隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)化程度的不斷提高，富含氮磷的生活污水以及含有農(nóng)藥化肥殘留的農(nóng)業(yè)污水量越來(lái)越高，導(dǎo)致含有大量營(yíng)養(yǎng)成分的廢水排入封閉性水域，給受納水體造成危害。目前，我國(guó)水體特別是內(nèi)陸湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。所以，加強(qiáng)污水中磷的處理，嚴(yán)格控制排放出水中磷的含量，就顯得尤為重要。國(guó)內(nèi)外對(duì)廢水中磷的去除研究不是太多，已有的除磷工藝各有優(yōu)劣。本文通過(guò)對(duì)各種除磷技術(shù)進(jìn)行分析，比較各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出今后除磷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

1.物化除磷法

物化除磷方法主要利用沉淀、結(jié)晶、吸附等物理化學(xué)反應(yīng)，使廢水中的磷轉(zhuǎn)化為不溶性的磷酸鹽沉淀從而去除。

1.1化學(xué)凝聚沉淀法

化學(xué)凝聚沉淀法主要是將易溶于水的某些金屬鹽投入水中，金屬離子與磷反應(yīng)生成一種難溶性鹽與水體分離，以此除去水中的磷。磷的去除率在75%左右[1-3]，處理效果穩(wěn)定，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，易于自動(dòng)化，抗沖擊性強(qiáng)，對(duì)管理人員的要求不是很高。因此，它成為目前應(yīng)用最普遍的除磷方法。但由于人為投加了化學(xué)藥劑，造成水處理費(fèi)用的增高，并產(chǎn)生大量的污泥，且難于處理;如果填埋，則需要較大場(chǎng)地;如果焚燒則費(fèi)用很高。上海的白龍港污水處理廠(chǎng)一期工程(旱季120萬(wàn)m3˙d-1，雨季188.8萬(wàn)m3˙d-1)和竹園第一污水處理廠(chǎng)(旱季170萬(wàn)m3˙d-1，雨季426.1萬(wàn)m3˙d-1)即采用化學(xué)凝聚沉淀除磷作為強(qiáng)化一級(jí)處理。

1.2離子交換法

離子交換法是利用多孔性的陰離子交換樹(shù)脂，選擇性地吸收去除污水中的磷去除磷[6]。但是存在著一系列問(wèn)題，比如樹(shù)脂藥物易中毒、交換容量低和選擇性差等，因而這種方法難以得到實(shí)際應(yīng)用。

1.3吸附法除磷

吸附法主要是利用某些多孔或大比表面的固體物質(zhì)對(duì)水中磷酸根離子的吸附親和力來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的除磷過(guò)程。制備適用的高效吸附劑是吸附法除磷的關(guān)鍵，已經(jīng)有很多學(xué)者對(duì)天然材料和爐渣的吸附脫磷性能進(jìn)行了研究。趙桂瑜等利用天然沸石復(fù)合吸附劑處理含磷廢水，效果較好。吸附法除磷作為一種從低濃度溶液中去除特定溶質(zhì)的高效低耗方法，特別適用于廢水中有害物質(zhì)的去除。在利用藥品進(jìn)行飽和吸附劑再生過(guò)程中，可能會(huì)造成污水，不能直接排放，在應(yīng)用上存在困難。

1.4結(jié)晶法除磷

主要是利用污水中磷酸根離子與鈣離子以及氫氧根離子反應(yīng)生成堿式磷酸鈣(羥基鈣磷灰石)[Ca5(OH)(PO4)3]的晶析現(xiàn)象。在作為晶核的除磷劑上析出羥基鈣磷灰石，從而達(dá)到除磷目的。一般采用磷礦石作為除磷劑，也有研究采用多孔材料作為載體，在其表面培養(yǎng)羥基鈣磷灰石作為晶核[11]。該法處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥量比化學(xué)沉淀法少得多，且析出的羥基鈣磷灰石可用于磷的回收，占地面積小，易于控制;但結(jié)晶法要求進(jìn)水呈堿性(pH>8)，且需一定的鈣離子濃度，而且當(dāng)污水中存在大量有機(jī)物時(shí)，易造成除磷劑的失效。所以該方法作為含磷廢水的深度處理方法是可行的。

