中小城市污水化學除磷技術的實踐操作

摘要：水體的富營養化現象已成為人類所面臨的嚴重的水環境問題之一，降低城市污水中磷含量是防止水體富營養化的主要途徑之一，該文作者主要介紹幾種化學除磷技術，以供城市污水處理廠予以考慮參考。

關鍵詞：污水；化學除磷；技術

在靜止的或流動緩慢的水體中，如果磷的濃度過高，會造成水體的富營養化，其危害已眾所周知，水體的富營養化現象已成為人類所面臨的嚴重的水環境問題之一。國際上的經驗表明，城市污水磷含量約占流入地表水體總磷負荷的34%，因此降低城市污水中磷含量是防止水體富營養化的主要途徑之一。

磷有著不同于氮、硫的性質，無論它的氧化態還是還原態都不可能成為氣態而被排放到空氣中。因此，各種除磷方法，其實原理都是通過把污水中的磷轉化為固體物（或原固體物的一部分）而將磷除去。目前污水除磷主要有化學除磷和生物除磷兩大類方法，本文主要介紹各種化學除磷技術。

一、化學凝聚沉淀除磷技術

化學凝聚沉淀法是采用最早、使用最廣泛的一種除磷方法。化學凝聚沉淀除磷的基本原理是通過投加化學藥劑形成不溶性磷酸鹽沉淀物，然后通過固液分離從污水中去除。磷的化學沉淀通常分為4個步驟：沉淀反應、凝聚作用、絮凝作用、固液分離。沉淀反應和凝聚過程在一個混合單元內進行，目的是使沉淀劑在污水中快速有效地混合。常用的沉淀劑主要有鈣鹽（石灰）、鋁鹽（硫酸鋁、聚合氯化鋁）、鐵鹽（氯化亞鐵、氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵）以及現在發展較快的無機有機復合型絮凝劑等。一般認為磷酸鹽沉淀是配位基參與競爭的電性中和沉淀。鈣鹽除磷是向含磷污水中投加石灰，由于形成氫氧根離子，污水pH值上升，與此同時，污水中的磷與石灰中的鈣產生反應，形成沉淀。該法實際上是水的軟化過程，所需的石灰投加量僅與污水的堿度有關，而與污水的含磷量無關。

鋁鹽除磷的原理一般認為是當鋁鹽分散于水中時，這些鋁的多核絡合物往往具有較高的正電荷和比表面積，能迅速吸附水體中帶負電荷的雜質，中和膠體電荷、壓縮雙電層及降低膠體電位，促進了膠體和懸浮物等快速脫穩、凝聚和沉淀，表現出良好的除磷效果。鋁鹽除磷處理適用pH為5.0-8.0，理想pH為5.8-6.9，最佳pH為6.3。鐵鹽除磷的投加量取決于溶解氧、pH值、生物酶、硫和碳酸鹽含量等。傳統的鐵鹽混凝劑有硫酸鐵、三氯化鐵、硫酸亞鐵等，新型的鐵鹽混凝劑主要有聚合硫酸鐵、聚氯硫酸鐵、聚合氯化鋁鐵等，是近年來發展較快的水處理混凝劑。用聚合氯化鋁鐵混凝劑對城鎮生活污水進行處理，處理后磷含量低于0.5nag/L，達到生活污水國家一級排放標準。

采用鎂鹽作沉淀劑，處理含磷和氨氮的污水，可同時去除污水中的氨氮和磷酸鹽，生成可用作肥料的沉淀物一磷酸銨鎂，當ph值提高到10.5時，氮和磷的去除率分別可以達到83%和97%鎖磷劑是一種新型水體除磷固磷劑，其主要是由改性黏土和稀土鑭的化合物組成的混合物。改進生黏土的主要成份是氧化硅和氧化鋁為主的膨潤土，其中含有少量的氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵等。鎖磷劑的主要作用原理是，由鎖磷劑中的化學活性成分鑭化物與水體中的磷酸根反應，生成溶解度極低的難溶磷酸鑭沉淀，并附著在改性黏土顆粒載體上，而后隨黏土顆粒緩慢沉降到水體底部。由于其形成的難溶磷酸鹽性能十分穩定，因而可使所處理的磷長期固化在沉淀底泥中，不產生二次釋放污染。同時，這也有利于底泥的清理和回收利用“磁種-高梯度磁分離”。

