和异性电荷吸引的交替作用下，水中的胶体在等电位点时稳定性最差，从而在重力的作用下达到最大的沉降速度。 当污水中加入化学药剂后，药剂中高价离子和催化剂反应后的产物，可以帮助胶体颗粒到达等电位点。从而形成絮凝矾花。同时污水中的活性基因，在胶体颗粒呈现“架桥”作用，使絮凝矾花进一步长大，压密呈薄薄层。从而使污染物在水中迅速沉降并分离出来，上层水透明澄清。2.1.2化学反应过程 在污水中加入药剂后，会形成若干化学反应，最重要的反应过程有下面几种：(1)形成溶解度低的沉淀物 高价金属离子与许多阴离子都形成难溶的化合物沉淀下来，这些化合物在形成絮凝矾花的核心和矾花之间的连接中特别重要。(2)无机化合物的氧化反应 催化剂可使若干无机化合物直接氧化，形成无害的易于沉淀产物。(3)有机化合物催化反应 由于催化剂的催化能力，许多有机化合物很容易地与溶解氧发生反应，在许多情况下，终产物是CO2、H2O和氮气。有时也会产生一些酸性物质，这些酸性物质与高价金属离子一起形成难溶的化合物而从水中沉淀出来。2.1.3微生物氧化过程 废水中的有机污染物是通过好氧微生物的氧化作用得以降解的。加入药剂后，可以加速这种氧化分解的速度，其作用机理主要是由高价位向低价位转变时，成为微生物代谢过程中的电子受体，提高兼收并蓄的传递速度，刺激好氧微生物种群迅速增殖。据试验，经化学药剂处理过的活性污泥中，好氧细菌是普通活性污泥的3倍。这主要是由于普通活性污泥菌胶团内部往往是兼性细菌占优势。而兼性细菌的兼收蓄速度远远低于好氧细菌。当污水中的有机物作为微生物的食物来源时，有机污染物被迅速地氧化、分解，因此提高了废水的净水效率。2.2生物除磷 所有生物除磷工艺的一个共同特点是厌氧区的设置，在厌氧状态下，通过污水与回流污泥的混合接触，促进发酵作用和磷释放的进行，随时在好氧状态下，较好的污泥混合液含有大量能超量贮集、吸收聚磷的贮磷细菌。经过沉淀作用，达到固液分离，从而大大提高磷的去除效果。
2.2.1 生物除磷代谢模型
从印度研究人员Srinath等人于1959年首次提及污水生物除磷现象以来，各国科学家对生物除磷机理进行了长达20余年的摸索研究。然而，早期生物除磷研究往往以实际污水处理工艺为主要研究对象，且注意力大多集中于好氧条件下的生物摄磷过程，并没有在意磷的厌氧释放同好氧摄取之间的关系。直到上世纪80年代初，荷兰研究人员Rensink才首次报道了好氧摄磷与厌氧放磷过程之间存在着某种必然联系。在此基础上，生物除磷的一个完整生化代谢模型才由后续一些科学家完善、定型。
一般认为，污水中的基质(COD)首先在厌氧条件下被转化为细菌细胞内的聚合物质--PHA( 即PHB+PHV，以PHB为主要成分)，这个过程籍细胞内多聚磷酸盐来提供所需能量。结果，磷酸盐被释放到细胞之外。当环境改变为好氧条件后，由于环境中缺乏COD而使得在厌氧条件下贮存的PHB被用来充当基质。籍基质所提供的能量，细菌在此条件下过量摄取环境中的磷酸盐而在细胞内形成多聚磷酸盐，细菌同时得到增殖。此外，在好氧条件下糖源也得到补充。在好氧条件后分离增殖的细菌，磷便能随细菌细胞而被排除。聚磷细菌PAOs(Phosphate Accum ulating Organisms)细胞内的磷含量可高达12%(以细胞干重计)，而普通细菌细胞的磷含量仅为1%～3%。可见，生物聚磷后的细菌分离可有效将污水中的磷酸盐脱除。
兼性反硝化细菌生物摄/放磷作用被确认不仅拓宽了磷的去除途径，而且，更重要的是这种细菌的生物摄/放磷作用将反硝化脱氮与生物除磷有机地合二为一。这就为可持续污水处理工艺的发展奠定了十分有力的技术基础。如图2所示，在缺氧(无氧但存在硝酸氮)条件下，反硝化除磷细菌DPB(Denitrifying Phosphorusremoving Bacteria)能够象在好氧条件下一样，利用硝酸氮充当电子受体，产生同样的生物摄磷作用。在生物摄磷的同时，硝酸氮被还原为氮气。显然，被DPB合并后的反硝化除磷过程能够节省相当的COD与曝气量，同时也意味着较少的细胞合成量。
现有工艺违反了生物除磷的基本原理，系统中没有厌氧过程，造成了磷得不到有效的释放途径，从而导致磷仍然溶解于水体之中并且随着废水的外排而流失。
2.2.2 现工艺的曝气池处于极低负荷延时曝气影响了聚磷菌的正常代谢 现有工艺的曝气池处于极低负荷的延时曝气形式，严重地影响了聚磷菌的正常代谢，是导致城市污水处理厂生物除磷效率降低的另一个重要原因。低负荷下的好氧延时曝气使聚磷菌细胞内的聚β-羟基丁酸(PHB)含量下降，导致磷的吸收速率和吸磷量下降，从而无法有效地吸收细胞外的磷酸盐合成聚磷，最终丧失生物除磷能力。通过有效地调整曝气系统不仅可以降低运行费用，而且可以保证生物处理系统的稳定性，提高生物除磷的效率。生物除磷的效率和稳定性受多种因素影响。有报道某些城市污水处理厂在降雨后或周末经常发生周期性的生物除磷效率下降，这可能是由于处理系统负荷过低造成的，这便是由于除磷菌受到抑制、由于聚磷菌细胞内的PHB部分或全部消失引起的。我国新建的大部分具有脱氮除磷功能的城市污水处理厂，由于短期内进入污水处理厂的水量或水质远低于设计处理能力而使其生化处理单元的污泥有机负荷远低于设计值，污水处理厂长期处于低负荷运转状态，导致生物除磷功能丧失的现象普遍存在。
78因此，本工程长期处于低负荷运行是导致生物除磷效率下降的主要原因。在低负荷运行条件下的好氧延时曝气使聚磷菌细胞内的PHB含量下降，导致磷吸收速率和吸磷量的下降，从而使聚磷菌无法有效地吸收细胞外的磷酸盐合成聚磷，最终导致生物除磷能力丧失。
2.3 生物处理过程技术改造的关键
78由于延时曝气对生物除磷会产生不利影响，所以本次技术改造的重点一是改单纯的好氧曝气为“厌氧——高负荷好氧曝气”；二是将单阶段好氧延时曝气改为两阶段生物处理，即在“厌氧——高负荷好氧曝气”再接上“中间沉淀”、然后再后续“低负荷好氧曝气”。这样就可以为聚磷菌提供充足的碳源以保证生物除磷对碳源的需求，最终提高了生物除磷的效率，在第一个生物处理过程中去除磷。
