浅谈序批式生物膜除磷技术

摘要：传统活性污泥法作为早期主要的除磷方法，需要较大的反应器和沉淀池，造价势必会受到影响，而序批式生物膜除磷技术的应用解决了相关问题。文章概述了序批式生物膜除磷技术，分析了序批式生物膜反应器的除磷特性及影响因素，并提出厌氧磷的最大有效释放是SBBR系统高效除磷的关键。

关键词：序批式生物膜；生物除磷技术；传统活性污泥法；序批式生物膜反应器

中图分类号：X524文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）05-0019-02

磷是生物生长必需的元素之一，但水体中磷含量过高(超过0.2mg／L)可造成藻类的过度繁殖，引起严重的水质富营养化问题。一般认为，磷是引起水体富营养化的主要污染限制因子。国内外对控制水体中的磷含量均十分重视，经济、高效地降低排放废水的磷含量已成为防治水体富营养化的重要途径之一，序批式生物膜除磷技术随着市政工程的发展，也呈现出极大的优势。

一、序批式生物膜除磷技术概述

序批式生物膜反应器（Sequencing Batch Biofilm Reactor，简称SBBR），最早是从onzales和Wilderer的试验方法在1990年引出的。随后，由德国学者Wilderer于1992年正式提出。序批式生物膜反应器是一种复合式生物膜反应器，它是在序批式活性污泥法（SBR）的基础上，遵循序批式活性污泥法（SBR）的操作方式，在反应器内装有不同的填料，投加活性炭（粉末或颗粒状）使污泥颗粒化或在反应器中安装填料使活性污泥在填料上形成生物膜；是一种将生物膜与活性污泥法进行有机结合的新型的复合式生物膜反应器，是结合了SBR工艺与膜法的特点而发展起来的一种新型工艺。

由于序批式生物膜反应器（SBBR）是在序批式活性污泥法（SBR）的基础上发展起来的，除具有序批式活性污泥法(SBR)的基本优点外，又具有生物膜法的优点，通过将生物膜与活性污泥法进行有机结合形成自身的一些特有的优势，主要可以表现在以下几个方面：（1）水力停留时间短，反应器体积小，运行管理方便灵活；（2）对毒性物质和冲击负荷具有较强的抵抗性；（3）提供了在同一反应器中同时固定不同微生物

的可能性；（4）污泥沉降性能好，避免了污泥膨胀问题；（5）污泥产量低，干污泥中磷的含量较高；（6）可以有效地防止在沉淀池中磷的二次释放，提高除磷效率等。

二、序批式生物膜反应器的除磷特性及影响因素

（一）序批式生物膜反应器的除磷特性

根据生物除磷机理，其关键在于厌氧／好氧交替运行的方式易于富集聚磷菌。在厌氧状态下，聚磷菌吸收溶解性化学需氧量(COD)发酵产物，如低分子脂肪酸(VFAs)合成体内的高聚能源贮存物如聚β羟基丁酸(PHB)等，其所利用的能量来自菌体内聚磷酸盐的分解，导致磷的释放；当环境条件转为好氧时，聚磷菌就会分解胞内的PHB产生能量将水中的磷酸盐过量摄取到胞内转变成聚磷酸盐，形成富磷污泥，最终可通过排泥来真正实现除磷，因此厌氧好氧的交替是磷释放及吸收的必要条件。但目前国内外对厌氧／好氧SBBR系统内厌氧段有效和无效释磷与除磷效率之问的关系，以及控制影响SBBR高效除磷的主要因素等还缺乏深入的研究和探讨。基于此，为提高SBBR系统的除磷效率，试验构建填充组合纤维填料的SBBR反应器，在厌氧／好氧交替运行的工况下处理广州市城市污水，对厌氧段内释磷量与有机物降解量和相应好氧段内除磷效率之间的定量关系进行连续检测及回归分析，并在不同条件下考察溶解氧（DO）、硝态氮质量浓度和膜脱落量对除磷效率的影响，从而对上述问题进行深入的探讨和诠释。

在生物除磷系统中，为了最大限度地发挥聚磷菌的好氧吸磷作用，必须在好氧段内提供足够的溶解氧，以满足聚磷菌在吸磷过程中以DO作为最终电子受体的需求量，保证聚磷菌对其细胞内贮存的PHB／PHV和水体中的有机物进行氧化分解，并释放出足够的ATP用于对水体中溶解性磷的吸收以及对聚磷的合成和新的聚磷菌细胞的合成，实现细胞的增殖。曝气不仅增加了水中的溶解氧，为聚磷菌的生长代谢创造有利条件，而且改变了生物膜表面的水力条件，促进生物膜的脱落与更新。

