近年来,关于磷酸盐还原工艺的研究主要集中于磷化氢的发现和检测手段。应用磷酸盐还原工艺进行污水除磷才刚刚开始入手研究,相关研究尚不完善且存在着相互矛盾的现象。而磷酸盐还原反应的机理研究尚不清楚,普遍认为是微生物作用的结果。因此磷酸盐还原工艺的深入研究成为除磷工艺突破的当务之急。本课题首先对厌氧污泥在UASB反应器内经过90天的培养和驯化,COD去除率稳定在87.99%,磷酸盐去除率稳定为59.49%,磷酸盐去除速率高达为21.11mg/(L·d),具有较好的污水处理效能。污泥的MLSS及MLVSS前期下降,然后达到稳定,后期有小幅度上升,出水澄清度较好。这说明本工艺中存在污泥增殖,但是增殖量较小。整个系统产气分别经过色谱分析法和化学检测法鉴定为磷化氢气体,证明了磷酸盐还原反应的发生。经过90天的驯化,含有磷酸盐还原菌的厌氧污泥已在UASB反应器中驯化成功。随后,采用二次冷阱-气相色谱法对系统产生的气体做定性鉴定,明确了磷酸盐还原的最终产物是磷化氢。进一步采用化学吸收-钼锑抗分光光度法对系统产生的磷化氢做定量检测,分析过程中磷化氢的累积产量。采用UASB动态反应器和静态反应器组对磷酸盐还原工艺进行动态和静态的运行研究。主要对磷酸盐还原反应的工艺参数做出细致的探究:1.试验研究了磷酸盐还原反应的前体物质,在所选用的6种无机磷源(分别为黄磷单质,次磷酸钠,亚磷酸钠,磷酸二氢钾,磷酸氢二钾,六偏磷酸钠)中,所有磷素都可以产生磷化氢,是磷酸盐还原菌可用的磷源,但磷酸盐还原效能的发挥各有不同:以磷素去除效率为指示标准,效率最高的磷源为磷酸二氢钾,磷素去除效率为69.72%;以磷素去除速率为指示标准,速率最高的磷源为次磷酸钠,磷素去除速率为5.76mg/(L·d);以磷化氢产量为指示标准,产量最高的磷源为次磷酸钠,磷化氢产量为401.1μg。据反应过程的磷素平衡分析,磷酸盐还原反应可能是—个缓慢的过程,且低价态磷素更容易被还原成磷化氢。2.试验研究了磷酸盐还原所需要的氮素来源及其营养比例,当铵盐为唯一氮源时,最佳氮磷比为4/1,此时磷酸盐去除率为79.03%,铵盐不足将导致磷酸盐还原反应中途停滞,铵盐过剩对系统没有促进效果,铵盐的存在是磷酸盐还原菌必须的营养因素之一。当硝酸盐为氮源时(同时要添加一定浓度铵盐),最佳氮磷比为1/1(这里指NO3-与PO43-的比值),此时促进磷酸盐还原反应,磷酸盐去除率为83.33%;平衡氮磷比为2/1,此时表现为促进作用与抑制作用的等衡;超过平衡状态,继续添加硝酸盐,磷酸盐还原反应被抑制,且添加的硝酸盐浓度越高,抑制效果越显著。3.试验研究了磷酸盐还原所需要的碳素来源及其营养比例,在厌氧状态下,试验所选用的6种碳源(甲醇,乙醇,甲酸钠,乙酸钠,葡萄糖,淀粉)中,磷酸盐去除率较高的碳源为甲醇和乙醇,最高磷酸盐去除效率为82.28%。以葡萄糖为碳源时,最佳碳磷比为120/1,此时磷酸盐去除率为79.78%,产生磷化氢82.0μg。在缺氧状态下,磷酸盐去除率较高的碳源为甲醇和乙醇,最高磷酸盐去除效率为84.57%。以葡萄糖为碳源时,最佳碳磷比为16/1,此时磷酸盐去除率为87.06%,产生磷化氢101.6μg。过低的COD浓度将无法使反应进行完全,过高的COD浓度使环境酸化并促使专性厌氧菌抑制磷酸盐还原菌的活性。4.磷酸盐还原反应最佳温度为31℃时,此时磷酸盐去除率为69.72%,产生磷化氢82.0μg,12时瞬时的磷酸盐去除速率为4.45mg/(L·d),24时的磷酸盐去除速率依然高达3.92mg/(L·d)。实际工艺中,由于气温的波动,可控制其所在的反应池中温度介于28℃到31℃之间,低温(环境温度低于11℃)可导致系统崩溃,高温(环境温度高于37℃)可导致菌种失活。5.磷酸盐还原反应最佳pH值为8.0,磷酸盐去除效率为70.12%,产磷化氢为93.3μg;pH值为7.5次之,磷酸盐去除效率为69.72%,产磷化氢为82.0μg。过高或过低的pH值阻碍磷酸盐还原反应,极端的pH值破坏微生物生理生化性质使其失活,也改变了微生物之间的种间作用或环境条件而导致其效能降低。6.磷酸盐还原反应最佳的氧化还原电位为-130mv到-170mv之间的缺氧环境。厌氧环境也可使磷酸盐还原菌正常生存,但好氧环境会阻碍磷酸盐还原反应的正向进行。最终,笔者将以上得到的结果,基于模拟的生活污水水质,应用磷酸盐还原工艺进行污水处理试验,得到较好的处理效果,出水水质中有机物、氨氮浓度可满足城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918)中一级标准A的出水要求,磷酸盐去除效率仍然有待进一步加强。磷酸盐还原工艺由于其适用于缺氧或厌氧环境,可以作为A20工艺的厌氧池或缺氧池中主要处理工艺,用于专门进行除磷。