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(jī)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(jí)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(zhǎng)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(zhǎng)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。

(一)生物除磷的原理

根據(jù)霍爾米(Holmers)提出的化學(xué)式，活性污泥的組成是C118H170O51N17P，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(yīng)當(dāng)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(xì)菌等)的細(xì)菌在厭氧條件下能充分釋放其細(xì)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(xì)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(dá)到從廢水中除磷的效果。

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(xì)菌通過發(fā)酵作用將溶解性BOD轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性有機(jī)酸(VFA)，聚磷菌吸收VFA并進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，同化合成為胞內(nèi)碳源的儲(chǔ)存物—聚-β-羥基丁酸鹽(PHB)，所需的能量來源于聚磷菌將其細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)態(tài)磷轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)磷的反應(yīng)，并導(dǎo)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(fù)并以聚磷的形態(tài)儲(chǔ)存超出生長(zhǎng)需要的磷量，通過對(duì)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(chǔ)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。

(二)生物除磷的影響因素

1.溶解氧。

溶解氧的影響包括兩個(gè)方面。首先必須在厭氧區(qū)中控制嚴(yán)格的厭氧條件，這直接關(guān)系到聚磷菌的生長(zhǎng)狀況、釋磷能力及利用有機(jī)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(huì)耗盡能快速降解的有機(jī)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(duì)其儲(chǔ)存的PHB進(jìn)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(yīng)嚴(yán)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(huì)消耗有機(jī)基質(zhì)而抑制聚磷菌對(duì)磷的釋放，從而影響在好氧條件下聚磷菌對(duì)磷的吸收。另一方面，硝態(tài)氮的存在會(huì)被部分生物聚磷菌(氣單胞菌)利用作為電子受體進(jìn)行反硝化，進(jìn)而影響其以發(fā)酵中間產(chǎn)物作為電子受體進(jìn)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(duì)除磷效果的影響不如對(duì)生物脫氮過程的影響那么明顯，因?yàn)樵诟邷?、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(yùn)行時(shí)厭氧區(qū)的停留時(shí)間要更長(zhǎng)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(shí)，磷的厭氧釋放過程比較穩(wěn)定。pH值低于6.5時(shí)生物除磷的效果會(huì)大大降低。

5.BOD負(fù)荷和有機(jī)物性質(zhì)。

廢水生物除磷工藝中，厭氧段有機(jī)基質(zhì)的種類、含量及其與微生物營(yíng)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(jī)物為基質(zhì)時(shí)，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(duì)分子質(zhì)量較小的易降解的有機(jī)物(如低級(jí)脂肪酸類物質(zhì))易于被聚磷菌利用，將其體內(nèi)儲(chǔ)存的多聚磷酸鹽分解釋放出磷，誘導(dǎo)磷釋放的能力較強(qiáng)，而高分子難降解的有機(jī)物誘導(dǎo)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(jìn)水中低分子有機(jī)基質(zhì)合成PHB儲(chǔ)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(chǔ)。因此，進(jìn)水中是否含有足夠的有機(jī)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(rèn)為，進(jìn)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(shí)可以采用部分進(jìn)水和省去初次沉淀池的方法來獲得除磷所需的BOD負(fù)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(zhǎng)短對(duì)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(huì)影響出水的BOD5和COD，甚至?xí)钩鏊腂OD5和COD達(dá)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(shí)間越長(zhǎng)，除磷效果越好。但過長(zhǎng)的停留時(shí)間并不會(huì)太多地提高除磷效果，而且會(huì)有利于絲狀菌的生長(zhǎng)，使污泥的沉淀性能惡化，因此厭氧段的停留時(shí)間不宜過長(zhǎng)。剩余污泥的處理方法也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的除磷效果產(chǎn)生影響，因?yàn)槲勰酀饪s池中呈厭氧狀態(tài)會(huì)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。