廢水除磷工藝發展現狀

林平 顏志偉

摘 要：磷是生物圈中典型的沉積型循環，因此磷酸鹽類物質可被視為不可再生能源。生活廢水、農業廢水、工業廢水中含有大量的磷物質，若不對其進行有效處理，不僅造成了磷資源的浪費，還可能影響環境，導致水體富營養化。本文主要圍繞廢水除磷方法進行探討，對化學沉淀法、生物法、結晶法、吸附法以及離子交換法的原理、特點進行了詳細說明。

關鍵詞：廢水；除磷；化學沉淀；生物法；結晶法

1 概述

磷在生物圈內的循環由巖石風化開始，到水中沉積為止，是典型的沉積型循環。生物圈內的大部分磷，都不同于碳和氮，無法構成循環，因此磷酸鹽就被視為不可再生資源。就當前的開采速度而言，地殼中的磷礦石（P2O5>15%），僅夠100年內使用，而我國的磷礦產資源僅夠70年內使用。另一方面，磷是導致水體富營養化的主要元素，農業廢水、工業廢水及城市污水中均含有大量的磷，造成大量磷資源浪費的同時，還造成了水體富營養化，因此，廢水除磷成為當前十分緊迫的任務，是構建環保型經濟的必須要解決的難題之一。

2 廢水除磷工藝發展現狀

2.1 化學法除磷

化學法除磷主要原理是利用三價或二價金屬離子與廢水中磷化物反應，生成難溶性的磷酸鹽，再通過分離技術，將其與液體分離從而達到除磷的目的，因此化學除磷也被稱為化學沉淀法除磷。該法除磷主要包括沉淀、凝聚、絮凝和固液分離四個部分。按照金屬離子的種類，可分為以下幾種除磷方法：

2.1.1 鈣鹽除磷（Ca2+）

鈣鹽與磷化物反應生成磷酸鈣和羥基磷灰石，尤其是后者是最為穩定的一種物質。該法主要優點為成本低、操作簡單，但對溶液pH的控制要求較為嚴格，一般控制pH=9，此時控制Ca和P的物質的量之比為1.18：1時，能去除99.98%的磷（除了樣品P含量為9500mg/L）；而溶液pH<9時，水中存在的CO32-會與PO43-產生競爭，抑制羥基磷灰石的生成，影響除磷效果。

2.1.2 鐵鹽除磷（Fe3+或Fe2+）

鐵鹽是較常見的除磷藥劑，由于鐵離子（Fe3+）、亞鐵離子（Fe2+）能發生水解反應，因此鐵鹽除磷的表現形式為兩種，一種為Fe3+直接與PO43-反應生成難溶性的鹽，另一種為鐵離子水解生成的多羥基絡合物對磷的的吸附作用，其中前者起主要作用。

2.1.3 鋁鹽除磷（Al3+）

鋁鹽除磷方式與鐵鹽類似，包括直接反應和吸附兩種形式，但不同的是，吸附式除磷占據主導地位。

2.1.4 鎂鹽除磷（Mg2+）

鎂鹽除磷原理為在銨鹽的存在下，與廢水中的磷酸鹽形成難溶解的鳥糞石（磷酸銨鎂MgNH4PO4·6H2O）。生成物中富含的N、P、Mg對于植物的生長具有良好的促進作用，且溶解度小，比較適宜做緩釋肥用，但該法處理后的產物中可能含有重金屬離子，容易導致土壤污染，因此將鳥糞石回收利用是較為合理的一種做法。鎂鹽除磷法是一個產酸耗堿的過程，因此，在使用該法除磷時，應嚴格控制廢水的pH為9.2-9.3范圍內，以提高除磷效果。

2.2 生物法除磷

生物除磷原理是在厭氧條件下，通過聚磷菌將細胞中的聚磷物質分解為磷酸鹽，然后排放到細胞外，在這一過程中產生的能量可供細胞自身生理活動的需要以及吸收外界可溶性脂肪酸，合成聚β羥基丁酸（PHB）。聚磷菌能在好氧或缺氧的情況下，以氧分子、硝態氮或亞硝態氮為電子受體，對體內貯藏的β硝基丁酸產生的能量進行分解代謝，剩余的從廢水中攝取磷，產生新的細胞物質，然后通過剩余污泥的排放達到高效除磷的目的。生物除磷工藝有多種，其中EBPR工藝已經得到廣泛應用，尤其是對該工藝進行的反硝化系統的改進，使磷的富集程度大幅度提升，給磷的回收和利用提供了更多途徑。生物法除磷工藝去除功能強，自動化程度高，運行費用低，因此具有良好的應用前景。但該法處理過程的穩定性較差，對含有重金屬離子的工業廢水的除磷效果仍需進一步改進。因此，生物法與其他工藝的結合，能有效避免該法的不足，發揮其優勢。

2.3 吸附法除磷

吸附法除磷原理是利用固體物質疏松多孔的結構對磷的親和力，通過吸附、解吸過程達到除磷目的，該法既包括物理吸附，也包括化學吸附。目前較為常用的吸附劑為活性炭、沸石、爐渣、粉煤灰和活性氧化鋁等，這主要是由于該類物質具有比表面積大、吸附能力強、生產方便、成本低廉等優點。吸附法相對于其他除磷方法而言，具有無二次污染產生的優點，尤其是物理吸附劑，可在脫磷后循環利用。但吸附法的除磷效果與吸附劑和廢水水質相關，這是限制該法廣泛應用的關鍵原因，若能解決針對不同水質，提高吸附劑的吸附效率及再生效率的關鍵性技術問題，吸附除磷將具有更為廣闊的使用空間。

2.4 離子交換法

離子交換法是利用氫氧根離子（OH-）與污水中的磷酸根離子（PO43-）之間的交換而達到除磷效果的一種方法。如利用堿改性的泡沫鋁合金過濾器對含磷廢水進行處理，去除率達到90%。

3 總結語

廢水除磷方法眾多，其中化學法比較適用于高濃度的工業廢水；生物法則適用于低濃度的生活廢水或養殖業廢水；結晶法、吸附法以及離子交換法處理量較少，需要對除磷規模的擴大進行下一步的研究。值得注意的是，以上各法均具有自己的特點，在真正使用過程中，應根據廢水水質、除磷規模、條件環境以及運行成本等要求，選擇合適的處理方法，必要時可選擇多種方法進行聯合處理，以取得良好的除磷效果。

對工業、農業、生活廢水中的磷物質進行處理，可有效改善水體污染的現狀，但無法從根本上解決磷資源浪費嚴重的問題，因此，我們應改變思維模式，將重點放在磷產品的合理使用及廢水中磷物質的回收再利用方面，這對于磷資源和環境的保護更具實際意義。

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