綜上所述，物化除磷的幾種方法的系統(tǒng)操作較為簡(jiǎn)單，易于控制，但是均存在著各種問(wèn)題，導(dǎo)致單獨(dú)使用物化法除磷的應(yīng)用上有困難。但是物化除磷法作為初級(jí)處理或是深度處理是可行的，可以與生物除磷技術(shù)相結(jié)合。

2.生物除磷技術(shù)

生物除磷技術(shù)主要是利用微生物的作用，使廢水中磷轉(zhuǎn)化到微生物體內(nèi)，通過(guò)污泥的排放完成磷的去除。

2.1污水生物除磷機(jī)理

污水生物除磷是利用聚磷菌的超量磷吸收現(xiàn)象。聚磷菌一旦處于厭氧條件下，它會(huì)釋放出在好氧條件下吸收的磷。然后進(jìn)入好氧區(qū)后，聚磷菌即可將積貯的PHB好氧分解，釋放出的大量能量可供聚磷菌生長(zhǎng)繁殖。當(dāng)環(huán)境中有溶解磷存在時(shí)，一部分能量可供聚磷菌主動(dòng)吸收磷酸鹽，并以聚磷的形式積貯在體內(nèi)。此時(shí)對(duì)磷的積累作用超過(guò)微生物正常生長(zhǎng)所需的磷量，可見(jiàn)微生物在好氧條件下吸收的磷大大超過(guò)了在厭氧條件下釋放的磷。由于系統(tǒng)經(jīng)常排放剩余污泥，被細(xì)菌過(guò)量攝取的磷也將隨之排出系統(tǒng)，因而可獲得較好的除磷效果。

2.2污水生物除磷工藝

生物除磷技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)，并已逐步在污水除磷處理工藝中得到應(yīng)用，目前常用于工程實(shí)踐的工藝有：A/O、A2/O、Bardenpho工藝、Phoredox工藝、UCT、改良型UCT、SBR、Phostrip工藝以及氧化溝工藝。生物除磷工藝表現(xiàn)出除磷效果好，并能改進(jìn)污泥沉降性能，減少活性污泥膨脹現(xiàn)象等突出的優(yōu)點(diǎn)。

2.2.1A/O工藝

A/O工藝是最基本的生物除磷工藝，微生物先進(jìn)入A/O法的A段，處于厭氧或兼氧環(huán)境中，積存于體內(nèi)的多聚磷酸鹽就會(huì)釋放到水體中去。然后進(jìn)入A/O法的O段，處于好氧環(huán)境，此時(shí)微生物吸收污水中大量可溶性磷酸鹽，并在體內(nèi)合成多聚磷酸鹽而積累起來(lái)。含磷污泥一部分就以剩余污泥的形式排出，另一部分則回流至A段重新進(jìn)入放磷與聚磷的循環(huán)過(guò)程。

A/O法除磷工藝流程簡(jiǎn)單，不需要投加化學(xué)藥品，建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用均較低。存在的問(wèn)題是脫磷效果決定于剩余污泥排放量，而且要求進(jìn)水中磷與BOD之比較低。否則由于BOD負(fù)荷較低，剩余污泥量較少，因而較難以達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)行效果。用該工藝磷的去除率在75%左右，出水含磷約1mg˙L-1或略低，很難進(jìn)一步提高。

2.2.2A2/O工藝

A2/O工藝是在A/O工藝的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)缺氧階段，使好氧區(qū)中的混合液回流至缺氧區(qū)使之反硝化脫氮，從而使除磷的脫氮相結(jié)合。縮小了曝氣區(qū)的體積，并且有望降低產(chǎn)生的剩余富磷污泥量[15]。但是由于存在內(nèi)循環(huán)，系統(tǒng)排放的剩余污泥中只有少部分經(jīng)歷了完整放磷吸磷過(guò)程，其余基本上未經(jīng)厭氧狀態(tài)而直接由缺氧區(qū)進(jìn)入好氧區(qū)，這對(duì)于系統(tǒng)除磷是不利的。而且為了降低回流污泥中的硝酸鹽，必須提高混合液回流量，從而增加電耗[16]。

