水體富營(yíng)養(yǎng)化與磷污染控制研究進(jìn)展

(河南化工職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450042)

水體富營(yíng)養(yǎng)化與磷污染控制研究進(jìn)展

蔣清民

(河南化工職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450042)

重點(diǎn)對(duì)國(guó)內(nèi)外在磷污染控制領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜合分析，并提出磷污染控制的可行性措施和建議，對(duì)進(jìn)一步研究我國(guó)水體磷污染和治理富水體營(yíng)養(yǎng)化方面具有一定的理論指導(dǎo)意義。

水體；富營(yíng)養(yǎng)化；磷；污染；進(jìn)展

我國(guó)是世界上13個(gè)最貧水的國(guó)家之一，是大國(guó)中唯一真正面臨水危機(jī)的國(guó)家，是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。水危機(jī)對(duì)我們的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它危機(jī)，它會(huì)直接導(dǎo)致能源危機(jī)、環(huán)境危機(jī)、糧食危機(jī)、健康危機(jī)乃至生存危機(jī)。在20世紀(jì)初期，水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題引起了國(guó)外部分生態(tài)學(xué)家、湖沼學(xué)家的注意，并開(kāi)始對(duì)其成因進(jìn)行初步探索，以便有效地治理富營(yíng)養(yǎng)化的水體[1]。然而在過(guò)去近半個(gè)世紀(jì)里，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水體的污染不斷攀升，水體富營(yíng)養(yǎng)化加劇，其防治進(jìn)程緩慢。人類(lèi)可利用淡水受到嚴(yán)重威脅，水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題亟需行之有效的方法來(lái)解決。水體富營(yíng)養(yǎng)化形成機(jī)理復(fù)雜，除溫度和水流速度等的影響外，其公認(rèn)的最主要的因素是氮和磷。目前研究發(fā)現(xiàn)磷是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的一個(gè)關(guān)鍵因素[2]。引起磷污染的主要來(lái)源有：農(nóng)業(yè)排水、生活污水、工業(yè)源污染、底泥及沉積物磷的釋放等。從國(guó)內(nèi)外在管理和控制磷污染的現(xiàn)狀來(lái)看，控制外源性磷輸入和減少內(nèi)源性磷負(fù)荷以及磷回收技術(shù)是研究的側(cè)重點(diǎn)。本文在介紹國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，綜合分析我國(guó)水體富營(yíng)養(yǎng)化的現(xiàn)狀，列出現(xiàn)階段防治磷污染的主要措施，對(duì)治理水體富營(yíng)養(yǎng)化實(shí)踐方面具有指導(dǎo)意義。

1 水體富營(yíng)養(yǎng)化概述

1.1 水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀及其危害

近20年來(lái)，我國(guó)水環(huán)境污染和富營(yíng)養(yǎng)化日趨嚴(yán)重。據(jù)環(huán)境保護(hù)部2010年發(fā)布的《2009年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)地表水污染依然較重，湖泊(水庫(kù))富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題突出。203條河流408個(gè)地表水國(guó)控監(jiān)測(cè)斷面中，劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì)的斷面比例為18.4%。26個(gè)國(guó)控重點(diǎn)湖泊(水庫(kù))中，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)為重度富營(yíng)養(yǎng)的11個(gè)，占42.3%。主要污染指標(biāo)為總氮和總磷[3]。

水體富營(yíng)養(yǎng)化破壞了原有生態(tài)系統(tǒng)的平衡，已對(duì)我國(guó)的社會(huì)發(fā)展帶來(lái)了諸多危害。2007年，太湖藍(lán)藻事件，引發(fā)了無(wú)錫市一場(chǎng)嚴(yán)重的飲用水安全危機(jī)。1986～2009年，滇池氮、磷一直為Ⅴ～劣Ⅴ類(lèi)，富營(yíng)養(yǎng)化程度嚴(yán)重，藍(lán)藻的生長(zhǎng)給滇池的環(huán)境和治理工作帶來(lái)諸多困難。2008年，鄭州市主要生活飲用水源西流湖和黃河花園口段某調(diào)蓄池水體均為富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，致使生活用水遭受?chē)?yán)重影響。南通市城區(qū)主要河流地表水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率幾乎為零。南水北調(diào)的中線水源區(qū)的點(diǎn)源和面源污染狀況也不容樂(lè)觀，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量不合理使用農(nóng)藥和化肥，氮、磷、COD等大量富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)直接或間接排入庫(kù)區(qū)，造成水體直接污染。水體富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致水體透明度下降、溶解氧降低、使動(dòng)植物大量死亡，同時(shí)水體富營(yíng)養(yǎng)化產(chǎn)生的藻毒素類(lèi)物質(zhì)釋放的毒素可直接導(dǎo)致家禽、家畜甚至人類(lèi)的死亡[4-8]。

