EBPR 法对污水中磷去除的探讨

郑亚卿，马 娟

（兰州交通大学，甘肃 兰州 730070）

1 污水处理现状

1.1 水体富营养化现状及危害

随着城市的发展和人类的活动，使大量含N、P的生活污水、工业废水排入江河湖泊中，增加了水体自净化的负荷，其直接后果为水体富营养化，甚至导致淡水出现“水华”，海洋发生“赤潮”。2018 年，生态环境部对111 个重点湖泊/水库监测调查报告显示，Ⅰ～Ⅲ类占66.6%、Ⅳ～Ⅴ类占25.2%、劣Ⅴ类占8.1%，其中有6 座处于中度富营养化状态，25 座处于轻度富营养化状态[1]。可见解决水体富营养化相关环境问题对保持我国环境可持续发展的重要保障。

水体富营养化如若不及时处理会对水体的生态环境造成巨大破坏。主要表现为以下几大方面：一是水藻的繁殖阻碍了植物的光合作用，导致水体溶解氧含量减少。二是水生动物的缺氧死亡，水体恶臭、透明度降低。三是水藻的生长分泌大量毒素，通过食物链导致水生动物中毒，被人类食用后致使人类慢性中毒。四是富营养化水体处理成本增加，导致经济损失。

虽然N、P 同是造成水体富营养化的主要元凶，但P 则是最关键的元素。为了有效地控制水体的富营养化,高效控制水体中的P 含量,比同时控制N、P 含量更加经济高效[2]。在这样的形势下我国对出水管控也愈发严格，最新“水十条”中明确要求国内重点区域污水厂出水水质不低于一级A 标准，其中指出出水中P 的质量浓度需小于0.5 mg/L 以减少富营养化等环境问题发生的频率。由此看来，未来实施更严格的P 排放标准是我国改善和维护生态可持续发展的必然选择和常态。

1.2 常用的除磷方法

化学沉淀法、电解法、水生物法和微生物法是目前最常用的除磷方法。稳定可靠是化学沉淀法最突出的优点，但其也有明显的缺陷，化学沉淀法具有药耗量大、处理费用高、产生大量的化学污泥难以处置等缺点，同时引入了新的化合物，产生大量无用且易造成二次污染的化学污泥[7]；而电解法除了有沉淀生成量大和电极材料消耗量较大等缺点外，还有运行费用较高等缺陷；水生物法作为目前污水厂的二级处理应用最广泛的除磷技术，虽对水质环境较敏感，但微生物除磷法相比化学除磷具有减少或避免投加化学药剂、运营成本较低、产生污泥量少且易脱水等优点，。

在繁多的生物除磷技术中，基于SBR 系统的EBPR 工艺作为一种对环境友好且经济有效的生物除磷技术被广泛应用于污水中磷元素的去除。其的优点有：运行管理简单；造价低，占地少；耐冲击负荷；可抑制丝状菌的膨胀；除磷脱氮效果好。

2 EBPR 法去除污水中的磷

2.1 EBPR 法除磷的工作原理

常规SBR 法主要是5 个阶段的运行操作：流入阶段、反应阶段、沉淀阶段、排放阶段及闲置阶段。而EBPR(强化生物除磷系统）则是在SBR 的反应阶段通过厌氧/好氧交替运行，活性污泥中的PAOs（聚磷菌）被选择并生长为优势种群，在厌氧阶段释放磷，同时利用分解胞内聚磷时产生的能量，一部分用来维持自身的生存，一部分用以吸收水中的VFAs（可挥发性脂肪酸）并在胞内合成PHA（聚羟基烷酸）；在好氧阶段，聚磷菌通过分解利用胞内PHA 产生的能量过量摄取Ortho-P 以Poly-P 的形式储存在体内，从而完成了好氧段过量吸磷。因为在好氧阶段PAOs 吸磷量远远大于厌氧阶段的释磷量。所以最后通过排放富磷污泥的形式达到去除污水中磷的目的。

2.2 聚磷菌的种类

2.2.1 β-变形菌纲（Betaproteobacteria）

β-变形菌纲主要包括与红环菌属相关的微生物，占总菌种的20%～50%，其中Candidatus Accumulibacter Phosphatis 菌属早被认定为红环菌属中的优势菌属。其他菌属还有产碱菌属、紫色杆菌属等。

