微生物除磷

高含磷廢水的活性污泥中存在一類“聚磷菌”，這類聚磷菌在好氧條件下能夠吸收超過自己本身生理所需的過量磷，含磷量可達細胞乾重的6%～8%，甚至更高，但在厭氧條件下又可釋放出這部分過量吸收的磷。微生物除磷處理的微生物學原理和技術就是利用聚磷菌能在好氧和厭氧條件下吸收磷和釋放磷的特點，人為控制好氧和厭氧條件去除廢水中磷的過程。

基本介紹

• 中文名：微生物除磷
• 外文名：Microbial phosphorus removal
• 套用學科：環境微生物
• 適用領域範圍：環境生態
• 微生物：聚磷菌
• 條件：有氧和無氧條件

微生物除磷原理

某些微生物在好氧時不僅能大量吸收磷酸鹽（PO₄）合成自身核酸和ATP，而且能逆濃度梯度過量吸磷合成貯能的多聚磷酸鹽顆粒（即異染顆粒）於體內，供其內源呼吸用，這些細菌稱為聚磷菌。聚磷菌在厭氧時又能釋放磷酸鹽（PO₄）於體外，故可創造厭氧、缺氧和好氧環境，讓聚磷菌先在含磷污（廢）水中厭氧放磷，然後在好氧條件下充分地過量吸磷，然後通過排泥從污（廢）水中除去部分磷，可以達到減少污（廢）水中磷含量的目的。

聚磷細菌

如前所述，所謂聚磷菌是指能吸收磷酸鹽，並將磷酸鹽聚集成多聚磷酸鹽貯存在細胞內的一群微生物的統稱。通常，聚磷菌又能形成聚β-羥基丁酸（PHB）貯存在體內。具有聚磷能力的微生物，就目前所知，絕大多數是細菌。聚磷的活性污泥是由許多好氧異養菌、厭氧異養菌和兼性厭氧菌組成，實質是產酸菌（統稱）和聚磷菌的混合群體。有文獻報導，從活性污泥中分離出來的聚磷細菌種類多，其中聚磷能力強，數量占優勢的聚磷菌是不動桿菌-莫拉氏菌群、假單胞菌屬、氣單胞菌屬和黃桿菌屬、費氏檸檬酸桿菌等60多種。有聚磷能力的還有硝化細菌中的亞硝化桿菌屬、亞硝化球菌屬、亞硝化葉菌屬和硝化桿菌屬、硝化球菌屬等。

除磷的生物化學機制

厭氧釋放磷的過程

產酸菌在厭氧或缺氧條件下將蛋白質、脂肪、糖類等大分子有機物，分解為3類可快速降解的基質：① 甲酸、乙酸、丙酸等低級脂肪酸；② 葡萄糖、甲醇、乙醇等；③ 丁酸、乳酸、琥珀酸等。聚磷菌則在厭氧條件下，分解體內的多聚磷酸鹽產生ATP，利用ATP以主動運輸方式吸收產酸菌提供的3類基質進入細胞內合成PHB。與此同時釋放出PO₄於環境中。

Comeau提出乙酸吸收理論：質膜外的CH₃COO^-和H⁺結合成中性分子，進入細胞再水解成離子CH₃COO^-和H^+，產生的ATP驅動H排到體外，重建質子驅動力，使CH₃COO^- 不斷被輸入細胞。體內的乙酸（CH₃COOH）被合成為PHB。

好氧吸磷過程

聚磷菌在好氧條件下，分解機體內的PHB和外源基質，產生質子驅動力將體外的PO₄輸送到體內合成ATP和核酸，將過剩的PO₄聚合成細胞貯存物：多聚磷酸鹽（異染顆粒）。

聚磷菌釋放磷和吸磷過程如圖所示：

除磷工藝

除磷工藝有如下幾種：Bardenpho生物除磷工藝，Phoredox工藝，A/O及A/O，UCT工藝，VIP工藝，及旁流除磷-Phostrip工藝、間歇式活性污泥法（SBR）等。

運行條件

以上各種工藝各有優、缺點，可根據水質選用。它們既能除磷又能脫氮，都是用厭氧、缺氧和好氧的方法加以排列組合。但它們的工作主體-除磷細菌、硝化細菌及反硝化細菌的生理特性不同，除磷細菌和反硝化細菌兩者為爭奪碳源而存在競爭。因此，要分別創造一個適合它們各自生理需要的生態環境。故設計了以上多種工藝流程。即使同樣是A/O和A/O工藝，其排列組合和運行條件也有所不同。

為達到良好的除磷效果，要求NO₃、NO₂極低，DO在0.2 mg/L以下，氧化還原電位低於150 mv，溫度30℃左右，pH在7～8。

在一種污（廢）水中同時除磷和脫氮，就要合理調整泥齡和水力停留時間，兼顧除磷菌、硝化細菌和反硝化細菌的生理要求，使它們和諧地生長繁殖，達到同時除磷、脫氮的目的。若只需除磷不需脫氮則只用化學法加藥劑除磷即可。