1.2 導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的原因

導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的原因多種多樣，主要由工業(yè)、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)產(chǎn)生的廢水引起。目前，關(guān)于水體富營(yíng)養(yǎng)化理論主要包括：①生命周期理論。氮磷的過(guò)量排放是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的根本原因，其中磷是主導(dǎo)因素。由于人類(lèi)活動(dòng)的影響逐漸增加，水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題已經(jīng)成為水質(zhì)管理關(guān)注的焦點(diǎn)，人為排放未加處理或處理不完全的工業(yè)廢水和生活污水、有機(jī)垃圾和家畜、家禽糞便以及農(nóng)施化肥是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要污染源，其中最大的來(lái)源是農(nóng)田上施用的大量化肥，含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水所引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化可以在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)[9-10]。②食物鏈理論。1997年荷蘭科學(xué)家馬丁肖頓于1997年在“磷酸鹽技術(shù)研討會(huì)”上提出“食物鏈理論”[11]。該理論認(rèn)為，自然水域中存在水生食物鏈，如果浮游生物的數(shù)量減少或捕食能力降低，將使水藻生長(zhǎng)量超過(guò)消耗量，平衡被打破，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化。

此外，溫室效應(yīng)、緩慢的水流狀態(tài)、水溫不斷升高等也是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的因素，而且緩慢的水流條件對(duì)湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化影響尤為嚴(yán)重[12]。

2 磷在水體富營(yíng)養(yǎng)化中的作用

藻類(lèi)的許多物種都能通過(guò)固定大氣中的氮來(lái)補(bǔ)償生長(zhǎng)過(guò)程中氮的不足，但是磷沒(méi)有類(lèi)似的大氣儲(chǔ)存庫(kù)，所有的磷必須來(lái)源于外部輸入或者水體內(nèi)的循環(huán)。丹麥著名生態(tài)學(xué)家Jorgensen[13]指出浮游藻類(lèi)的生長(zhǎng)是富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵過(guò)程。根據(jù)對(duì)藻類(lèi)化學(xué)成分進(jìn)行分析研究，Stumn[14]提出在適宜的光照、溫度、pH值及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充分的條件下，天然水體中的藻類(lèi)進(jìn)行光合作用，合成本身的藻類(lèi)原生質(zhì)：C106H263O110N16P1，最適宜浮游植物生長(zhǎng)的氮磷比值是Redfield比值(約為16)。即：氮磷比按元素計(jì)為16∶1，按質(zhì)量計(jì)為7∶1。同時(shí)，利貝格最小值定律(Leibig law of the minimum)指出: 植物生長(zhǎng)取決于外界提供給它的所需養(yǎng)料中數(shù)量最少的一種。由此認(rèn)為,磷是控制湖泊藻類(lèi)生長(zhǎng)的主要因素。中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所通過(guò)對(duì)長(zhǎng)江流域的40個(gè)湖泊多年研究，和美國(guó)及加拿大的研究人員對(duì)安大略湖的附屬湖227號(hào)湖的長(zhǎng)達(dá)37年的分階段施肥實(shí)驗(yàn)，也得出了相同的結(jié)論[15-18]。從根本上治理水體富營(yíng)養(yǎng)化，必須掌握磷污染控制技術(shù)。

