与活性污泥相比，生物膜法形成了一个更为复杂的复合生态系统。在纵向，微生物构成了一个由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物等多个营养级组成的复合生态系统^［1］；在横向，沿着液体到填料的方向，构成了一个附着好氧型、附着兼氧型和附着厌氧型的多种不同活动能力、呼吸类型、营养类型的微生物系统，因而生物膜法具有更节能、更强的抗冲击负荷能力，具有较大的单位体积生物量、较长的固体停留时间(SRT)和剩余污泥量少且易于沉淀以及运行管理方便等优点。许多研究证明，固定填料和悬浮填料的连续流淹没式生物膜法(CF—SBR)A/O工艺都具有较高的有机物去除率和脱氮率，而除磷率却很低^［1～5］，这是由于在CF—SBR的缺氧区降解有机物和进行反硝化的异养菌为优势菌属，而在好氧区以硝化为目的的自养硝化菌为优势菌属，微生物在空间上持续地处于单一状态而不能处于A/O交替的状态，所以除磷菌难以在CF—SBR中生长。但是，笔者研究的淹没序批式生物膜法(SB—SBR)具有较好的除磷率［6］。
　　一些现代生物除磷机理的观点认为：在厌氧条件下，除磷菌处于压抑状态而分解体内的多聚磷酸盐产生能量，并放出磷酸盐以维持除磷菌的代谢，同时将胞外有机酸摄入胞内并合成聚β—羟基丁酸(PHB)；合成PHB的能量来自聚磷酸盐分解过程中产生的三磷酸腺苷(ATP)；压抑状态越长，磷释放越彻底，同时也可在胞内合成更多的PHB。在好氧条件下，除磷菌利用分解胞内PHB产生的ATP将废水中的磷酸盐过量摄取到胞内，并转变成聚磷酸盐。由于厌、好氧的交替，除磷菌可利用胞内和胞外的能量进行分解代谢和合成代谢，因而在与其他微生物的竞争中占优势，可在系统中大量增殖，形成一种稳定的高效除磷污泥体系。但是，这种观点和相应的生化模式尤其是聚磷酸盐的合成与降解在厌氧、好氧段表现出来的特点和规律还缺乏验证，因此有必要对生物除磷机理做进一步的验证和探讨。

1 试验装置

　　 试验装置如图1所示。

　　试验所用的反应器用有机玻璃制成，内径为15 cm，有效容积为18 L，其中沉淀池为2 L。试验进水的TP平均为10.0 mg/L、COD为370.0 mg/L，温度为25 ℃，好氧状态的DO平均为5.5 mg/L。载体装填密度为30%，反应器中的纤维载体的比表面积为2.66m² /L。
　　生物膜培养采用A/O交替运行方式，历时3个月，菌种取自一般活性污泥工艺。稳态运行工况为：进水—厌氧3 h—好氧6 h—出水。

2 核磁共振(NMR)验证生物除磷机理

　　如同紫外、红外吸收光谱一样，NMR(Nuclear Magentic Resonance)波谱也是一种吸收光谱。红外吸收光谱来源于分子振动——转动能级间的跃迁，而核磁共振波谱则是来源于原子核 能级间的跃迁(只有在强磁场作用下才发生能级裂分)，当吸收的辐射能量与核能级差相等时就发生能级跃迁，辐射能量被吸收，从而产生核磁共振谱。由于核周围分子环境不同会 使共振频率发生化学位移(实际中采用样品与标准物质共振频率的相对差一般是10-6数量级)，化学位移是确定分子结构的一个重要信息，主要用于基团鉴定。基团具有一定 的特征性，处在同一类基团中的磷核其化学位移相似，因而其共振峰在一定范围内出现，即各种基团的化学位移具有一定的特征性，所以根据化学位移可以确定基团，根据谱峰高度 变化可定性说明该组分的浓度变化。
　　因此，试验采用31P—NMR技术来研究不同条件下生物膜中微生物细胞内各种形态的磷化合物随时间的变化。
2.1 试验方法
　　① 试验材料
　　随处理工艺、反应条件和原水的不同，生物膜或活性污泥中起除磷作用的细菌种属、优势菌属也不同。也就是说，优势除磷菌属与其所处的生态环境有很大关系，试验中生物膜中的优 势除磷菌属为假单胞菌属、气单胞菌属。
　　菌种取自SBR除磷生物膜反应器填料上的生物膜，这些菌种都是经过多次厌氧、好氧交替后，放磷和吸磷能力均得到提高的驯化菌种。以牛肉膏为培养基，用不含NO-3的蒸馏水稀 释到溶液含BOD为600 mg/L进行试验。
　　② 装置
　　NMR采用瑞士BRUCKER公司的AC80型，用36.43 MHz分析。为了进行强度比较，加几滴D₂O(重水)于培养基中(由于质子与氘核交换作用，可消除-OH、-NH2等的谱峰)，再加六甲 基磷酸酰胺(HMPA)，这种HMPA在+25×10-6处有一谱峰，从而成为生物学上磷化合物的外部标准，参考样品采用85%的正磷酸。其扫描范围为6 000 Hz、捕捉时间为0.17 s、脉 冲为80、衰减为6 Hz的指数关系相乘，累计转数从10000转到20000转，温度为27 ℃，化学位移为10-6。取培养菌种污泥3 000 mg经5 min离心分离后，装入10 mm样品管 。