（二）序批式生物膜反应器除磷影响因素

影响生物膜法除磷的因素很多，如进水营养物质、pH、溶解氧、生物膜的厚度、温度等，但目前国内外研究较多的影响因素是厌／好氧时间比、进水COD负荷和硝酸盐的含量。

1．厌氧／好氧时间比。厌氧段磷的释放量与好氧段磷的吸收量具有良好的相关性聚磷菌只有充分释放磷后，才能很好地过量摄取磷，从而达到生物除磷的目的，因此必须保证能充分放磷的时间，但是厌氧时间过长，一方面会降低聚磷菌的活性，另一方面将导致数个反应器的停留时间过长，不合理。

2．进水COD负荷。在活性污泥法系统中如果保持泥龄不变，随着进水乙酸盐浓度升高，出水中磷的含量将会降低。然而在生物膜系统中，当进水COD负荷达到某一值时，磷的去除效率将会随进水COD负荷的升高而降低。由于微生物在生长时所需要的有机碳源是有一定比例要求的，所以在去除磷时微生物所需要的COD负荷不是越高越好，而是越接近合理的C：N：P之比越好。一般来说，此比例在厌氧段COD：N：P为200～300：5：1，好氧段为100：5：1。当COD负荷较低时，聚磷菌不能充分利用有机物实现自身生物的净增长，吸收的磷无法通过剩余污泥排除，除磷效率降低；当COD负荷过高时，在好氧期，好氧异养微生物将与聚磷菌竞争碳源，成为生物膜中的优势菌属，最终导致生物膜上的聚磷菌由于非聚磷菌好氧异养微生物的增殖而减少，最终导致整个系统磷的去除率降低。

3．硝酸盐的影响。厌氧条件下硝酸盐的存在会影响磷的释放。硝态氮为异养微生物的最终电子受体，会与聚磷菌争夺碳源，导致乙酸盐等低分子有机物过度消耗，结果聚磷菌几乎得不到释磷所需的短链脂肪酸。但如果污水中的短链脂肪酸量足够多的话，硝态氮的存在对释磷的影响不大。另有研究指出，当SBR中NO3-；浓度为1.65mg/L时，经4h的反应，聚磷菌的释磷量与无NO3-时接近，但随着NO3-的增加，释磷量及释磷速率明显下降。在生物膜反应器的好氧期，由于扩散作用氧气仅能渗透到生物膜的一定深度处，生物膜的外层行成好氧环境，发生硝化作用产生硝酸盐，而生物膜的内层形成缺氧环境，反硝化聚磷菌利用外层的硝酸盐作为电子受体，进行同步吸磷和反硝化作用。在反硝化除磷体系中，反硝化脱氮和除磷可借助反硝化聚磷菌在同一环境中完成，废水中的COD在用于反硝化脱氮的同时也用于除磷，可以解决废水中碳源不足问题。脱氮与除磷在缺氧环境中完成，节省了因曝气而产生的能量消耗，同时降低了污泥的产量和污泥的处理费用。好氧期发生的同步硝化反硝化和吸磷现象对于生物膜法除磷是十分有利的。

三、结语

1．生物膜法除磷技术一般是通过对反应器在时间上进行有效的交换和控制。从而可以使同一反应器在时间上处于不同的反应状态，改变聚磷菌的生长环境，达到生物除磷甚至同步脱氮的目的。

2．生物膜反应器按序批方式运行，可以实现高效的生物除磷效果。目前国内外对生物膜法除磷技术的研究主要集中于工艺的应用研究，对其机理研究却较少，有必要进一步探索和研究除磷机理及其反应动力学，加强对聚磷菌的生物特性及其分离培养的研究。

3．生物膜法除磷和传统活性污泥法都是通过剩余污泥的排放达到除磷的目的，因此泥龄对该技术至关重要。

目前对生物膜法除磷的泥龄研究尚未见报道，如何通过控制泥龄使生物膜法除磷达到最佳效果，是今后研究的方向，相信随着对生物膜法除磷技术认识的不断加深，除磷效果稳定并且高效、低耗的生物膜法除磷工艺将会被开发并得到广泛应用。

参考文献

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[2]王弘宇，等．废水生物除磷技术及其研究进展[J]．环境技术，2002，(2)．

[3]魏琛．浅议影响污水生物除磷的因素[J]．重庆环境科学，2002，（24）．

作者简介：钱俊宝（1975-），男，浙江慈溪人，慈溪市杭州湾航丰自来水有限公司工程师，研究方向：城市污水处理工艺优化设计。