污水生物除磷工艺：巧用微生物的“磷循环”
在污水处理领域，生物除磷（EBPR）是一种、经济地去除污水中磷素的技术，其在于巧妙利用一类特殊微生物——聚磷菌（PAOs）在特定环境下的代谢行为。
原理：厌氧释磷与好氧超量吸磷
生物除磷工艺的在于创造厌氧与好氧（或缺氧）交替的环境条件：
1.厌氧释磷：在厌氧区，聚磷菌分解体内储存的聚磷酸盐，释放出正磷酸盐到液体中，同时利用此过程产生的能量吸收污水中的挥发性脂肪酸（VFAs）等易降解有机物，并以聚羟基烷酸酯（PHA）的形式在体内储存起来。
2.好氧/缺氧超量吸磷：当混合液进入好氧（或缺氧）区时，聚磷菌利用体内储存的PHA作为能源和碳源进行生长繁殖。在此过程中，它们从污水中大量吸收溶解性磷酸盐，其吸收量远超自身生长所需（可达数倍），脱氮滤料，并将其以聚磷酸盐的形式储存在细胞内，实现磷的超量去除。
主流工艺形式
该原理被成功应用于多种活性污泥工艺的改良设计中：
*厌氧-缺氧-好氧（A2O）工艺：经典的生物脱氮除磷工艺，依次设置厌氧区（释磷）、缺氧区（反硝化脱氮）、好氧区（吸磷、硝化、有机物去除）。
*UCT(UniversityofCapeTown)工艺及其变种：通过调整污泥回流和混合液回流路径（如先回流至缺氧区再至厌氧区），更好地平衡脱氮除磷对碳源的需求，尤其适合处理低碳氮比污水。
*序批式活性污泥法（SBR）：通过在单一反应器内按时间顺序创造厌氧、缺氧、好氧等阶段，实现除磷脱氮。
*氧化沟（改良型）：通过设置专门的厌氧选择区或在沟内形成溶解氧梯度，实现除磷功能。
关键优势与考量
生物除磷的主要优势在于运行成本相对较低（主要消耗电能），且污泥产量相对稳定。其除磷效率通常可达70%-90%，是控制水体富营养化的关键手段之一。然而，其稳定运行需关注几点：
*充足碳源（VFAs）：厌氧区必须有足够的易降解有机物供聚磷菌利用。
*严格厌氧环境：厌氧区需严格控制溶解氧（DO≈0）和浓度（NOx?≈0），避免干扰聚磷菌释磷。
*适宜污泥龄（SRT）：需平衡除磷菌生长与硝化菌需求，通常控制在5-10天左右。
*有效排泥：富集了大量聚磷菌（内含高浓度磷）的剩余污泥必须及时排出系统，才能真正实现磷的去除。
总而言之，生物除磷工艺通过调控微生物（聚磷菌）在厌氧/好氧环境中的“磷储存-释放”循环，地将溶解性磷转移并富集于剩余污泥中，再通过排泥实现终去除，是污水处理厂实现深度除磷、保护水环境不可或缺的经济技术。