2.2.2 γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）

不动杆菌属是γ-变形菌纲中主要的菌属，占总菌种的5%～15%。其他菌属还包括不动杆菌属、气单胞菌属、假单胞菌属、莫拉氏菌属、泛菌属等。

2.2.3 放线菌纲（Actinobacteria）

最新研究报道Tetrasphaera 菌属为防线菌纲的主要功能菌属，这类细菌可达到总细菌数量的35%。其他菌属还有棒状杆菌属及微球菌属等。

2.2.4 其他菌纲

聚磷菌分属的菌纲有很多，除了上述主要菌纲外还包括α-变形菌纲（alphaproteobacteria）、芽孢杆菌纲（bacilli）、鞘脂杆菌纲（sphingobbacteria）、黄杆菌纲（flavobacteria）、芽单胞菌纲（gemmatimonadetes）等，以及尚未发现的分属菌纲。

2.3 聚磷菌的影响因子

2.3.1 温度对聚磷菌的影响

温度是EBPR 系统运行中的一个重要参数，温度控制直接影响微生物的种群结构。PAOs 一般为嗜中温型或者嗜冷型微生物，系统温度在20～25 ℃时最有利于磷去除速率的提升。温度大于30 ℃的环境有助于系统中其他微生物群落产生快速增殖,对系统优势菌种产生威胁，进而导致系统的除磷效果降低甚至恶化；除影响微生物种群结构外，温度会显著影响基质的扩散速率以及酶催化反应的速率。能降解大分子难降解有机物的微生物的系统会因为温度过低而被破坏，从而导致生物除磷系统的退化甚至崩溃。

2.3.2 pH 对聚磷菌的影响

pH 是微生物除磷法的主要影响因素之一，pH 除了会影响生物除磷性能及微生物种群结构外，还会对聚磷菌的代谢特性产生显著影响。有学者研究表明，在中性（pH=7）和弱碱性（pH=8）条件下运行的生物除磷反应器中，PAOs 在活性污泥微生物的种群结构中占有优势地位，其含量可以达到60%,即聚磷菌生长最适宜的pH 范围为7～8。环境pH 值过高或过低都会影响磷的释放和吸收。在酸性（pH＜6）环境中，微生物可能产生细胞自溶的现象导致细胞膜结构和功能破坏，产生大量释磷。在碱性环境中，部分金属离子生成无法降解的磷酸盐沉淀，不利于PAOs 的生存，致使在厌氧条件下出现吸磷现象[8]。除此之外pH 通过改变细胞膜电荷，影响相关酶的活性，同时对厌氧释磷好氧吸磷产生重要的影响，而目前关于pH 对相关酶活性的影响还较少。

2.3.3 C/P 对聚磷菌的影响

进水C/P 是影响PAOs 生长的关键因素。C/P 值越高，污泥中PAOs 的占比越高，对磷的去除率也越高。当C/P 值分别为30、25 和20 时，系统的除磷效率均可达到80%以上。在EBPR 系统C/P 超过50 时，PAOs 将丧失其竞争优势导致整个系统除磷系统性能下降。

2.3.4 其他因素对聚磷菌的影响

碳源、磷源量、DO（溶解氧）、电子受体等因素也对聚磷菌的除磷效率产生至关重要的影响。不同有碳源产生的挥发性脂肪酸的成分不同，PAOs 对其吸收和转化也存在较大差异。研究表明，以乙酸或丙酸作为单一碳源的EBPR 系统中，除磷效果和反应动力学都要优于葡萄糖为碳源的EBPR 系统。目前，针对碳源种类的研究多集中在乙酸、丙酸、葡萄糖的研究。磷源量不足且磷含量偏高时，会导致聚磷菌在厌氧反应时释磷不完全而无法有效吸磷，除磷效率变低；溶解氧不足会直接导致聚磷菌在好氧反应时因电子受体不足而无法吸磷。NO2--N、NO3--N 作为电子受体在除磷过程中会影响磷的释放和吸收。多数研究者发现，NO2--N 的浓度过高时会抑制PAOs 吸磷、破坏细胞膜结构、对除磷微生物毒害，进而影响EBPR 系统的除磷效率。选择合适的NO2--N 浓度一定程度上能促进吸磷过程。

3 结语

综上所述，随着我国治理环境力度的不断加大，未来对水体中磷浓度的管控也愈发严格，传统的生物除磷技术愈发不能满足逐渐严格的排放标准，EBPR工艺作为一种环境友好型的除磷方法仍然具有很高的研究价值，它的广泛会对环境保护带来积极影响。只有深化了解EBPR 系统的运行机制，才能采取高效的方法持续推进污水处理事业。