污水生物除磷的原理就是人为创造生物超量除磷过程，实现可控的除磷效果。整个过程必须通过创造厌氧环节利用厌氧微生物的作用来实现生物除磷过程。

一、污水生物除磷机理

1）厌氧条件下释磷

在没有溶解氧或硝态氮存在的条件下，兼性细菌通过发酵作用将可溶性BOD5转化为低分子挥发性有机酸VFA。聚磷菌吸收这些发酵产物或来自原污水的VFA，并将其运送到细胞内，同化成胞内碳能源储存物质PHB，所需的能力来源于聚磷的水解以及细胞内糖的酵解，并导致磷酸盐的释放。

2）好氧条件下摄磷

好氧条件下，聚磷菌的活力得到恢复，并以聚磷的形式存储超过生长所需的磷量，通过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捕集存储，磷酸盐从水中被去除。

3）富磷污泥的排放

产生的富磷污泥通过剩余污泥的形式排放，从而将磷去除。从能量角度来看，聚磷菌在无氧条件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溶解性有机物获取能量以吸收磷。

除磷的关键是厌氧区的设置，聚磷菌能在短暂的厌氧条件下，由于非聚磷菌吸收低分子基质并快速同化和储存这些发酵产物，即厌氧区为聚磷菌提供了竞争优势。

这样一来，能吸收大量磷的聚磷菌就能在处理系统中得到选择性增殖，并可通过排除高含磷量的剩余污泥达到除磷的目的。这种选择性增殖的另一好处是抑制了丝状菌的增殖，避免了产生沉淀性能较差的污泥的可能，因此厌氧/好氧生物除磷工艺一般不会出现污泥膨胀。

二、污水生物除磷工艺

除磷工艺流程可分为主流程除磷工艺和侧流程除磷工艺两类。

主流除磷工艺的厌氧段在处理污水的水流方向上，其代表工艺有A/O、A2/O、Bardenpho 工艺、Phoredox 工艺、UCT、改良型UCT、SBR以及氧化沟工艺。

测流除磷工艺的厌氧段不在水流方向上，而是在回流污泥的测流上。比如 Phostrip 工艺。

生物除磷工艺优点：表现出除磷效果好，并能改进污泥沉降性能，减少活性污泥膨胀现象等。下面列举几个常用工艺。

1、A2/O 工艺 

A2/O工艺是在 A/O 工艺的基础上增加了一个缺氧阶段，使好氧区中的混合液回流至缺氧区使之反硝化脱氮，从而使除磷和脱氮相结合。缩小了曝气区的体积。

但是由于存在内循环，系统排放的剩余污泥中只有少部分经历了完整放磷吸磷过程，其余基本上未经厌氧状态而直接由缺氧区进入好氧区，这对于系统除磷是不利的。而且为了降低回流污泥中的硝酸盐，必须提高混合液回流量，从而增加电耗。

2、Phostrip 工艺

该工艺把生物法和化学除磷法结合在一起，将一部分回流污泥 (约为进水流量的 10%～20%)分流到厌氧池除磷，污泥在厌氧池中通常停留 8～12 h，聚磷菌则在厌氧池中进行磷的释放，脱磷后的污泥回流到曝气池中继续吸磷。含磷上清液进入化学沉淀池，投加石灰生成沉淀。它除磷效率可达 90%以上，处理出水含磷量可低于 1mg·L-1，对进水水质波动的适应性较强，较少受进水 BOD 的影响，加之大部分磷以石灰污泥的形式沉淀去除，因此污泥处理不像高磷剩余污泥那样复杂。

3、氧化沟工艺

氧化沟工艺由于其特殊的运行方式，在空间上形成了缺氧、好氧的交替变化，达到了硝化、反硝化和生物除磷的目的。其可在低负荷和较长的泥龄条件下运行，由于无需回流，比一般工艺节能 10% ～20%。若水量大或负荷高，则工艺占地面会很大。

