磷是生物圈中重要的元素之一，對于細胞組成、遺傳物質的組成和能量的貯存有著一定的作用。傳統(tǒng)活性污泥法中，磷參與微生物菌體的合成，成為菌體的一部分，微生物作用下將有機物通過礦化作用轉化為無機磷，無機磷以可溶性和不可溶性磷酸鹽的形式存在。它們再發(fā)生相互的轉化，構成了磷的循環(huán)，并以剩余的污泥的形式排除而去除污水中的磷。但僅能獲得10%~30%的除磷效果，大量的磷導致水體的富營養(yǎng)化。
從水體中藻類對氮磷、磷的需要的關系看，對于內陸水體，磷是水體富營養(yǎng)化的主要限制因素，一般認為磷也是溫帶海灣以及大多數(shù)熱帶海域富營養(yǎng)化的限制因素，因此控制磷的濃度尤為重要。為控制水體富營養(yǎng)化，污水廠出水的磷含量必須達到一定標準，而且無論在國內還是在國外，此標準日趨嚴格。我國《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）的以及標準為磷酸鹽（以P計）≦0.5mg/L，二級標準為磷酸鹽≦1.0mg/L。所以今后大多數(shù)污水處理廠都要考慮生物或化學除磷，以控制出水總磷（TP）的濃度。除磷工藝的目的都是將可溶性磷轉化為懸浮性磷，以便將其滯留?，F(xiàn)代污水除磷技術是利用磷的循環(huán)轉化為過程，使廢水中的磷轉化為不溶性的磷酸鹽沉淀，或利用細胞合成，將磷吸收到污泥細胞中的過程。前者稱為化學法除磷，后者稱為生物法除磷。在此僅介紹生物除磷的方法。
傳統(tǒng)生物除磷機理認為：在厭氧環(huán)境下，聚磷菌只能利用污水中的易于被生物降解物質，其他都要經(jīng)水解/發(fā)酵后轉化為乙酸等VFA后才能被聚磷菌利用。而在缺氧環(huán)境下，反硝化菌先與聚磷菌利用這類有機物進行脫氮，導致積磷菌PAO釋放的充分程度和合成的PHB量是隨后好氧條件下過量攝磷的充分條件和決定性因素，因此系統(tǒng)的除磷效率取決污水中的易于被生物降解的溶解性有機物的多少。一般進水溶解性BOD/TP≥15時才能保證出水磷含量小于1mg/L,而實際上污水中這類有機物有限，這部分碳源相對不足導致整個系統(tǒng)脫碳除磷效率不佳?；谝陨显?，研究者們進行了大量的工藝改進，將除磷和脫碳在空間或時間上分開，即在不同反應器或同一反應器的不同時間段，分別設置厭氧、缺氧、好氧環(huán)境來滿足脫氮與除磷要求。這樣做一方面是為了使PAO能夠優(yōu)先攝取到污水中的VFA，盡可能充分地釋放磷，聚積PHB；另一方面勁量避免脫氮過程中從好氧段回流來的混合液中硝酸鹽與PAO接觸，以消除硝酸鹽對除磷過程所造成的不良影響。磷不同于氮，不能形成各種氧化體或還原體，但具有以固體狀態(tài)和溶解狀態(tài)互相混合轉化的性能，磷的去除既以此為基點。
污水中的磷主要來源于各種洗滌劑、農(nóng)業(yè)化肥生產(chǎn)、工業(yè)原料及人體的排泄物，尤其是中水回用過程中磷的問題更加嚴重。一般生活污水的含磷量在10~15mg/L,約70%是可溶性的，生物生長過程中需要一定濃度的磷作為合成的營養(yǎng)元素并以生物生長所需要的磷量，導致磷的過量。磷不經(jīng)處理就排入水體會導致水體的富營養(yǎng)化，同時，當中含有的化學合成洗滌劑，對天然水體的生態(tài)系統(tǒng)造成直接的破壞，使城市及周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境趨于惡化。對其進行凈化后處理作為中水水源，即減少了供水量，又減少了同等的排污量，減輕了對天然水體的污染，經(jīng)凈化處理后可以作為清潔、沖廁、綠化和景觀用水，在實際應用中會產(chǎn)生明顯的環(huán)境效益，也負荷可持續(xù)發(fā)展的長遠規(guī)劃。
一、生物除磷機理
針對生物除磷問題，目前有代表性的一種說法是生物誘導的化學沉淀作用，一般傾向于后者。
生物除磷是將活性污泥法和厭氧生物選擇器相結合，通過生物選擇器篩選出能在好氧條件下超量吸收磷的細菌——聚磷菌，普通細菌結構需要的磷為其質量的2.3%，而局磷菌體內的磷含量可達8%以上。生物除磷的機理如下：在厭氧區(qū)，兼性菌通過發(fā)酵作用將溶解性BOD轉化為VFA，積磷菌在厭氧不利條件下將積在體內的聚磷釋放分解，所釋放的能量供積磷菌在厭氧條件下存活，同時聚磷菌吸收VFA，將其運送到細胞內，同化成PHB/PHA，磷酸鹽釋放產(chǎn)生能量供應。在好氧區(qū)，聚磷菌以聚磷的形式貯超出生長所需的磷量，通過PHB/PHA的好氧氧化代謝產(chǎn)生能量，用于磷的吸收和聚磷的合成。
環(huán)境中有溶解磷存在時，一部分能量供其主動吸收磷酸鹽，污泥中的非積磷鹽的好氧性異氧細菌也能利用廢水中殘留的有機物進行氧化分解，釋放能量供它生長繁殖，但因大部分有機物被積磷菌吸收、利用，所以不占優(yōu)勢。一部分磷回流到厭氧區(qū)，再次發(fā)生上述的磷和能量的釋放并攝取有機物，另一部分含富磷的污泥將在后續(xù)的工藝中去除。
近年來又發(fā)現(xiàn)一種兼氧性厭氧反硝化除磷細菌DPB還能在缺氧條件下攝磷。與PAO不同的是，氧化細胞內儲存PHA時的電子受體不同，PAO的電子受體為氧，DPB的電子受體為NO3.因此DPB在缺氧環(huán)境下攝磷，使得攝磷的反硝化這兩個不同的生物過程借助于同一細菌在同一環(huán)境中一起完成，不僅節(jié)省了脫氮對碳源的需求，而且攝磷在缺氧區(qū)內完成可縮小曝氣區(qū)的體積，減少了剩余污泥量。
除磷系統(tǒng)的關鍵是厭氧區(qū)的設置。能量來源于聚磷的水解和細胞內糖的酵解，儲藏的聚磷為基質的主動運輸、乙酰乙酸鹽的形成提供能量。選擇性增殖抑制了絲狀菌的繁殖，使反應池的SVI保持在相當?shù)氐乃健?/p>
