生活污水除磷技术生物除磷与化学除磷详解

一、生活污水中磷的来源与危害

磷是引起水体富营养化的关键元素之一。生活污水中的磷主要来自含磷洗涤剂、人体排泄物（每人每日排磷约0.7-1.5克）、食物残渣以及食品加工废水。典型城市生活污水中总磷浓度一般在4-7mg/L，其中正磷酸盐约占50%-70%，其余为有机磷和聚磷酸盐。

磷排入自然水体后，会促进藻类大量繁殖，引发水华和赤潮，破坏水体生态平衡，导致水质恶化、饮用水处理成本增加。因此《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）对总磷有严格限制：一级A标准要求总磷≤0.5mg/L，一级B标准≤1.0mg/L；部分敏感地区进一步要求≤0.3mg/L甚至0.2mg/L。

生活污水除磷主要有两条技术路线：生物除磷和化学除磷。实际工程中，两种工艺往往配合使用——以生物除磷为主、化学除磷为辅，既降低药剂成本，又保证出水总磷稳定达标。

二、生物除磷技术原理

2.1 聚磷菌的作用机制

生物除磷的核心是一类叫做聚磷菌（PAOs，聚磷微生物）的特殊细菌。这类细菌具有一个独特的生理特性：在厌氧条件下释放体内储存的磷，在好氧条件下又能过量吸收水中的磷，并以聚磷酸盐的形式储存在体内。通过排放含有高浓度聚磷菌的剩余污泥，磷就从系统中被去除。

2.2 厌氧释磷阶段

在厌氧池中（DO<0.2mg/L，硝态氮接近零），聚磷菌处于"饥饿"状态，无法通过好氧呼吸获得能量。它们被迫分解体内储存的聚磷酸盐（poly-P），释放出正磷酸盐到水中，同时利用这个过程释放的能量，吸收水中的挥发性脂肪酸（VFA，如乙酸、丙酸），合成聚羟基烷酸（PHA，主要是PHB）储存在体内。这个过程叫做厌氧释磷。

厌氧释磷是生物除磷的前提。只有在厌氧段充分释磷的聚磷菌，进入好氧段后才会大量过量吸磷。如果厌氧池存在溶解氧或硝态氮，聚磷菌会优先利用氧气或硝酸盐呼吸，就不会进行厌氧释磷，后续好氧吸磷能力也会大打折扣。

2.3 好氧吸磷阶段

混合液从厌氧池进入好氧池后，DO充足（2-4mg/L），聚磷菌开始利用体内储存的PHA作为碳源和能量来源，进行好氧代谢。在这个过程中，它们会过量吸收水中的正磷酸盐，以聚磷酸盐的形式储存在体内——吸收的磷量远远超过其正常生长所需，这就是"过量吸磷"现象。这些富含聚磷的微生物随后随剩余污泥排出系统，磷就从污水中被去除了。

2.4 生物除磷的工艺流程

典型的生物除磷工艺是A2O工艺（厌氧-缺氧-好氧），流程如下：

进水 → 厌氧池 → 缺氧池 → 好氧池 → 二沉池 → 出水
              ↑         ↑
        污泥回流    硝化液内回流

含磷污水首先进入厌氧池，聚磷菌在此释放磷；随后进入缺氧池进行反硝化脱氮；再进入好氧池，聚磷菌过量吸收磷，同时硝化菌完成氨氮氧化。二沉池沉淀后，含高浓度磷的剩余污泥排出系统，实现除磷。

2.5 生物除磷的影响因素

生物除磷效率受以下因素影响较大：

影响因素	适宜范围	偏离后的影响
厌氧池DO	<0.2mg/L	DO过高抑制厌氧释磷
厌氧池NO3-N	<0.2mg/L	硝态氮存在会促进反硝化菌竞争碳源
碳磷比BOD5/TP	≥20	碳源不足时聚磷菌无法充分释磷吸磷
污泥龄SRT	8-15天	泥龄越长，排放的剩余污泥越少，除磷量越低
好氧池DO	2-4mg/L	DO不足吸磷不充分
水温	15-35℃	低于10℃除磷效率明显下降
pH	6.5-8.0	pH异常会影响聚磷菌代谢

三、化学除磷技术原理

当生物除磷不能稳定达到总磷排放标准时，就需要投加化学药剂进行辅助除磷。化学除磷的原理是：向水中投加金属盐类药剂，与水中的正磷酸盐反应生成难溶的金属磷酸盐沉淀，再通过沉淀或过滤从水中分离出去。

3.1 常用化学除磷药剂

铝盐：最常用的是聚合氯化铝（PAC）和硫酸铝。铝离子与磷酸根反应生成磷酸铝沉淀：

Al3+ + PO4³- → AlPO4↓

PAC投加量一般按Al:P摩尔比1.5-2.0控制，优点是形成的絮体密实、沉降性能好，出水色度低。

铁盐：常用三氯化铁（FeCl3）和硫酸亚铁（FeSO4）。铁离子与磷酸根反应生成磷酸铁沉淀：

Fe3+ + PO4³- → FePO4↓

铁盐除磷效果好、价格低，但出水色度可能偏高（铁离子呈黄色），对设备有一定腐蚀性。

钙盐（石灰）：投加氢氧化钙（石灰乳），提高pH至10以上，磷酸根与钙离子生成羟基磷灰石沉淀。石灰法除磷效率高，但产泥量大、pH调节成本高，目前生活污水处理中较少单独使用。