3 磷污染的來(lái)源

根據(jù)磷的污染來(lái)源，可將污染源分為外源污染源和內(nèi)源污染源。其中外源污染源又分為點(diǎn)源和面源。水中磷的來(lái)源以點(diǎn)源為主，點(diǎn)源包括生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)排水和固體廢物處理[19]。非點(diǎn)源則包括地表徑流與土地侵蝕、降塵、降雨、降雪、水面娛樂(lè)活動(dòng)廢棄物、水土流失、地下水以及養(yǎng)殖投餌和動(dòng)物排泄糞便等。我國(guó)一些富營(yíng)養(yǎng)型湖泊污染調(diào)查及研究結(jié)果表明，通過(guò)點(diǎn)源排放的磷通常占有很大的比重，排入湖泊水體中的磷有63.98%來(lái)自城市廢水，而來(lái)自湖面沉降、湖區(qū)徑流和其他來(lái)源的磷總量則不足40%。城市污水得不到有效地凈化，直接導(dǎo)致城市水資源短缺問(wèn)題[20]。通常各種外界來(lái)源水體中磷的貢獻(xiàn)率由高到低依次為：農(nóng)業(yè)排水、生活污水、工業(yè)源污染。農(nóng)業(yè)上，含磷化肥被過(guò)度使用，大量磷隨地表徑流流失。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，化肥施用量已達(dá)1億t，占施肥總量75%～90%的磷滯留在土壤中，水土流失導(dǎo)致大量磷成分通過(guò)各種途徑進(jìn)入水體[21]。城鎮(zhèn)生活污水中來(lái)自使用合成洗滌劑產(chǎn)生的磷占50%，工業(yè)廢水中的磷源主要來(lái)自少數(shù)生產(chǎn)磷和磷化合物的廠礦、循環(huán)冷卻水處理中采用的磷系藥劑和金屬表面處理過(guò)程中產(chǎn)生的磷酸鹽廢水等。此外，食品加工、發(fā)酵、魚(yú)品加工、磷肥工業(yè)、洗滌劑、金屬拋光等工廠的廢水也含有大量的磷。

內(nèi)源污染源主要是指底泥及沉積物，其中的內(nèi)源性磷可在一定的條件下向水體釋放，形成磷的二次污染，有的湖泊90%的磷分布在底泥中。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)杭州西湖沉積物每年磷的釋放量達(dá)到1.3 t，幾乎相當(dāng)于年入湖磷負(fù)荷量的41%；安徽巢湖沉積物磷的釋放量220 t左右，是入湖磷負(fù)荷量的21%。因此，底泥作為“內(nèi)污染源”的作用是不容低估的。

4 磷污染的控制技術(shù)

富營(yíng)養(yǎng)化水體中磷污染由于來(lái)源廣、處理難，所以磷污染的防治十分棘手且代價(jià)昂貴。 磷污染的控制應(yīng)根據(jù)實(shí)際污染情況和磷的主要來(lái)源進(jìn)行研究。目前通常采用的措施可分為兩類(lèi)：控制外源性磷輸入和減少內(nèi)源性磷負(fù)荷。

4.1 控制外源性磷輸入

絕大多數(shù)水體富營(yíng)養(yǎng)化主要是外界輸入的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在水體中富集造成的。如果減少或者截?cái)嗤獠枯斎氲臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，就使水體失去了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)富集的可能性。從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)來(lái)看，要想從根本上控制水體磷污染，首先應(yīng)該著重減少或者截?cái)嗤獠苛孜廴镜妮斎?。控制外源性磷污染可以采取以下措施：①制訂更加?yán)格的城鎮(zhèn)污水處理廠磷排放標(biāo)準(zhǔn)。在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)》中，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)準(zhǔn)限值中Ⅴ類(lèi)水的總磷濃度≤0.4 mg/L(湖庫(kù)中為0.2 mg/L)，而《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)》中二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的總磷濃度≤3 mg/L，一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的總磷濃度≤1 mg/L，均嚴(yán)重超出地表水Ⅴ類(lèi)水目標(biāo)準(zhǔn)限值，加重了地表水磷污染控制難度[22]。②根據(jù)湖泊水環(huán)境磷容量，實(shí)施總量控制。③實(shí)施截污工程或者引排污染源。④合理使用土地，最大限制地減少土壤侵蝕、水土流失與肥料流失。如：在農(nóng)村推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)工程通過(guò)改進(jìn)施肥方式限制肥料的施入以及施肥時(shí)間[23]。