2.2.3Phostrip工藝

該工藝把生物法和化學(xué)除磷法結(jié)合在一起，將一部分回流污泥(約為進(jìn)水流量的10%～20%)分流到厭氧池除磷，污泥在厭氧池中通常停留8～12h，聚磷菌則在厭氧池中進(jìn)行磷的釋放，脫磷后的污泥回流到曝氣池中繼續(xù)吸磷。含磷上清液進(jìn)入化學(xué)沉淀池，投加石灰生成沉淀。它除磷效率可達(dá)90%以上，處理出水含磷量可低于1mg˙L-1[17]，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)的適應(yīng)性較強(qiáng)，較少受進(jìn)水BOD的影響，加之大部分磷以石灰污泥的形式沉淀去除，因此污泥處理不像高磷剩余污泥那樣復(fù)雜。

2.2.4Bardenpho脫氮除磷工藝

Bardenpho工藝設(shè)計(jì)了兩級(jí)A/O工藝，涵蓋了二級(jí)缺氧及好氧過(guò)程，具有較好的脫磷效果(達(dá)97%)[18]，一是因?yàn)樵诙脸刂袝?huì)有磷的釋放，二是在第一個(gè)缺氧池中會(huì)有局部的厭氧條件也有磷的釋放現(xiàn)象。但該法很明顯的一大缺點(diǎn)工藝流程長(zhǎng)、構(gòu)筑物多。

2.2.5氧化溝工藝

氧化溝工藝由于其特殊的運(yùn)行方式，在空間上形成了缺氧、好氧的交替變化，達(dá)到了硝化、反硝化和生物除磷的目的。其可在低負(fù)荷和較長(zhǎng)的泥齡條件下運(yùn)行，由于無(wú)需回流，比一般工藝節(jié)能10%～20%。若水量大或負(fù)荷高，則工藝占地面會(huì)很大。我國(guó)邯鄲污水處理廠(chǎng)采用了三段式氧化溝工藝，是目前國(guó)內(nèi)投入運(yùn)行的最大的氧化溝系統(tǒng)[19]。

所有的生物除磷系統(tǒng)都有以下幾個(gè)特點(diǎn)：保證厭氧區(qū)真正處于厭氧狀態(tài)，既不存在游離態(tài)的溶解氧，也不存在硝酸根等結(jié)合態(tài)氧，如通過(guò)改變污泥回流方式和路徑以避免硝酸根進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，而防止厭氧區(qū)的反硝化作用，對(duì)聚磷菌厭氧釋放磷的競(jìng)爭(zhēng)抑制作用;保證厭氧區(qū)進(jìn)水中易生物降解有機(jī)物的含量，以使聚磷菌能在與其它細(xì)菌對(duì)食料的爭(zhēng)奪中占優(yōu)勢(shì)，如可在進(jìn)水中加入初沉污泥酸性發(fā)酵液等。

生物除磷技術(shù)因工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行簡(jiǎn)便，處理效果好，運(yùn)行方式靈活等，近年來(lái)已成為城市污水除磷的重要方法，得到廣泛應(yīng)用。隨著生物學(xué)及其技術(shù)的發(fā)展，新的除磷理論不斷出現(xiàn)，生物除磷工藝也將得到更大的發(fā)展，可持續(xù)污水生物除磷工藝的開(kāi)發(fā)也將成為研究重點(diǎn)。

3.生物除磷新技術(shù)-反硝化聚磷菌除磷工藝

3.1反硝化除磷機(jī)理

反硝化除磷就是在厭氧/缺氧環(huán)境交替運(yùn)行的條件下，易富集一類(lèi)兼有反硝化作用和除磷作用的兼性厭氧微生物，該聚磷菌能利用NO3-作為電子受體，通過(guò)它們的代謝作用同時(shí)完成過(guò)量吸磷和反硝化過(guò)程。最大限度地減少碳源需求量，實(shí)現(xiàn)了能源和資源的雙重節(jié)約。反硝化除磷能節(jié)省COD約50%，節(jié)省氧約30%，剩余污泥量減少50%左右[20]。

大量實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)性規(guī)模的生物除磷脫氮研究也表明[21]，當(dāng)微生物依次經(jīng)過(guò)厭氧、缺氧和好氧3個(gè)階段后，約占50%的聚磷菌既能利用氧氣又能利用NO3-作為電子受體來(lái)聚磷，即反硝化聚磷菌(DPB的除磷效果相當(dāng)于總聚磷菌的50%左右)。這些發(fā)現(xiàn)一方面說(shuō)明了硝酸鹽亦可作為某些微生物氧化PHB的電子受體，另一方面也證實(shí)了在污水的生物除磷系統(tǒng)中的確存在著DPB屬微生物，而且通過(guò)馴化可得到富集DPB的活性污泥。