3.2 药剂投加点

化学除磷药剂的投加点有三种方式：

-前置投加：药剂投加在初沉池前，沉淀的化学污泥和初沉污泥一起排出。优点是同时减少生化段负荷，缺点是增加污泥产量。

-同步投加：药剂投加在好氧池末端或二沉池进水管上，是最常用的投加方式。优点是投加量省、反应充分，利用生化池混合液进行絮凝。

-后置投加：药剂投加在二沉池之后的深度处理单元（高效沉淀池、滤池前），用于出水总磷的精调。优点是除磷效果最稳定，适合高标准排放。

3.3 药剂投加量估算

化学除磷的药剂投加量通常按摩尔比估算：

药剂类型	Me:P摩尔比	参考投加量(以除1g磷计)
聚合氯化铝PAC	Al:P=1.5-2.0	投加商品PAC约4-6g/gP
三氯化铁FeCl3	Fe:P=1.5-2.5	投加FeCl3约5-8g/gP
硫酸铝Al2(SO4)3	Al:P=1.5-2.0	投加硫酸铝约8-12g/gP

实际运行中应根据在线总磷监测数据自动调节投加量，避免过量投加增加成本和污泥产量。

四、生物除磷与化学除磷对比

对比项目	生物除磷	化学除磷
原理	聚磷菌过量吸磷，随剩余污泥排出	金属盐与磷酸根生成沉淀
除磷效果	可降到0.3-0.5mg/L	可降到0.1-0.3mg/L，更稳定
运行成本	低，主要是曝气和排泥	较高，需持续投加药剂
污泥产量	剩余污泥含磷量高	化学污泥增加，产泥量大
受环境影响	大（DO、碳源、泥龄、水温）	小，受水质波动影响小
适用场景	进水碳源充足、排放标准中等	高标准排放、生物除磷不足

工程实践中，最经济可靠的方案是生物除磷为主+化学除磷辅助：生物除磷承担基础除磷任务，把总磷从5-7mg/L降到1mg/L左右；化学除磷作为精细调节，投加少量药剂把总磷从1mg/L降到0.5mg/L以下，既节省药剂成本，又保证出水稳定达标。

五、除磷运行控制要点

第一，严格控制厌氧池环境。厌氧池DO必须低于0.2mg/L，硝态氮必须低于0.2mg/L。如果污泥回流中携带过多硝态氮（因为内回流比过高），会进入厌氧池被反硝化菌利用碳源，与聚磷菌竞争碳源，严重影响释磷效果。工程上常通过合理控制污泥回流比和内回流比来减少硝态氮进入厌氧池。

第二，保证碳源供应。聚磷菌在厌氧段需要足够的挥发性脂肪酸（VFA）来合成PHA。当进水BOD5/TP小于20时，生物除磷效果明显下降，可考虑投加乙酸钠补充碳源，或把初沉池改为水解酸化池提高VFA含量。

第三，合理控制污泥龄。生物除磷依赖排泥，泥龄越长，单位时间排出的含磷污泥越少，除磷效果越差。但泥龄太短又会影响硝化。A2O工艺中通常泥龄控制在12-15天，兼顾硝化和除磷需求。

第四，化学除磷精准投加。配置在线总磷分析仪，根据出水总磷数据自动调节药剂投加泵频率，把出水总磷稳定控制在0.3-0.4mg/L（留有安全余量），不要过量投加。

第五，加强污泥排放管理。磷最终是通过剩余污泥排出系统的，必须保持稳定的排泥制度，避免磷在系统内循环积累。

六、常见问题解答

问：生物除磷和化学除磷哪个效果更好？

答：化学除磷除磷更彻底、更稳定，可把总磷降到0.2mg/L以下；生物除磷成本低但受环境影响大，一般出水在0.3-0.5mg/L。实际工程中通常两者配合使用，生物除磷为主、化学除磷为辅。

问：PAC投加量怎么确定？

答：初始可按Al:P摩尔比1.5-2估算，即每去除1g磷投加约4-6g商品PAC（含量10%Al2O3）。运行中根据在线总磷数据微调，出水总磷稳定在0.3-0.4mg/L即可，不要过量。

问：生物除磷出水总磷超标怎么办？

答：先排查厌氧池DO和硝态氮是否超标、碳源是否充足、排泥是否及时。如果调整运行参数后仍不达标，说明生物除磷能力不足，应启动化学辅助除磷，在好氧池末端或二沉池前投加PAC。

问：化学除磷会产生多少污泥？

答：每投加1kg铝盐或铁盐药剂，大约产生1.5-2kg化学干污泥。化学污泥含水率较高，脱水性能不如剩余活性污泥，需配套污泥浓缩脱水设备。

问：除磷对水温敏感吗？

答：生物除磷受水温影响较大，水温低于10℃时聚磷菌活性下降，除磷效率降低。化学除磷受水温影响较小，但低温下矾花形成较慢，可适当延长絮凝反应时间。

七、总结

生活污水除磷主要依靠生物除磷和化学除磷两条技术路线。生物除磷利用聚磷菌"厌氧释磷、好氧过量吸磷"的独特生理机制，通过排放富磷剩余污泥实现磷的去除，运行成本低但受环境条件影响大；化学除磷通过投加铝盐、铁盐等药剂与磷酸根生成沉淀，除磷效果稳定但药剂成本较高。工程实践中，以生物除磷为基础、化学除磷为补充的组合工艺，是兼顾经济性和达标可靠性的最优选择。

在一体化污水处理设备中，除磷效果取决于厌氧池的容积分配、污泥回流系统和辅助加药系统的配置。龙康环保装备股份有限公司生产的一体化污水处理设备，内置科学的A2O分区和辅助化学除磷加药系统，配合PLC自动加药控制，出水总磷稳定达到GB18918-2002一级A标准（≤0.5mg/L）。如需了解除磷工艺方案或设备报价，欢迎拨打热线：400-878-0280。