城市污水处理厂的生物除磷系统设计
随着我国新的《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的颁布实施，强化生物除磷技术(Enhanced Biological Phosphorus Removal，简称EBPR)在新建污水处理厂工程中获得了日益广泛的应用。由于新标准中对出水TP要求高，再加上生物除磷技术复杂，因此它往往成为污水处理厂设计与运行的难点。
有关生物除磷的机理，目前比较一致的看法是聚磷菌(PAO)独特的代谢活动完成了磷从液态(污水)到固态(污泥)的转化。普通活性污泥中磷含量为1.5%～2.0%(P/VSS)，而PAO能将污泥中的磷含量提高到5%～7%，因而生物除磷要求创造适合PAO生长的环境，从而使PAO群体增殖。在工艺上通过在好氧段前设置厌氧段(空间上，如A/O除磷工艺；时序上，如SBR工艺) 使PAO获得选择性增长。PAO获得选择性优势的原因是在厌氧段大量吸收进水中挥发性脂肪酸 (VFAs)，并在体内转化为聚β羟基丁酸(Polyhydroxybutyrate，简称PHB)，使得它在好 氧段无需同其他异养菌争夺水中残留的有机物。
1 泥龄设计
1.1 好氧泥龄
作为一种异养菌，PAO存在的一个必要条件就是要满足其生长所需的最小泥龄。由于PAO是在好氧条件下生长繁殖，故此处的最小泥龄指的是好氧泥龄。PAO的生长速率介于其他异养菌和自养菌(硝化菌)之间，因此其生长所需的最小泥龄也介于两者之间。目前设计中PAO好氧所需的最小泥龄一般按经验选用。图1表示了PAO及硝化菌生长所需的最小泥龄与温度的关系，设计中除了考虑最小泥龄外还应考虑一定的安全系数，其值一般取1.5。
之所以在图1中列出硝化菌生长所需的最小泥龄是因为硝化反应会对PAO生长产生不利影响。若在好氧段发生硝化反应，硝酸盐会随着回流污泥进入厌氧段，使得反硝化细菌同PAO争夺VFAs，从而破坏了PAO的选择性优势。另外，回流到厌氧段的硝酸盐还会 干扰发酵反应，因为反硝化细菌在厌氧条件下会直接利用易降解有机物(1mgNO3-N回流到厌氧段大约有6mgCOD被消耗掉)，从而破坏了其通过发酵反应转化为VFAs的过程。因此，当好氧段发生硝化反应时确定厌氧段泥龄应考虑到由此引起的有机物的额外需求。从图1可以看出，当温度较低时PAO和硝化菌生长所需的最小泥龄相差较大，设计或运行时很容易使系统满足PAO生长而抑制硝化菌的生长，但随着温度的升高两者逐渐接近(＞25℃时两者相等)。VIP、UCT工艺由于能去除回流液中的NO3-N而使PAO具有明显的优势。
在满足最小泥龄的情况下系统的除磷效率会随着泥龄的增加而降低，这是由于：①泥龄增大导致产泥率降低，从而使通过排除剩余污泥去除的磷数量减少；②PAO为维持其 生命活动而分解聚磷导致了磷的二次释放。因此，生物除磷系统在满足PAO生长所需的条件下应选用较短的泥龄。
1.2 厌氧泥龄
PAO在厌氧段完成VFAs的吸附、转移以及体内磷的释放。它在好氧段吸收磷的数量与其在厌氧段吸附VFAs的数量密切相关。若进水中有大量VFAs存在，则PAO对VFAs的吸附可迅速完成，此时厌氧段需要较小的泥龄;而如果进水中仅有一部分VFAs，则需要有机物在厌氧段进行发酵反应产生VFAs，由于发酵反应速度慢，因此发酵反应将成为厌氧段泥龄大小的控制因素。在20℃时若进水中存在所需要的VFAs，则厌氧泥龄可短至0.5d；若进水中不含有VFAs，但含有的易降解有机物通过发酵反应足以产生所需要的VFAs，则厌氧泥龄大约为1.5d(20℃)；若进水中含有部分VFAs(仍需要部分发酵)则泥龄为0.5～1.5d。另一方面，若易降解物质数量不足，则慢速降解有机物尚需先水解，然后再通过发酵反应生成VFAs，此时的厌氧泥龄更长(2.5～3d)。此时，若能把发酵产物(如初沉污泥发酵产物)投入到厌氧池，则会改善除磷效果。
城市污水可根据进水COD浓度来确定厌氧段MLSS数量与系统总的MLSS数量之比(表1)。在MLSS浓度统一的情况下该数量比为厌氧泥龄和系统总泥龄之比。
