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磷是一種活潑元素，在自然界中不以游離狀態(tài)存在，而是以含磷有機物、無機磷化合物及還原態(tài)PH3這三種狀態(tài)存在。污水中含磷化合物可分為有機磷與無機磷兩類。

 無機磷幾乎都以各種磷酸鹽形式存在，包括正磷酸鹽、偏磷酸鹽、磷酸氫鹽、磷酸二氫鹽，以及聚合磷酸鹽如焦磷酸鹽、三磷酸鹽等。有機磷大多是有機磷農(nóng)藥，如樂果、甲基對硫磷、乙基對硫磷、馬拉硫磷等構(gòu)成，他們大多呈膠體和顆粒狀，不溶于水，易溶于有機溶劑?？扇苄杂袡C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。溶解磷占總磷的1/3 左右，PO4ˉ-P磷中大分子磷占40%。有機磷的去除必須轉(zhuǎn)化成磷酸鹽才能去除，本文的除磷介紹，只介紹磷酸鹽的去除！

一、磷是怎樣轉(zhuǎn)化？影響因素有哪些？

  水體中的可溶性磷很容易與Ca2+、Fe3+ 、Al3+ 等離子生成難溶性沉淀物，例如AIPO4、FePO4等，沉積于水體底部成為底泥。聚積于底泥中的磷的存在形式和數(shù)量，一方面決定于污染物輸入和通過地表與地下徑流的排出情況;另一方面決定于水中的磷與底泥中的磷之間的交換情況。沉積物中的磷通過顆粒態(tài)磷的懸浮和水流的湍流擴散再度被稀釋到上層水體中，或者當沉積物中的可溶性磷大大超過水體中磷的濃度時，則可能重新釋放到水體中。

  在水中，磷離子以HPO42ˉ還是以H2PO4ˉ形式存在取決于pH值，當pH值在2～7時，水中磷酸鹽離子多數(shù)以H2PO4ˉ形式存在，而pH值在7～12時，則水中的磷酸鹽離子多數(shù)以HPO42ˉ形式存在。所有含磷化合物都是首先轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽(PO43ˉ) 后，再轉(zhuǎn)化為其他形式。此時測定PO的含量，測定結(jié)果即是總磷的含量。

二、磷的來源是什么？

  污水中的磷部分來源于化肥和農(nóng)業(yè)廢棄物。同時，生活中含磷洗滌劑的大量使用也使生活污水中磷的含量顯著增加。此外，化工、造紙、橡膠、染料和紡織印染、農(nóng)藥、焦化、石油化工、發(fā)酵、醫(yī)藥與醫(yī)療及食品等行業(yè)排放的廢水常含有有機磷化合物。

三、磷的危害是什么？

  1、磷對人體的危害

  高磷洗衣粉對皮膚有直接刺激作用，嚴重的會導致接觸性皮膚炎、嬰兒尿布疹等疾病。同時磷會對神經(jīng)中樞造成危害，特別是一部分有機磷農(nóng)藥的生物降解性差，易在環(huán)境中殘留，對人、畜等脊椎動物具有相當高的毒性，會抑制膽堿酯酶的作用，影響神經(jīng)系統(tǒng)功能，引起中毒甚至死亡。

  2、磷對海洋生物的危害

  目前國內(nèi)外廣泛使用的有機磷農(nóng)藥對海洋生物危害巨大，有機磷能夠激活對蝦體內(nèi)的潛伏病原體。魚、蝦等死亡事件層出不窮，已經(jīng)對海水養(yǎng)殖業(yè)形成威脅。

  3、磷對土壤的污染

  磷對土壤的污染主要來源于過量使用農(nóng)藥、化肥及污水灌溉。過量的磷會超過土壤的自凈能力，使土壤發(fā)生不良變化，導致土壤自然正常功能失調(diào)。更嚴重的會導致毒化空氣和水質(zhì)，通過植物吸收，降低農(nóng)副產(chǎn)品生物學質(zhì)量，造成殘毒通過植物鏈傳遞最終危害人類生命和健康。