4.2 減少內(nèi)源性磷負(fù)荷

4.2.1 工程性措施

工程性措施主要包括底泥疏浚、進(jìn)行水體深層曝氣、注水沖稀以及在底泥表面敷設(shè)塑料等。底泥疏浚是控制治理已經(jīng)嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化水域的最直接有效的方法，但成本很高，如我國(guó)滇池、杭州西湖等就采取過(guò)這種方法[24]。深層曝氣法對(duì)于小型湖泊等具有良好的效果，但對(duì)河流、大型湖泊會(huì)受到經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件的制約。在有條件的地方，可向受污水體注入含磷濃度低的水，稀釋水體中磷的濃度[25]。

4.2.2 生物操縱法

生物操縱法是一種利用水生生物吸收利用磷元素進(jìn)行代謝活動(dòng)以去除水體中磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法。包括水生動(dòng)物修復(fù)方法和水生植物修復(fù)方法。水生動(dòng)物修復(fù)方法是利用湖泊生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中的蚌螺、草食性浮游動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)、有機(jī)碎屑和浮游植物進(jìn)行直接吸收的方法。如養(yǎng)殖草食性魚(yú)類(lèi) (如白鰱、花鰱、鯽魚(yú)等)，不僅有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且還可以除去水中大量的磷。國(guó)內(nèi)外的研究均已取得了明顯的效果[26]。植物修復(fù)方法又包括生物浮床技術(shù)、水生植被修復(fù)技術(shù)和人工濕地植物修復(fù)技術(shù)，不僅美化水域景觀，又能達(dá)到降低水體中磷含量的目的，也是目前國(guó)內(nèi)外治理湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化所采用的重要措施[27-29]。

4.2.3 物理化學(xué)法

物理化學(xué)法主要有混凝沉淀法、吸附法、離子交換吸附法、反滲透等工藝，主要適合處理無(wú)機(jī)態(tài)含磷廢水。目前這些方法的不足之處是成本費(fèi)用較高，其中實(shí)際工程應(yīng)用較多的是沉淀法和吸附法[30]。在化學(xué)法中，還有一種用殺藻劑殺死藻類(lèi)的方法。殺藻劑將藻殺死后，需將殺死的藻類(lèi)及時(shí)撈出，或者再投加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥品，將藻類(lèi)腐爛分解釋放出的磷酸鹽沉降，以免造成二次污染。

4.2.4 微生物法

微生物法主要適合處理低濃度及有機(jī)態(tài)含磷廢水。其工藝中微生物首先通過(guò)厭氧條件將細(xì)胞中的磷釋放，然后進(jìn)入好氧狀態(tài)，攝取比在厭氧條件下釋放得更多的磷，即利用其對(duì)磷的過(guò)量攝取能力將高含磷污泥以剩余污泥的方式排放出系統(tǒng)之外，從而降低磷的含量。微生物除磷法具有良好的處理效果，沒(méi)有化學(xué)沉淀法污泥難處理的缺點(diǎn)，且不需投加沉淀劑，但管理要求較嚴(yán)格，且除磷率在60%左右，難有新的提高[31]。

4.2.5 反應(yīng)器工藝除磷

目前國(guó)內(nèi)外采用較多的反應(yīng)器除磷工藝主要包括：膜生物反應(yīng)器除磷法(MBR)，Dephanox工藝除磷法和BCFS工藝除磷法。膜生物反應(yīng)器法是近年新開(kāi)發(fā)的將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)污水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合而產(chǎn)生的廢水處理新工藝，MBR具有傳統(tǒng)污水處理技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，可以去除污水中99%的磷，并可使出水總磷濃度低至0.005 mg/L[32]。Dephanox工藝，是Bortone G等[33]于1996年提出的一種基于膜生物反應(yīng)器的新工藝。該工藝能耗低，COD消耗低且污泥產(chǎn)量低，解決了除磷與脫氮之間的矛盾。BCFS工藝是荷蘭代爾夫特工業(yè)大學(xué)Kluyver生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的一種改進(jìn)型新工藝，BCFS工藝中除磷菌的數(shù)量比常規(guī)工藝多，能承受更大的負(fù)荷峰值。由于它的高效性，這一技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于城市污水處理中，有著廣泛的發(fā)展空間[34]。

