磷门一脚（上）--污水厂实战篇

国内的污水厂在今年和明年的上半年，将会全面响应环保要求，分地区逐步在污水厂出水口的位置安装总磷在线监测设备，对污水厂出水总磷开始进行实时监控。根据污水厂的出水国标GB18918-2002上规定的总磷的一级A标准是0.5mg/L（2005年12月31日前建立的污水厂标准数值为1mg/L）。出口在线总磷实时监测设备的安装，意味着国家环保部门对污水厂的监测提升到了一个新的高度，而对于污水厂来说，这是对出书水水质全面水质达标的阶段性要求。面对这样的更高条件的要求，我们污水厂的运行人员该怎么样来针对总磷的达标进行工艺的调整和运行呢？这磷门一脚，我们要怎样踢出去才能进球呢？从这周开始，公众号将围绕污水厂的总磷的去除和污水厂的管理人员一起来聊聊污水厂磷的去除。

作为城市污水中的污染物质之一，磷以多种形式存在于污水中。关于污水中的磷大家可以点击公众号“治污者说”的《污水里的小时代-磷》来了解污水中的磷。在城镇污水中，作为污染物质的磷主要通过点源污染进入水体。污水中的磷主要来源于家用洗涤剂(洗衣粉)，特别是三磷酸盐(P3O105-0)作为骨架成分引入合成洗衣粉后,水体富营养化问题日趋严重,通常污水中的磷以多形式的磷酸盐(H22PO4-、HPO24-2-4、PO34-3-4)、聚磷酸盐(poly-P)和有机磷的形式存在。污水厂接纳从城镇流入到厂内的磷后，可以通过两种方式进行磷的去除，分别是生物除磷和化学除磷。这一周我们就从生物除磷的机理上来聊聊污水厂的磷的去除。

第一种方式是生物除磷。污水厂作为一个采用大量微生物作为水质净化的人工强化的处理设施，通过人工的手段，聚集了自然界中大量的降解污染物质的微生物。作为微生物的生命体的组成部分，磷在这些微生物中占了一定成分比例，这些微生物在生长过程中需要磷作为营养元素，微生物的生长过程吸收的磷，我们成为微生物同化作用去除的磷。活性污泥法中的微生物的近似的化学式，国际国内有很多不同的表达，其中包含磷的的化学式：C60H87O23N122P，按照微生物所需的营养物的比例有一些研究：研究者SawyerSimpsonMckinneyEckenfelderBOD:N :P100:4.3:190:5.3:180:5:1100:5:1而现阶段比较被广泛采用的是100：5：1，这个比例就是活性污泥中的微生物维持自身正常生长的同化作用下消耗的污水中的有机碳源和氮、磷的营养元素的比例。通过这个比例我们可以知道，微生物的同化作用消耗的磷是比较少的，对于一般的城镇污水厂来说，进水的BOD在100~200mg/L之间，以所有的BOD都转化为活性污泥的生物体内的有机组成来计算，所需要的磷在1~2mg/L左右。而生活污水中的磷在3~4mg/L，甚至有些地区的总磷高达6~7mg/L的浓度，这么高的浓度的进水总磷，依靠微生物自身的同化作用是无法完成磷的完全利用的，那么生物法除磷是不是在这个比例下就达到了去除上限了呢？作为一个聚集大量活性污泥微生物的污水厂，活性污泥中的这些微生物形式各异，处理的污染物质也不尽相同，通过科学家的研究发现，其中有一大类是对污水中的磷具有生物作用的微生物。这一类的微生物在不同的氧气供给的环境下，对水中的磷表现出不同的作用，能够过量的，在数量上超过其生理需要的，从外部环境中摄取磷，并将磷以聚合的形态存贮在微生物体内，并形成富含磷的生物污泥，通过剩余污泥的排放，排出系统之外从而达到从污水中去除磷的作用。这一类微生物我们统称为聚磷菌（PAO），聚磷菌只是描述了这一类细菌具有的聚磷作用，并不是细菌的分类和名称，不能简单的认为某一种细菌可以完成磷的去除，是一大类的细菌的聚磷作用的体现。

这一大类聚磷菌PAO根据聚磷反应的电子受体的不同，还可以再往下细分为两种聚磷菌，一种是我们现阶段比较常用的厌氧-好氧的聚磷释磷作用，利用氧原子作为电子受体的聚磷作用，这类细菌称为APB；一种脱氮反应中的兼性的聚磷释磷作用，利用NO3-在缺氧条件完成聚磷，这类细菌成为DPB。下面我们来简单看这两类聚磷菌是如何实现污水中磷的去除的。

第一种是在厌氧好氧环境变化的除磷作用，我们把这一类的细菌统称为APB。这个除磷过程分为两部分，分别是厌氧释磷阶段：在污水厂中人为设置的生物处理的厌氧段，污水中携带的有机物通过微生物的发酵作用产生挥发性脂肪酸(VFAs)，聚磷菌(APB)通过分解体内的聚磷和糖原产生能量，将VFAs摄入细胞，转化为内贮物，如PHB(聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB),是一种存在于许多细菌细胞质内属于类脂性质的碳源类贮藏物,具有贮藏能量,碳源和降低细胞内渗透压等作用)。其所需的能量来自聚磷酸盐的水解，并将磷以正磷酸盐的形式释放到污水中。

好氧吸磷：在好氧段，以PHB形式贮存的的碳源物质被好氧段的曝气提供的氧气所氧化，在氧化过程中释放的能量被聚磷微生物APB利用，并从污水中吸收过量的正磷酸盐，以合成新的细胞，形成富磷的活性污泥，这部分富含磷的活性污泥通过剩余污泥的排放，进入到污泥处理压成泥饼后外运排放，完成了对污水中磷的去除。

第二种是在一些研究中发现，除APB外，还存在一种“兼性厌氧反硝化除磷细菌”———DPB，还能在缺氧(无O２，存在NO3 )环境下摄磷。在除磷的过程做，DPB和APB有相似的原理, 只是在氧化细胞内储存的PHA时电子受体是NO-3 。DPB在厌氧状态下释放正磷酸盐，而在缺氧条件下，和反硝化菌交叉作用超量吸磷，并通过剩余污泥的排放达到污水除磷的目的。但是由于这个反应与生物脱氮相互交织，相互之间的制约较多，在一般的生物除磷的考虑中，这部分不作为主要去除磷的生物反应。以上是两种聚磷菌PAO的聚磷反应，从这两种的聚磷反应我们可以看到，生物除磷是分为两个阶段的，利用了聚磷菌释磷和过量吸附磷的生物特性，通过剩余污泥的排放达到污水去除磷的作用。在污水厂中，特别是近年来设计采用的污水处理工艺，绝大多数的工艺都对生物池的环境进行了人为的划分，实现了厌氧、缺氧、好氧的交替，这种交替给这一类的聚磷菌PAO的生理作用提供了适宜的环境，便于这类细菌实现生物除磷，从而实现污水处理的生物除磷过程。作为污水处理厂的运营管理者，要对生物除磷的基本概念理论有一定的理解，这样在运行中才能采取合理的方式进行运行管理，达到生物除磷的有效发挥。

污水厂的除磷有两种方式，一种是我们今天讨论的生物除磷，一种是化学除磷，下一周我们将具体来聊化学除磷的机理，欢迎持续关注“治污者说”公众号并参与讨论。