  4、過量的磷對水體有較大危害，造成水體富營養(yǎng)化

  對于引發(fā)水體富營養(yǎng)化而言，磷的作用遠大于氮的作用，水體中磷的濃度不是很高時就可以引起水體富營養(yǎng)化。

四、生物除磷的原理及影響因素

  廢水中磷的存在形態(tài)取決于廢水的類型，最常見的是磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機磷。生活廢水的含磷量一般在10～15mg/L左右，其中70%是可溶性的。常規(guī)二級生物處理的出水中90%左右的磷以磷酸鹽的形式存在。在傳統(tǒng)的活性污泥法中，磷作為微生物正常生長所必需的元素用于微生物菌體的合成，并以生物污泥的形式排出，從而引起磷的去除，能夠獲得10%～30%的除磷效果。在某些情況下，微生物吸收的磷量超過了微生物正常生長所需要的磷量，這就是活性污泥的生物超量除磷現(xiàn)象，廢水生物除磷技術(shù)正是利用生物超量除磷的原理而發(fā)展起來的。

  1、生物除磷的原理：

  根據(jù)霍爾米(Holmers) 提出的化學式，活性污泥的組成是C118 H170O51N17P，由此可知，C: N: P=46 : 8: 1。如果廢水中N、P的含量低于此值，則需另行從外部投加;如等于此值，則在理論上應當是能夠全部攝取而加以去除的。

  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、磷細菌等)的細菌在厭氧條件下能充分釋放其細胞體內(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，達到從廢水中除磷的效果。聚磷菌的作用機理如圖所示。

  ① 在厭氧區(qū)內(nèi)的釋磷過程，在沒有溶解氧和硝態(tài)氮存在的厭氧條件下，兼性細菌通過發(fā)酵作用將溶解性BOD轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性有機酸(VFA)，聚磷菌吸收VFA并進入細胞內(nèi)，同化合成為胞內(nèi)碳源的儲存物——聚-β-羥基丁酸鹽(PHB)，所需的能量來源于聚磷菌將其細胞內(nèi)的有機態(tài)磷轉(zhuǎn)化為無機態(tài)磷的反應，并導致磷酸鹽的釋放。

  ② 在好氧區(qū)內(nèi)的吸磷過程，聚磷菌的活力得到恢復并以聚磷的形態(tài)儲存超出生長需要的磷量，通過對PHB的氧化代謝產(chǎn)生能量用于磷的吸收和聚磷的合成，能量以聚磷酸高能鍵的形式儲存起來，磷酸鹽從液相去除。產(chǎn)生的高磷污泥通過剩余污泥的形式得到排放，從而將磷從系統(tǒng)中去除。

  由上可知，聚磷菌在厭氧狀態(tài)下釋放磷獲取能量以吸收廢水中溶解性有機物，在好氧狀態(tài)下降解吸收的溶解性有機物獲取能量以吸收磷，在整個生物除磷過程中表現(xiàn)為PHB的合成與分解。三磷酸腺苷(ATP)則作為能量的傳遞者。PHB的合成與分解作為一種能量的儲存和釋放過程，在聚磷菌的攝磷和放磷過程中起著十分重要的作用，即聚磷菌對PHB合成能力的大小將直接影響其攝磷能力的高低。正是因為聚磷菌在厭氧好氧交替運行的系統(tǒng)中有釋磷和攝磷的作用，才使得它在與其他微生物的競爭中取得優(yōu)勢，從而使除磷作用向正反應的方向進行。聚磷菌在厭氧條件下能夠?qū)⑵潴w內(nèi)儲存的聚磷酸鹽分解，以提供能量攝取廢水中的溶解性有機基質(zhì)，合成并儲存PHB，這樣使得其在與其他微生物的競爭中，其他微生物可利用的基質(zhì)減少，從而不能很好地生長。在好氧階段，由于聚磷菌的過量攝磷作用，使得活性污泥中的其他微生物得不到足夠的有機基質(zhì)及磷酸鹽，也使聚磷菌在與其他微生物的競爭中獲得優(yōu)勢。

  2、生物除磷的影響因素：

  (1)溶解氧

  溶解氧的影響包括兩個方面。首先必須在厭氧區(qū)中控制嚴格的厭氧條件，這直接關(guān)系到聚磷菌的生長狀況、釋磷能力及利用有機基質(zhì)合成PHB的能力。由于DO的存在，一方面DO將作為最終電子受體而抑制厭氧菌的發(fā)酵產(chǎn)酸作用，妨礙磷的釋放;另一方面會耗盡能快速降解的有機基質(zhì)，從而減少聚磷菌所需的脂肪酸產(chǎn)生量，造成生物除磷效果差。其次是在好氧區(qū)中要供給足夠的溶解氧，以滿足聚磷菌對其儲存的PHB進行降解，釋放足夠的能量供其過量攝磷之需，有效地吸收廢水中的磷。一般厭氧段的DO應嚴格控制在0.2mg/L以下，而好氧段的溶解氧控制在2.0mg/L左右。