4.2.6 其他除磷技術(shù)

其他除磷技術(shù)還包括調(diào)節(jié)家畜飼料除磷、磁場(chǎng)除磷等。家禽飼料中的磷主要以植酸磷形式存在，而豬雞等家禽胃里內(nèi)缺乏或沒(méi)有植酸酶，因此家禽對(duì)飼料中磷的利用率很低，只有1/3～1/2。人們?yōu)榱藵M足家禽對(duì)磷的需要，向飼料中添加大量無(wú)機(jī)磷，其中有50%～75%的磷沒(méi)有被吸收，隨糞便排入體外。糞便中的含磷量大大超過(guò)農(nóng)田的消納容量，在降雨沖刷和農(nóng)田排水的作用下，磷隨著徑流向水體遷移，造成水體的磷污染。目前已有研究報(bào)道，通過(guò)向飼料中加入相應(yīng)酶和合理調(diào)節(jié)飼料中無(wú)機(jī)磷的量，可以減少家禽糞便中磷的含量，從而降低農(nóng)田徑流的含磷量和水體被污染的風(fēng)險(xiǎn)[35-36]。由于高梯度磁分離器的發(fā)明，高梯度磁分離(HGMS)技術(shù)已經(jīng)廣泛被應(yīng)用到礦物加工和廢水處理中，對(duì)一些磁性或順磁性物質(zhì)(Fe3O4、γ-Fe2O3和α-Fe2O3)進(jìn)行處理。隨著高梯度磁分離對(duì)非磁性物質(zhì)也有一定去除能力的發(fā)現(xiàn)，這項(xiàng)技術(shù)開(kāi)始被應(yīng)用于城市污水的治理[37]。

5 磷的回收技術(shù)

磷雖然是水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要污染因素，但在不遠(yuǎn)的將來(lái)磷將成為人類(lèi)和陸地生命活動(dòng)的限制因素。到2050年，世界磷酸鹽的消耗量將達(dá)到1億t，全世界磷礦儲(chǔ)量只能維持100年左右。從污染水體中去除的磷如果處置不當(dāng)再次進(jìn)入水體中還會(huì)造成二次污染，通過(guò)技術(shù)手段將磷從污水中回收，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前國(guó)內(nèi)外主要采用的回收技術(shù)包括以下幾種：

5.1 沉淀法

該方法是通過(guò)投加化學(xué)沉淀劑與廢水中的磷酸鹽生成難溶沉淀物，可把磷分離出去，同時(shí)形成的絮凝體對(duì)磷也有吸附去除作用。常用的混凝沉淀劑有石灰、明礬、氯化鐵、石灰與氯化鐵的混合物等。為了降低廢水的處理成本，提高處理效果，研究人員在研制開(kāi)發(fā)新型廉價(jià)高效化學(xué)沉淀劑方面做了大量工作[38]。目前意大利、日本、英國(guó)、荷蘭、澳大利亞等國(guó)家已經(jīng)廣泛采用鳥(niǎo)糞石沉淀作為從污水中回收磷的主要形式，即MAP沉淀法?；厥盏牧姿猁}主要作為農(nóng)業(yè)肥料和磷酸鹽工業(yè)原料，pH值對(duì)此法影響顯著[39-40]。

