生物脱氮除磷：水处理微生物的关键

7.6.3.1　水体的富营养化

水体富营养化是指大量溶解性盐类（主要是硝酸盐和磷酸盐）进入水体，使水中藻类等浮游生物大量生长繁殖，而后引起异养微生物旺盛代谢活动，耗尽了水体中的溶解氧，水质变差，导致其他水生生物死亡，破坏水体生态平衡的现象。

水体的富营养化，实质上是生态系统受到了污染造成的，主要受排放的生活污水和含N、P较高的工业废水和农田冲刷水的污染。任何天然水体都不是与周围环境隔绝的封闭系统，地表污染，尤其是因耕作施肥，形成的径流有可能污染地表水；二级生化处理厂的出水中无机氮和无机磷（硝酸盐和磷酸盐）超标也会污染地表水，导致湖泊河流甚至海湾的富营养化。水体中的磷只要超过0.01mg/L或氮超过0.2～0.3mg/L时就可使水体开始富营养化。但是，水中可溶解性盐类的“本底含量”往往会超过0.01mg/L，有不少水体的本底含量会达到0.5mg/L。所以，至少在富营养化的初期阶段，氮也许是富营养化的主要因素（N∶P=15∶1）。水体中的氮主要以和有机氮的形式出现。这些养分的相对比例不仅取决于流入水体中的水，也取决于生物转化作用。

水体富营养化的危害很大，可破坏水体自然生态平衡，它不仅给渔业等生产造成重大的经济损失，而且还会危害人类的健康。藻类过度繁殖，死亡后的藻类有机体被异养微生物分解，消耗了水中的大量溶解氧，使水中溶解氧的含量急剧下降，同时，由于水面被藻类覆盖，影响大气的复氧作用，使水中缺氧，甚至造成厌氧状态。此外，水体中藻类大量繁殖，也会阻塞鱼鳃和贝类的进出水孔，使之不能进行呼吸而死亡。这些因素将导致鱼类等水生生物因缺氧而窒息死亡，引起水面鱼尸漂浮；死亡的藻类被微生物分解放出胺类物质，产生严重的尸腐味；使水体处于厌氧状态而产生H2S臭气。

7.6.3.2　富营养化中微生物的作用

水体中原核藻类和真核藻类刚毛藻属能以一定速度消耗CO2而使水体的碱性提高，pH值大于8，碱性提高会使蓝绿藻增长。蓝绿藻大量繁殖，不利于其他浮游植物的生长，会导致某些鱼类从生态系统中消失。在藻类大量增长时，食草甲壳纲水蚤属往往可以延缓富营养化过程。当藻类生长达到一定密度时，CO2就成为限制性因素，浮游植物迅速死亡，会减少大量的溶解氧（DO），致使鱼类无法生存。在水体富营养化过程中，需氧和兼性厌氧的革兰氏阴性杆菌占优势，其中包括多种菌属，如假单胞菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属、产真菌属等。

控制水体富营养化的最根本措施是加强对生态环境的管理，制定法规时，对污水的排放一定要严格控制，一般应达到二级处理排放标准，并应逐渐达到深度（三级或接近三级）处理标准，以减少N、P含量。

7.6.3.3　脱氮除磷中的微生物

1.生物脱氮及参与的微生物

某些工业废水和生活污水中的有机氮经微生物降解为无机的NH3。在好氧条件下NH3会被亚硝酸菌和硝酸菌氧化成亚硝酸盐和硝酸盐。大量硝酸盐排入水体就会导致富营养化，也就污染了给水水源。(www.xing528.com)

目前常采用的生物脱氮的流程是首先经过硝化过程，然后利用反硝化细菌进行反硝化，将和转化为N2。N2逸入大气，完成脱氮过程，能进行反硝化作用的细菌绝大多数是异养型的厌氧菌，它们需利用有机物作为反硝化过程中的电子供体。

2.生物除磷及参与的微生物

自然界中有很多细菌，能从外界环境中吸收可溶性的磷酸盐，并在体内转化合成多聚磷酸盐积累起来，作为储存物质。

20世纪70年代末，有些学者，如Fuks和Chen，发现多种有明显除磷能力的细菌，统称除磷菌，如不动杆菌。它们在有氧环境中，能超量摄取磷，按一般细菌的分子式估算，其细胞中含磷量为2.3%，而除磷菌可摄取约为正常需磷量的10倍以上。

实验表明，活性污泥在厌氧、好氧交替条件下运行时，在活性污泥中可产生所谓的“聚磷菌”。聚磷菌在好氧条件下可超出生理需求过量摄取磷，形成多聚磷酸盐作为储存物质，同时在细胞分裂繁殖过程中利用大量磷合成核酸，即

使生成的活性污泥在好氧条件下利用磷的量比普通活性污泥（MLSS中的含磷量为1%～2%）高2～3倍。

在厌氧条件下，活性污泥中聚磷菌为了获得较多的能量，将积累于体内的多聚磷酸盐水解，产生大量能量。

同时将磷酸盐释放于环境中。

废水的生物除磷原理就是利用所谓的聚磷菌在好氧条件下可过量吸磷，即水中磷富集于活性污泥中；而在厌氧条件下活性污泥中的磷又可释放，即磷主要存在于上层清液中，从而分别通过聚磷剩余活性污泥的排放和含磷上层清液的排放使得磷脱离处理系统，达到生物除磷的目的。此外，在生物除磷过程中BOD5也得到降解。