城市污水處理廠除磷主要是依靠生物除磷，現階段主要為在好氧段前增加厭氧段，使聚磷菌交替處于厭氧和好氧狀態，實現磷酸鹽的釋放與吸收，并通過排放剩余污泥來達到除磷目的。在生物除磷難以達標的條件下，還可以考慮投加化學藥劑來輔助除磷。化學除磷主要是通過混凝、沉淀和過濾等方法使磷成為不溶性的固體沉淀物，從污水中分離出來。
導致生物除磷出水總磷超標的原因涉及許多方面，主要有：
（1）污泥負荷與污泥齡
厭氧-好氧生總磷物除磷工藝是一種高F/M低SRT系統。當F/M較高，SRT較低時，剩余污泥排放量也就較多。因而，在污泥含磷量一定的條件下，除磷量也就越多，除磷效果越好。
對于以除磷為主要目的生物系統， SRT為10～15d。但是，SRT也不能太低，必須以保證BOD5的有效去除為前提。
（2）BOD5/TP
要保證除磷效果，應控制進入厭氧區的污水中BOD5/TP大于20。由于聚磷酸菌屬不動菌屬，其生理活動較弱，只能攝取有機物中極易分解的部分。因此，進水中應保證BOD5的含量，確保聚磷酸菌正常的生理代謝。但許多城市污水處理廠實際進水存在碳源偏低，氮、磷等濃度較高等現象，導致BOD5/TP值無法滿足生物除磷的需要，影響了生物除磷的效果。
（3）溶解氧
厭氧區應保持嚴格厭氧狀態，即溶解氧低于0.2mg/L，此時聚磷菌才能進行磷的有效釋放，以保證后續處理效果。而好氧區的溶解氧需保持在2.0mg/L以上，聚磷菌才能有效吸磷。因此，對于厭氧區和好氧區溶解氧的控制不當，將會極大影響生物除磷的效果。另外，有些污水處理廠的進水為河道水，污水中溶解氧含量較高，若直接進入厭氧區，則不利于厭氧狀態的控制，影響了聚磷菌放磷效果。
（4）回流比
厭氧-好氧除磷系統的的回流比不宜太低，應保持足夠的回流比，盡快將二沉池內的污泥排出，防止聚磷菌在二沉池內遇到厭氧環境發生磷的釋放。在保證快速排泥的前提下，應盡量降低回流比，以免縮短污泥在厭氧區的實際停留時間，影響磷的釋放。
在厭氧-好氧除磷系統中，若污泥沉降性能良好，則回流比在50～70%范圍內，即可保證快速排泥。
（5）水力停留時間
污水在臭氧厭氧區的水力停留時間一般在1.5～2.0h的范圍內。停留時間太短，一是不能保證磷的有效釋放，二是污泥中的兼性酸化菌不能充分地將污水中的大分子有機物分解成低級脂肪酸，以供聚磷菌攝取，從而也影響了磷的釋放。
污水在好氧區的停留時間一般在4～6h，這樣即可保證磷的充分吸收。
（6）pH
低pH有利于磷的釋放，高pH有利于磷的吸收，而除磷效果是磷釋放和吸收的綜合。因此在生物除磷系統中，宜將混合液的pH控制在6.5～8.0的范圍內。由于對出水總磷指標要求的不斷提高，除生物除磷外，化學除磷也得到越來越多的應用。但化學除磷在提高除磷效果的同時，也會因投加化學藥劑而使剩余污泥量大大增加，處理成本提高，因此目前采取生物和化學相結合的方式是比較合理的選擇。
利用污水處理智慧運行工作站通過呼吸圖譜技術，最大程度提高生物除磷的基礎上，再根據出水水質，少量投加化學除磷藥劑，既保證了出水達標，又節省了大量藥劑費。
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