5.2 結(jié)晶法

結(jié)晶法一般指通過(guò)向反應(yīng)器中加入晶種，降低界面能，使磷酸鹽化合物析出來(lái)并沉積在晶種材料的表面上。結(jié)晶除磷技術(shù)自20世紀(jì)70年代開(kāi)始發(fā)展，是為了響應(yīng)更加嚴(yán)格的磷去除要求和產(chǎn)生有市場(chǎng)價(jià)值的最終產(chǎn)品。結(jié)晶法的突出優(yōu)點(diǎn)在于磷回收過(guò)程不產(chǎn)生附加污泥，磷結(jié)晶在誘導(dǎo)晶種上，易于分離，且純度較高。向反應(yīng)器中投加晶種可加快晶體成核速度，使難溶鹽結(jié)晶于晶種表面，即誘導(dǎo)結(jié)晶[41]。添加的顆粒通常有石英砂、無(wú)煙煤、多孔陶粒，也有報(bào)道使用價(jià)格便宜的黃砂、焦炭等，結(jié)晶反應(yīng)器的形式有柱狀流化床、固定床、phosinix、雙反應(yīng)器等[42]。

5.3 電滲析法

電滲析是一種膜分離技術(shù)，在外加直流電場(chǎng)的作用下，利用陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜的選擇透過(guò)性，使一部分磷酸根離子透過(guò)離子交換膜而遷移到另一部分水中，從而使一部分水磷酸根離子濃度降低而另一部分水中磷酸根濃縮的過(guò)程。

5.4 離子交換法和焚燒法

離子交換法的基本原理是利用離子交換樹(shù)脂的吸附作用從污水中回收磷。日本武田制藥采取該技術(shù)回收磷很成功，但成本很高。美國(guó)使用聚合物的離子交換裝置除磷，這種樹(shù)脂從低濃度含磷污水(含磷2.5 mg/L左右) 中能去除95%左右的磷酸鹽，并產(chǎn)生適合于鳥(niǎo)糞石或磷酸鈣沉淀的濃縮液[43]。林建偉等[44]系統(tǒng)地考察了溴化十六烷基吡啶(CPB)改性沸石對(duì)磷酸鹽的吸附—解吸性能，認(rèn)為利用陽(yáng)離子表面活性劑改性沸石有望對(duì)污水中磷進(jìn)行回收。焚燒法是將含磷污泥干化焚燒后，無(wú)機(jī)殘余物中磷含量接近于普通磷礦石。通過(guò)添加硫酸或者鹽酸控制pH值在2.0左右，將殘余物鹽分解，加入堿液控制pH值在4.0左右使磷酸鋁等磷酸鹽沉淀分離，繼續(xù)加入堿液可以使重金屬沉淀分離，該工藝可回收約90 %的磷。

今后的磷回收技術(shù)將是多項(xiàng)技術(shù)的集成，尤其是生物處理技術(shù)與化學(xué)方法的結(jié)合，通過(guò)各種工藝的優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)磷資源的最大回收。

6 展望

近年來(lái)磷污染狀況嚴(yán)重，污染源復(fù)雜。事實(shí)證明單純依靠限制生產(chǎn)和使用含磷洗衣粉這種單一的禁磷措施很難取得長(zhǎng)久明顯的治理效果，治理水體磷污染時(shí)需要從根本上控制污染源，是許多學(xué)者一致的意見(jiàn)。要從污染源頭進(jìn)行控制，防止出現(xiàn)“邊治理、邊污染”，從外源污染與內(nèi)源污染兩方面著手，采取因地制宜、綜合治理的方針，削減污染量。我國(guó)應(yīng)盡快制定并實(shí)施鼓勵(lì)磷回收的政策，并在充分吸收國(guó)外已有研究成果的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)我國(guó)在這一領(lǐng)域的科研和技術(shù)推廣，研究出適合我國(guó)國(guó)情的磷污染控制和回收技術(shù)來(lái)減輕水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，取得綜合的環(huán)境和生態(tài)效益，從而保證人類(lèi)生活和工業(yè)生產(chǎn)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展。磷污染處理沒(méi)有快速解決的辦法，對(duì)于磷污染的控制需要來(lái)自個(gè)人、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)家和地方政府的長(zhǎng)期努力，而管理者、社會(huì)團(tuán)體和工業(yè)間的合作是非常重要的。僅僅靠科技不能解決水體富營(yíng)養(yǎng)化。徹底解決問(wèn)題，需要一系列社會(huì)的、經(jīng)濟(jì)的、技術(shù)的和規(guī)范的行為。只要我們共同努力，相信磷污染控制技術(shù)會(huì)在自然界與人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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新催化劑可在低壓下將二氧化碳轉(zhuǎn)為甲醇