二、結晶除磷技術

結晶法除磷是向已投加鈣鹽的含磷污水中添加一種結構和表面性質與難溶磷酸鹽相似的固體顆粒，破壞溶液的亞穩態，使磷酸鹽以實用的速度結晶沉淀，從而達到除磷目的。磷離子在水中與鈣離子發生反應生成各種形式的磷酸鈣，當存在上述離子污水的pH值呈堿性時，則以堿式磷酸鈣（羥基磷灰石）的形式存在。由于磷灰石的溶解度隨堿度的升高而降低，因此升高污水的PH值，使處于亞穩態的范圍內的磷離子與晶種接觸，在晶種表面產生磷灰石而析出，從而使污水中的磷濃度下降，達到除磷的目的。

影響結晶法除磷的主要因素為污水PH值、反應器的除碳酸效果及晶種的好壞。動態運行時，水力負荷是一個重要因素。對于生活污水的二級處理出水，利用曝氣吹脫二氧化碳。提高污水PH值至8左右，可防止結晶床的氧化鈣的結垢，并能使出水磷濃度達到一級處理出水標準。對于固定結晶床，磷去除率隨水力負荷的增加而下降，但在一定范圍內仍能保持較高的去除率。

三、吸附除磷技術

吸附法除磷是利用某些多孔或大比表面積的固體物質對水中磷酸根離子的親和力來實現的污水除磷工藝。磷通過在吸附劑表面的物理吸附、離子交換或表面沉淀過程，實現磷從污水中的分離，并可進一步通過解吸處理回收磷資源。吸附法除磷工藝簡單，運行可靠，可以作為生物除磷法的補充，也可以作為單獨的除磷手段。除磷吸附劑一般分為天然吸附劑和合成吸附劑兩類。天然吸附劑有：粉煤灰、鋼渣、沸石、凹凸棒石、海泡石、活性氧化鋁等；另一類是合成吸附劑，合成除磷吸附劑擴大了吸附材料的選擇范圍，現在已有Al、Mg、Fe、Ca、Ti、za和la等多種金屬的氧化物及其鹽類作為選擇材料受到研究。

海泡石是一種多孔狀富鎂硅酸鹽黏土礦物，具有平行纖維隧道孔隙，其孔隙體積占纖維體積的二分之一上。將酸化后的海泡石通過熱處理制得的海泡石復合吸附劑，在pH值1～6之間對模擬污水中磷的去除率達到98%，對洗滌污水中磷的吸附容量大。

沸石復合吸附劑是將無機鋁鹽、鎂鹽等與沸石混合，經過一系列物理化學方法處理，使沸石表面形成水合鎂。含有水合鎂的沸石對磷酸根具有良好吸附性能，沸石復合吸附劑對磷有良好的吸附能力，用其處理含磷污水時，去除率可達90%以上，但對多聚磷酸鹽的處理效果欠佳。

活性氧化鋁是一種研究較多并得到實際應用的除磷吸附劑。對活性氧化鋁處理磷酸鹽進行研究后發現，活性氧化鋁對磷的吸附容量可以達到10mg/g，是活性炭的3～9倍。海綿鐵是一種新型水處理材料，它是由精礦粉和氧化鐵經過研磨、磁選后再經過高溫燒結、冷卻、沖洗、破碎和篩選而得到的多孔狀顆粒物質，其主要成分為鐵氧化物。與傳統的鐵屑濾料相比，海綿鐵具有比表面積大、比表面能高以及較強的電化學富集、物理吸附以及絮凝沉淀等優點。

污水除磷可有效防止水體富營養化，在眾多污水化學除磷技術中，結晶法因需要增加處理設備，在資金不寬裕的情況下不易被采用。化學凝聚沉淀法易于在現有條件下實施，在我國目前狀況下是值得推廣和應用的方法之一。吸附法的關鍵是吸附劑性能，大多數吸附劑的研制集中在對天然材料進行表面改性，但材料改性工藝復雜，不太適合大規模生產和應用，因此，吸附除磷技術需要進一步開發類似沉降泥渣這樣經濟、技術兩方面都滿意的吸附材料。

（編輯：ZK）