  (2)厭氧區(qū)硝態(tài)氮

  硝態(tài)氮包括硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，其存在同樣也會消耗有機基質(zhì)而抑制聚磷菌對磷的釋放，從而影響在好氧條件下聚磷菌對磷的吸收。另一方面，硝態(tài)氮的存在會被部分生物聚磷菌(氣單胞菌)利用作為電子受體進行反硝化，從而影響其以發(fā)酵中間產(chǎn)物作為電子受體進行發(fā)酵產(chǎn)酸，從而抑制了聚磷菌的釋磷和攝磷能力及PHB的合成能力。

  (3)溫度

  溫度對除磷效果的影響不如對生物脫氮過程的影響那么明顯，因為在高溫、中溫、低溫條件下，不同的菌群都具有生物脫磷的能力，但低溫運行時厭氧區(qū)的停留時間要更長一些，以保證發(fā)酵作用的完成及基質(zhì)的吸收。在5~30°C的范圍內(nèi)，都可以得到很好的除磷效果。

  (4) pH值

  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。

  (5)BOD負荷和有機物性質(zhì)

  廢水生物除磷工藝中，厭氧段有機基質(zhì)的種類、含量及其與微生物營養(yǎng)物質(zhì)的比值(BOD5/TP)是影響除磷效果的重要因素。不同的有機物為基質(zhì)時，磷的厭氧釋放和好氧攝取是不同的。根據(jù)生物除磷原理，相對分子質(zhì)量較小的易降解的有機物(如低級脂肪酸類物質(zhì))易于被聚磷菌利用，將其體內(nèi)儲存的多聚磷酸鹽分解釋放出磷，誘導磷釋放的能力較強，而高分子難降解的有機物誘導釋磷的能力較弱。厭氧階段磷的釋放越充分，好氧階段磷的攝取量就越大。另一方面，聚磷菌在厭氧段釋放磷所產(chǎn)生的能量，主要用于其吸收進水中低分子有機基質(zhì)合成PHB儲存在體內(nèi)，以作為其在厭氧條件壓抑環(huán)境下生存的基礎。因此，進水中是否含有足夠的有機基質(zhì)提供給聚磷菌合成PHB，是關(guān)系到聚磷菌在厭氧條件下能否順利生存的重要因素。一般認為，進水中BOD5/TP要大于15才能保證聚磷菌有足夠的基質(zhì)需求而獲得良好的除磷效果。為此，有時可以采用部分進水和省去初次沉淀池的方法來獲得除磷所需的BOD負荷。

  (6)污泥齡

  由于生物脫磷系統(tǒng)主要是通過排除剩余污泥去除磷的，因此剩余污泥量的多少將決定系統(tǒng)的除磷效果。而污泥齡的長短對污泥的攝磷作用及剩余污泥的排放量有著直接的影響。一般來說，污泥齡越短，污泥含磷量越高，排放的剩余污泥量就越多，越可以取得較好的脫磷效果。短的污泥齡還有利于好氧段控制硝化作用的發(fā)生而利于厭氧段充分釋磷，因此，僅以除磷為目的的污水處理系統(tǒng)中，一般宜采用較短的污泥齡。但過短的污泥齡不僅會影響出水的BOD5和COD，甚至會使出水的BOD5和COD達不到要求。以除磷為目的的生物處理工藝，污泥齡一般控制在3.5～7d。一般來說，厭氧區(qū)的停留時間越長，除磷效果越好。但過長的停留時間并不會太多地提高除磷效果，而且會有利于絲狀菌的生長，使污泥的沉淀性能惡化，因此厭氧段的停留時間不宜過長。剩余污泥的處理方法也會對系統(tǒng)的除磷效果產(chǎn)生影響，因為污泥濃縮池中呈厭氧狀態(tài)會造成聚磷菌的釋磷，使?jié)饪s池上清液和污泥脫水液中含有高濃度的磷，因此有必要采取合適的污泥處理方法，避免磷的重新釋放。