美國(guó)斯坦福大學(xué)、斯坦福直線加速器中心國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室(SLAC)和丹麥技術(shù)大學(xué)組成的一個(gè)國(guó)際研究小組通過(guò)計(jì)算機(jī)篩選出可在低壓下將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇的新型催化劑鎳—鎵(Ni5Ga3)。甲醇是塑料產(chǎn)品、黏合劑和溶劑的主要成分及有前景的運(yùn)輸燃料。該研究結(jié)果發(fā)表在近日《自然·化學(xué)》在線版上。

該研究主要作者、SLAC的科學(xué)家費(fèi)利克斯·斯圖特說(shuō)：“甲醇是在高壓下用氫氣、二氧化碳和天然氣中的一氧化碳生成的。我們正在從清潔資源中尋找低壓條件下產(chǎn)生甲醇的方法，最終開(kāi)發(fā)出利用清潔的氫生成甲醇的無(wú)污染制造過(guò)程?！?/p>

現(xiàn)有的甲醇廠內(nèi)，天然氣和水被轉(zhuǎn)化為包括一氧化碳、二氧化碳和氫氣的“合成氣”，然后該合成氣通過(guò)由銅、鋅和鋁構(gòu)成的催化劑在高壓過(guò)程下轉(zhuǎn)化成甲醇。

據(jù)每日科學(xué)網(wǎng)、物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，斯圖特和其同事花費(fèi)了很多時(shí)間去研究甲醇合成及其工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，并從分子水平上弄清楚了甲醇合成時(shí)銅—鋅—鋁催化劑的活性位點(diǎn)，而后開(kāi)始尋找能夠在低壓條件下，只使

用氫氣和二氧化碳合成甲醇的新催化劑。斯圖特與合作者弗蘭克·彼得森開(kāi)發(fā)了一個(gè)龐大的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)，從中搜索出富有前途的催化劑，以取代在實(shí)驗(yàn)室里測(cè)試各種化合物的方式。該論文的合著者之一、斯坦福大學(xué)化學(xué)工程教授延斯解釋說(shuō)：“該技術(shù)被稱(chēng)為計(jì)算材料設(shè)計(jì)。你可以得到完全基于計(jì)算機(jī)運(yùn)算的新型功能材料。首先通過(guò)巨大的計(jì)算能力識(shí)別新的和有趣的材料，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試?！?/p>

在數(shù)據(jù)庫(kù)中，斯圖特將銅—鋅—鋁催化劑與成千上萬(wàn)的其他材料相比，發(fā)現(xiàn)最有前途的候選是一個(gè)稱(chēng)為鎳—鎵的化合物。丹麥技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)隨后合成出鎳和鎵組成的固體催化劑。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)，以查看新的催化劑是否可在普通壓力下產(chǎn)生甲醇。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試證實(shí)，計(jì)算機(jī)做出了正確的選擇。在高溫下，鎳—鎵比傳統(tǒng)的銅—鋅—鋁催化劑能產(chǎn)生更多的甲醇，并大大減少了副產(chǎn)品一氧化碳的產(chǎn)量。研究人員指出，鎳比較豐富，雖然鎵較昂貴，但被廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)。這表明，新的催化劑最終可以擴(kuò)大規(guī)模用于工業(yè)。

ResearchProgressonEutrophicationandPhosphorusPollutionControl

JIANGQing-min

(Henan Vocatinal College of Chemical Technolegy,Zhenghou 450042,China)

The research progress of phosphorus pollution control at home and abroad are analyzed.The feasible measures and suggestions for phosphorus pollution control are put forward.The article is significative in theory guidance for the further study of phosphorus pollution and restoration of eutrophicated water body.

waterbody ; eutrophication ; phosphorus ; pollution ; progress

2013-12-28

蔣清民(1962-)，男，副教授，從事化工技術(shù)與環(huán)境保護(hù)方面的研究工作，電話：(0371)86638356。

X52

A

1003-3467(2014)02-0024-06