3.2反硝化除磷工藝

該技術(shù)對(duì)城市污水特別是C/N比較低的污水有很好的處理效果。目前滿(mǎn)足DPB所需環(huán)境和基質(zhì)的工藝有單雙兩級(jí)。在單級(jí)工藝中，DPB細(xì)菌、硝化細(xì)菌及非聚磷異養(yǎng)菌同時(shí)存在于懸浮增長(zhǎng)的混合液中，順序經(jīng)歷厭氧/缺氧/好氧3種環(huán)境，最具代表性的是BCFS工藝。在雙級(jí)工藝中，硝化細(xì)菌獨(dú)立于DPB而單獨(dú)存在于某一反應(yīng)器中，Dephanox工藝和A2N工藝是最具代表性的雙級(jí)工藝。

3.2.1BCFS工藝

BCFS工藝是在UCT工藝及原理的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的。其工藝流程如圖1。改進(jìn)在于增加了2個(gè)反應(yīng)池，接觸池與混合池;增加了2個(gè)混合液循環(huán)Q1和Q3。接觸池的功能為：回流污泥和來(lái)自厭氧池的混合液在池中充分混合，吸附剩余COD;有效防止污泥膨脹。混和池的功能為：最大程度地保證污泥再生而不影響反硝化或除磷;容易控制SVI;最大程度地利用DPB以獲得最少的污泥產(chǎn)量。混合液循環(huán)Q1的功能是為了增加硝化或同時(shí)反硝化的機(jī)會(huì)，從而獲得良好的出水氮濃度。Q3則是起輔助回流污泥向缺氧池補(bǔ)充硝酸鹽氮的作用。

BCFS將生物、化學(xué)除磷工藝合并，是在線(xiàn)磷分離與離線(xiàn)磷沉淀的生物與化學(xué)除磷結(jié)合方式，充分利用反硝化聚磷菌的反硝化除磷和脫氮雙重作用，來(lái)實(shí)現(xiàn)磷的完全去除和氮的最佳去除過(guò)程。由于充分利用BCFS工藝中的污泥齡易滿(mǎn)足硝化細(xì)菌增長(zhǎng)所需的生長(zhǎng)條件，污泥產(chǎn)量較低。目前，荷蘭BDG與WGS工程咨詢(xún)公司爭(zhēng)對(duì)BCFS技術(shù)合作開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出同心圓反應(yīng)池，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制[22]。但是該工藝回流系統(tǒng)較復(fù)雜且總回流比高，同時(shí)在流程上比較復(fù)雜，污水處理廠(chǎng)通常采用同心圓構(gòu)型，運(yùn)行管理相對(duì)復(fù)雜，運(yùn)行成本相對(duì)較高。

3.2.2Dephanox工藝

Wanner在1992年率先開(kāi)發(fā)出第一個(gè)以厭氧污泥中PHB為反硝化碳源的工藝，取得了良好的除磷脫氮效果，之后，據(jù)此提出了具有硝化和反硝化除磷雙泥回流系統(tǒng)的Dephanox工藝[23]。Dephanox工藝是在厭氧池和好氧池之間增加了沉淀池和固定膜反應(yīng)池。固定膜反應(yīng)池的功能在于可以避免由于氧化作用而造成的有機(jī)碳源的損失和穩(wěn)定系統(tǒng)的硝酸鹽濃度。污水在厭氧池中釋磷，在沉淀池中進(jìn)行泥水分離，含氨較多的上清液進(jìn)入固定膜反應(yīng)池進(jìn)行硝化，

被沉淀的污泥則與固定膜反應(yīng)池中的NO一同進(jìn)入缺氧段，完成反硝化和攝磷。此工藝的優(yōu)點(diǎn)在于能解決除磷系統(tǒng)反硝化碳源不足的問(wèn)題和降低系統(tǒng)的能耗，降低剩余污泥量且COD消耗量低。

3.2.3A2N工藝

把硝化菌和反硝化聚磷菌在不同的污泥系統(tǒng)分別進(jìn)行培養(yǎng)，即雙污泥系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)為A2N工藝。A2N連續(xù)流反硝化除磷脫氮雙泥系統(tǒng)利用DPB體內(nèi)PHB的“一碳兩用”來(lái)實(shí)現(xiàn)脫氮除磷，從而為改良現(xiàn)有污水生物脫氮除磷工藝提供了一個(gè)新思路。A2N-SBR工藝是一種新興的雙泥反硝化除磷工藝，由AAO-SBR反應(yīng)器和N-SBR反應(yīng)器組成。AAO-SBR的主要功能是去除COD和反硝化除磷脫氮;N-SBR的反應(yīng)器主要起硝化作用，這2個(gè)反應(yīng)器的活性污泥是完全分開(kāi)的，只將各自沉淀后的上清液相互交換。