所有的生物除磷系统都有以下几个特点：保证厌氧区真正处于厌氧状态，既不存在游离态的溶解氧，也不存在硝酸根等结合态氧，如通过改变污泥回流方式和路径以避免硝酸根进入厌氧区，而防止厌氧区的反硝化作用，对聚磷菌厌氧释放磷的竞争抑制作用;保证厌氧区进水中易生物降解有机物的含量，以使聚磷菌能在与其它细菌对食料的争夺中占优势，如可在进水中加入初沉污泥酸性发酵液等。

三、生物除磷不达标的因素

生物除磷中通过聚磷菌在厌氧状态下释放磷，在好氧状态下过量地摄取磷。经过排放富磷剩余污泥而除磷，其影响生物除磷不达标因素有：生物除磷的影响因素包括：温度、pH值、厌氧池DO、厌氧池硝态氮、泥龄、CP比、RBCOD含量、糖原、HRT等。

温度对除磷效果的影响不如对生物脱氮过程的影响那么明显，在一定温度范围内，温度变化不是十分大时，生物除磷都能成功运行。试验表明，生物除磷的温度宜大于10℃，因为聚磷菌在低温时生长速度会减慢。

在pH在6.5一8.0时，聚磷微生物的含磷量和吸磷率保持稳定，当pH值低于6.5时，吸磷率急剧下降。当pH值突然降低，无论在好氧区还是厌氧区磷的浓度都急剧上升，pH降低的幅度越大释放量越大，这说明pH降低引起的磷释放不是聚磷菌本身对pH变化的生理生化反应，而是一种纯化学的“酸溶”效应，而且pH下降引起的厌氧释放量越大，则好氧吸磷能力越低，这说明pH下降引起的释放是破坏性的，无效的。pH升高时则出现磷的轻微吸收。

每毫克分子氧可消耗易生物降解的COD1.14mg,致使聚磷生物的生长受到抑制，难以达到预计的除磷效果。厌氧区要保持较低的溶解氧值以更利于厌氧菌的发酵产酸，进而使聚磷菌更好的释磷，另外，较少的溶解氧更有利予减少易降解有机质的消耗，进而使聚磷菌合成更多的PHB。

而在好氧区需要较多的溶解氧，以更利于聚磷菌分解储存的PHB类物质获得能量来吸收污水中的溶解性磷酸盐合成细胞聚磷。厌氧区的DO控制在0.3mg/l以下，好氧区DO控制在2mg/l以上，方可确保厌氧释磷好氧吸磷的顺利进行。

厌氧区硝态氮存在消耗有机基质而抑制PAO对磷的释放，从而影响在好氧条件下聚磷菌对磷的吸收。另一方面，硝态氮的存在会被气单胞菌属利用作为电子受体进行反硝化，从而影响其以发酵中间产物作为电子受体进行发酵产酸，从而抑制PAO的释磷和摄磷能力及PHB的合成能力。每毫克硝酸盐氮可消耗易生物降解的COD2.86mg，致使厌氧释磷受到抑制，一般控制在1.5mg/l以下。

由于生物除磷系统主要通过排出剩余污泥实现除磷，因此剩余污泥量的多少决定系统的除磷效果，而泥龄长短对剩余污泥的排放量和污泥对磷的摄取作用有直接的影响。污泥龄越小，除磷效果越佳。这是因为降低污泥龄，可增加剩余污泥的排放量及系统中的除磷量，从而削减二沉池出水中磷的含量。但对于同时除磷脱氮的生物处理工艺而言，为了满足硝化和反硝化细菌的生长要求，污泥龄往往控制得较大，这是除磷效果难以令人满意的原因。一般以除磷为目的的生物处理系统的泥龄控制在3.5~7d。

污水生物除磷工艺中，厌氧段有机基质的种类、含量及微生物所需营养物质与污水中含磷的比值是影响除磷效果的重要因素。不同的有机物为基质时，磷的厌氧释放和好氧摄取效果是不同的。分子量较小的易降解有机物（如挥发性脂肪酸类等）容易被聚磷菌利用，将其体内储存的多聚磷酸盐分解释放出磷，诱导磷释放的能力较强，而高分子难降解有机物诱导聚磷菌释磷能力就较差。厌氧阶段磷的释放越充分，好氧阶段磷的摄取量就越大。另外，聚磷菌在厌氧阶段释磷所产生的能量，主要用于其吸收低分子有机基质以作为厌氧条件下生存的基础。因此，进水中是否含有足够的有机质，是关系到聚磷菌能否在厌氧条件下顺利生存的重要因素。一般认为，进水中COD/TP要大于15，才能保证聚磷菌有足够的基质，从而获得理想的除磷效果。

