生物除磷法

一、生物除磷法發展

西元1932年Wuhrman研究員，其利用內源脫硝機制開發了（Oxic/Anaerobic, O/A）技術，為爾後脫氮除磷技術之發展，奠定了相當重要之基礎。隨著生物學之 發展及人們對於生物技術漸漸有能力掌控之下，對於廢污水之生物除磷技術，以生 物學的基礎為出發點不斷地創新和改良。表2-5為參閱大量國內外有關廢污水生物除 磷文獻資料後，綜述了生物除磷技術之特點及發展趨勢，期待藉由不斷的發現及解 決問題之下，努力發展出高效能、經濟且成熟之生物除磷技術。

表 2-5 生物除磷法相關研究一覽表

研究者 年代 研究內容

Wuhrman 1932 利用內源脫硝機制開發了（Oxic/Anaerobic, O/A）技 術，為爾後之脫氮除磷技術發展奠定了基礎。

Greenburg et al. 1955 首次提出活性污泥『超量攝磷』理論。

Srinath et al. 1959 首次提出污水生物除磷現象。

Luclzack and

Ettinger 1960 首次提出（Anaerobic/Oxic, A/O）技術。

Shapiro and

Levin 1965

Barnard 1975

提出生物除磷之關鍵性運轉條件。指出磷的厭氧釋 放，係磷『生物超量攝取』之前提條件，而磷釋放只 有在較低的ORP（氧化還原電位）下才能實現。

Barnard 1976

又提出了Bardenpho改良版，即為Phoredox技術，也就 是A2O（Anaerobic/Anoxic/Aerobic）技術，至此生物除 磷技術得以迅速發展。

Timmerman 1979 在生物除磷污泥中發現了PHB之存在。

Nicholls and

Osborn 1979

2.提出了 PAOs（Phosphorus Accumulating Organisms）

兩類菌屬學說，一類 PAOs 只能以氧氣作為電子受 體，而另一類既能以氧氣又能以硝酸鹽作為電子受 體，同時進行脫氮除磷作用。

註：本表為研究者依據文獻彙整而成。

二、原理

依據Levin & Shapiro (1965) ; Siebrix et al. (1983) ; Comeau et al. (1986) ; Satoh et al. (1992) 等多篇有關生物除磷法之文獻，茲彙整說明如下：

廢水生物除磷起源於生物超量攝取除磷現象的發現，而生物除磷之原理主要經 由下列兩部份作用進行：

1. 藉由磷積蓄菌（Phosphorus Accumulating Organisms, PAOs）在正常新陳 代謝作用下去除。PAOs 的攝磷及釋磷能力比普通活性污泥高出許多；

在整個攝磷過程中，能夠將磷轉化為自身之組成成份而形成大量之細胞 增殖，最終透過排放剩餘磷污泥而達成除磷目的。

2. 根據 PAOs 在厭氧段進行釋磷及好氧段超量攝磷過程去除。由於在厭氧 條件下，PAOs 生長受到抑制，其利用細胞內磷酸鹽聚合物水解為正磷 酸鹽 (PO43--P) 釋放於細胞外，並從中獲得能量，一部份用於維持在厭 氧環境下之生命活動，另一部分用於吸收廢水中之有機碳源低分子揮發 性脂肪酸（Volatile Fatty Acids, VFAs）後，將碳氫化合物等轉化為聚-β-羥基丁酸（PHB），同時釋放出磷。而在好氧條件下，依其生理需求超量 的從外部環境中吸收溶解態之正磷酸鹽並積聚於細胞內；此磷積蓄菌超 量攝磷所需之能量主要來自PHB之降解，在形成高磷含量之污泥後，透 過排泥過程而達到除磷目的，此即成為生物除磷之原理。這種在有氧條 件下攝取磷，在厭氧條件下釋放磷之原理，目前己被普遍接受。圖2-5為 生物除磷機制圖解。

圖 2-5 生物除磷機制

資料來源：研究者依文獻繪製

PO4

3-PHB

Poly-p O2、NO^3- 磷積蓄菌

能量

PHB

Poly-p

PO4

3-磷積蓄菌

能量

厭氧環境：釋磷，吸收有機 物合成並貯存PHB。

好氧環境：攝磷，氧化PHB 合成聚磷。

VFA CO2＋H2O

Fuhs & Chen (1975) 是 最 早 提 出 從 活 性 污 泥 中 分 離 出 來 之 聚 積 蓄 菌 Acinetobacter sp.，在生物除磷過程中發揮著重要作用，另依據 Suresh & Warburg (1985) ; Streichan et al. (1990) ; Auling et al. (1991) 研究指出利用生物選擇分離和鑑 定技術，其所分離出來之微生物中，有些微生物之聚磷能力比 Acinetobacter sp.還 強，例如 Pseudomonas vesicularis 等。嚴格說來，在整個生物除磷過程中，許多學 者有著不同的看法，有些學者認為 PHB 是除磷之關鍵，當廢水中之 BOD/TP > 20

表 2-6 都市污水生物除磷技術比較

Bardenpho 75~90

z 優點：

Phoredox 70~80

為Bardenpho 技 術 之 改 良 ， 主 要 差 別 在 於 Phoredox處理程序，於缺氧槽前增加了一個厭氧 槽，用以確保磷的釋放。

Phostrip 90~95

技術特色為與化學沈澱結合之生物除磷程序。