彭永臻等[24]研究了連續(xù)流雙泥系統(tǒng)反硝化脫氮除磷的特性，研究發(fā)現(xiàn)，A2N雙泥系統(tǒng)能使硝化菌和反硝化聚磷菌分別在各自最佳的環(huán)境中生長(zhǎng)，利于系統(tǒng)脫氮除磷的高效和穩(wěn)定，當(dāng)C/N提高到6.49，TN、TP、COD的去除率分別為92.7%、97.95%、95%。

A2N工藝在實(shí)際應(yīng)用中面臨的主要問(wèn)題是：當(dāng)缺氧段硝酸鹽量不充足時(shí)磷的過(guò)量攝取受到限制，而硝酸鹽量富余時(shí)硝酸鹽又會(huì)隨回流污泥進(jìn)入?yún)捬醵危蓴_磷的釋放和聚磷菌PHB的合成[25]。

反硝化除磷技術(shù)將反硝化脫氮和生物除磷兩者相結(jié)合，是可持續(xù)發(fā)展的污水生物處理工藝。現(xiàn)在已經(jīng)由實(shí)驗(yàn)研究轉(zhuǎn)向工程應(yīng)用，具有極好的發(fā)展前景。

4.污水除磷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及研究動(dòng)向

4.1物化除磷與生物除磷技術(shù)相結(jié)合

目前普遍采用物化和生化相結(jié)合的城市污水處理工藝。其最顯著的特點(diǎn)是流程中投加化學(xué)混凝劑，其余則與普通活性污泥法類(lèi)似。生物除磷的工藝穩(wěn)定性可通過(guò)附加化學(xué)沉淀來(lái)改善[26]。在國(guó)外很多二級(jí)污水處理廠(chǎng)的曝氣池中投入混凝劑，主要目的是幫助除磷，使原來(lái)設(shè)計(jì)具有氮磷脫除能力的污水廠(chǎng)的除磷功能更加有效。對(duì)一些已建成的二級(jí)生物污水處理廠(chǎng)，在生物處理的基礎(chǔ)上物化法，可大大提高出水水質(zhì)。將生物除磷與化學(xué)除磷相結(jié)合，可以充分利用生物除磷費(fèi)用低、化學(xué)除磷出水磷濃度低且比較穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

4.2采用微生物固定化技術(shù)處理含磷廢水

微生物固定化技術(shù)通常用于難降解有機(jī)廢水、含氨氮有機(jī)廢水等。研究表明[27]，以PVA-硼酸法固定以假單胞菌為優(yōu)勢(shì)菌的活性污泥進(jìn)行除磷的研究中，固定化的污泥具有較高的活性及除磷效率，6h內(nèi)可將起始質(zhì)量濃度為87.5mg˙L-1的磷降至44mg˙L-1。對(duì)于采用微生物固定化技術(shù)除磷含磷廢水還有待研究。

4.3反硝化除磷技術(shù)的研究動(dòng)向

反硝化除磷技術(shù)以其獨(dú)特的高效脫氮除磷優(yōu)越性日益得到人們的青睞，而對(duì)反硝化除磷技術(shù)還需要更多研究。富集DPBs是反硝化除磷的關(guān)鍵，要對(duì)DPBs的種群進(jìn)行研究，認(rèn)識(shí)其生化特性，摸索其培養(yǎng)馴化方法，富集和篩選出更多的DPBs。可以利用現(xiàn)代分子微生物分析技術(shù)對(duì)DPBs及其吸磷有關(guān)的基因和酶進(jìn)行深入的研究和探索。總之，研究開(kāi)發(fā)高效生物脫氮除磷新技術(shù)是今后污水處理研究的重要課題。

 （文章內(nèi)容來(lái)源：水處理技術(shù)，作者孫夢(mèng)。登載此文出于傳遞更多信息之目的，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其描述，資料及數(shù)據(jù)未經(jīng)核實(shí)，僅供參考。）