脱氮除磷生态滤料是一种广泛应用于人工湿地、生态滤池等水处理系统的功能性填料。其原理在于通过物理截留、生物作用（微生物代谢）和化学作用（吸附、沉淀）的协同效应，去除水体中的氮（N）和磷（P）污染物。具体原理如下：
1.物理截留与载体作用：
*滤料本身具有多孔结构和较大的比表面积，能够有效截留、吸附水中的悬浮颗粒物、胶体物质以及部分溶解性有机物（为后续生物处理提供碳源）。
*更重要的是，这些孔隙和表面为微生物（细菌、真菌、原生动物等）提供了理想的附着、生长和繁殖场所，形成丰富的生物膜。这层生物膜是进行生物脱氮除磷的。
2.生物脱氮作用：
*硝化作用：在滤料表层或水流溶解氧充足区域（好氧环境），附着生长的硝化细菌将氨氮（NH??-N）氧化为亚盐（NO??-N），并进一步氧化为盐（NO??-N）。
*反硝化作用：在滤料内部孔隙或水流溶解氧较低区域（缺氧/厌氧环境），附着生长的反硝化细菌利用水中有机物（或滤料缓慢释放的碳源）作为电子供体，将盐（NO??-N）或亚盐（NO??-N）还原为氮气（N?）或一氧化二氮（N?O），终释放到大气中，实现氮的去除。滤料的结构有助于在微观尺度上形成好氧/缺氧环境梯度，促进硝化与反硝化过程的耦合。
3.生物除磷与化学除磷作用：
*生物除磷：滤料生物膜中富集着一类特殊的微生物——聚磷菌（PAOs）。它们在厌氧条件下释放体内储存的磷，在好氧条件下过量吸收水中的溶解性磷酸盐（PO?3?-P），并将其以聚磷酸盐的形式储存在体内。通过定期排出含有富磷污泥的老化生物膜（系统维护时），实现磷的去除。
*吸附作用：许多生态滤料（如沸石、某些改性陶粒、矿渣、含铁铝钙的天然材料等）对磷酸根离子（PO?3?）具有很强的化学吸附能力。通过离子交换、配位体交换或静电引力，将溶解性磷吸附固定在滤料表面。
*化学沉淀作用：滤料中含有的钙（Ca2?）、铁（Fe3?）、铝（Al3?）等金属离子，能与水中的磷酸根离子反应生成难溶性的磷酸盐沉淀（如羟基磷灰石Ca??(PO?)?(OH)?、磷酸铁FePO?、磷酸铝AlPO?等），沉积在滤料表面或孔隙中。即使吸附饱和的滤料，长期运行中也可能通过表面形成的这些沉淀物继续除磷。
总结来说，生态滤料通过其物理结构截留颗粒物并提供巨大的微生物附着表面；其上生长的生物膜通过硝化-反硝化实现脱氮，通过聚磷菌作用实现部分生物除磷；同时，滤料自身所含的特定化学成分（如钙、铁、铝等）通过吸附和化学沉淀作用去除溶解性磷。物理、生物、化学三种机制的协同作用，使得这类滤料成为脱氮除磷水处理系统中的关键组成部分。

脱氮除磷填料工艺：污水净化的载体
在污水处理领域，脱氮除磷是防止水体富营养化的任务。传统活性污泥法常面临碳源竞争、污泥龄矛盾等难题，而脱氮除磷填料工艺以其优势，正成为稳定的解决方案。
原理：生物膜载体的协同
该工艺的在于为微生物群落提供稳固的“家园”——高比表面积填料（如聚乙烯、聚氨酯、陶粒等）。微生物在其表面形成生物膜，创造多样化的微环境：
1.脱氮（氮去除）：填料内部缺氧区驱动反硝化菌将（NO??）转化为氮气（N?）逸出；外部好氧区则支持硝化菌将氨氮（NH??）氧化为。部分填料还能促进同步硝化反硝化（SND），提升效率。
2.除磷（磷去除）：聚磷菌（PAOs）在厌氧区吸收污水中的挥发性脂肪酸（VFAs），释放磷；在好氧区则过量吸收磷，终通过富磷污泥的排放实现磷去除。填料为这些对环境敏感的菌群提供了稳定栖息地。
显著工艺优势
*生物量高且稳定：填料巨大的比表面积可富集高浓度微生物，形成复杂、稳定的生态系统，耐冲击负荷能力强。
*解决泥龄矛盾：硝化菌（长泥龄）与聚磷菌（相对短泥龄）可共存于生物膜不同层次，实现同步脱氮除磷，克服了传统工艺的瓶颈。
*节省占地：高生物量密度使反应器容积大幅减小，或在原有池容内显著提升处理能力。
*减少污泥产量：生物膜内食物链更长，内源呼吸更充分，剩余污泥量通常低于活性污泥法。
*操作灵活：可与AAO、氧化沟、SBR等工艺结合（如IFAS、MBBR），强化其脱氮除磷性能。
应用场景
该工艺特别适用于：
*对脱氮除磷有严格要求的城镇污水处理厂（提标改造或新建）。
*处理低碳氮比污水，生物膜的富集作用可提高碳源利用效率。
*用地紧张或需扩容提标的污水处理设施。
*工业废水处理中需要强化生物脱氮除磷的环节。
总结
脱氮除磷填料工艺通过为功能微生物提供的附着载体，巧妙地解决了传统工艺中的关键矛盾，实现了氮、磷污染物的协同去除。其高生物量、耐冲击、省占地、少污泥的优势，使其在现代污水处理，尤其是高标准排放要求的项目中，展现出强大的生命力和广泛的应用前景，为水环境质量的持续改善提供了坚实的技术支撑。

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