研究表明，当以乙酸、丙酸和甲酸等易降解碳源作为释磷基质时，磷的释放速率较大，其释放速率与基质的浓度无关，仅与活性污泥的浓度和微生物的组成有关，该类基质导致的磷的释放可用零级反应方程式表示。而其他类有机物要被聚磷菌利用，必须转化成此类小分子的易降解碳源，聚磷菌才能利用其代谢。

糖原是由多个葡萄糖组成的带分枝的大分子多糖，是胞内糖的贮存形式。如上图所示聚磷菌中糖原在好氧环境下形成，储存能量在厌氧环境下代谢形成为PHAs的合成的原料NADH并为聚磷菌代谢提供能量。所以在延迟曝气或者过氧化的情况下，除磷效果会很差，因为过量曝气会在好氧环境下消耗一部分聚磷菌体内的糖原，导致厌氧时形成PHAs的原料NADH的不足。

对于运行良好的城市污水生物脱氮除磷系统来说，一般释磷和吸磷分别需要1.5～2.5小时和2.0～3.0小时。总体来看，似乎释磷过程更为重要一些，因此，我们对污水在厌氧段的停留时间更为关注，厌氧段的HRT太短，将不能保证磷的有效释放，而且污泥中的兼性酸化菌不能充分地将污水中的大分子有机物分解为可供聚磷菌摄取的低级脂肪酸，也会影响磷的释放；HRT太长，也没有必要，既增加基建投资和运行费用，还可能产生一些副作用。总之，释磷和吸磷是相互关联的两个过程，聚磷菌只有经过充分的厌氧释磷才能在好氧段更好地吸磷，也只有吸磷良好的聚磷菌才会在厌氧段超量地释磷，调控得当会形成一个良性循环。我厂在实际运行中摸索得到的数据是：厌氧段HRT为1小时15分～1小时45分，好氧段HRT为2小时～3小时10分较为合适。

A/O工艺保证除磷效果的极为重要的一点，就是使系统污泥在曝气池中“携带”足够的溶解氧进入二沉池，其目的就是为了防止污泥在二沉池中因厌氧而释放磷，但如果不能快速排泥，二沉池内泥层太厚，再高的DO也无法保证污泥不厌氧释磷，因此，A/O系统的回流比不宜太低，应保持足够的回流比，尽快将二沉池内的污泥排出。但过高的回流比会增加回流系统和曝气系统的能源消耗，且会缩短污泥在曝气池内的实际停留时间，影响BOD5和P的去除效果。如何在保证快速排泥的前提下，尽量降低回流比，需在实际运行中反复摸索。一般认为，R在50~70%的范围内即可。

四、除磷处理设施运行管理注意事项

1、厌氧段是生物除磷最关键的环节，其容积一般按0.5~2h的水力停留时间确定，如果进水容易生物降解的有机物含量较高，应当设法减少水力停留时间，以保证好氧段进水的BOD5含量。

2、如果磷的排放标准很高，而所选除磷工艺不能满足出水要求，可以增加化学除磷或过滤处理去除水中残留的低含量磷。

3、在污泥处理过程中如果出现厌氧状态，剩余污泥中的磷就会重新释放出来。重力浓缩容易产生厌氧状态，有除磷要求的剩余污泥不能采用这种方法，而应当使用气浮浓缩、机械浓缩、带式重力浓缩等不产生厌氧状态的浓缩方法。如果只能选用重力浓缩时，必须在工艺流程中增设化学沉淀设施去除浓缩上清液中所含的磷。

4、泥龄是影响生物脱氮除磷的重要因素。脱氮要求越高，所需泥龄越长，对除磷越不利。尤其是在进水BOD5/TP小于20时，泥龄要控制的越短越好。但如果进水BOD5偏低，活性污泥增长缓慢，就不可能将泥龄控制的太短，此时需要化学法除磷。