廢水除磷工藝發(fā)展現(xiàn)狀

林平 顏志偉

摘 要：磷是生物圈中典型的沉積型循環(huán)，因此磷酸鹽類物質(zhì)可被視為不可再生能源。生活廢水、農(nóng)業(yè)廢水、工業(yè)廢水中含有大量的磷物質(zhì)，若不對其進(jìn)行有效處理，不僅造成了磷資源的浪費(fèi)，還可能影響環(huán)境，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。本文主要圍繞廢水除磷方法進(jìn)行探討，對化學(xué)沉淀法、生物法、結(jié)晶法、吸附法以及離子交換法的原理、特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)說明。

關(guān)鍵詞：廢水；除磷；化學(xué)沉淀；生物法；結(jié)晶法

1 概述

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

2 廢水除磷工藝發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 化學(xué)法除磷

化學(xué)法除磷主要原理是利用三價(jià)或二價(jià)金屬離子與廢水中磷化物反應(yīng)，生成難溶性的磷酸鹽，再通過分離技術(shù)，將其與液體分離從而達(dá)到除磷的目的，因此化學(xué)除磷也被稱為化學(xué)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(gè)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(yīng)生成磷酸鈣和羥基磷灰石，尤其是后者是最為穩(wěn)定的一種物質(zhì)。該法主要優(yōu)點(diǎn)為成本低、操作簡單，但對溶液pH的控制要求較為嚴(yán)格，一般控制pH=9，此時(shí)控制Ca和P的物質(zhì)的量之比為1.18：1時(shí)，能去除99.98%的磷（除了樣品P含量為9500mg/L）；而溶液pH<9時(shí)，水中存在的CO32-會(huì)與PO43-產(chǎn)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(fā)生水解反應(yīng)，因此鐵鹽除磷的表現(xiàn)形式為兩種，一種為Fe3+直接與PO43-反應(yīng)生成難溶性的鹽，另一種為鐵離子水解生成的多羥基絡(luò)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(yīng)和吸附兩種形式，但不同的是，吸附式除磷占據(jù)主導(dǎo)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(jìn)作用，且溶解度小，比較適宜做緩釋肥用，但該法處理后的產(chǎn)物中可能含有重金屬離子，容易導(dǎo)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(gè)產(chǎn)酸耗堿的過程，因此，在使用該法除磷時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制廢水的pH為9.2-9.3范圍內(nèi)，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(xì)胞中的聚磷物質(zhì)分解為磷酸鹽，然后排放到細(xì)胞外，在這一過程中產(chǎn)生的能量可供細(xì)胞自身生理活動(dòng)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(tài)氮或亞硝態(tài)氮為電子受體，對體內(nèi)貯藏的β硝基丁酸產(chǎn)生的能量進(jìn)行分解代謝，剩余的從廢水中攝取磷，產(chǎn)生新的細(xì)胞物質(zhì)，然后通過剩余污泥的排放達(dá)到高效除磷的目的。生物除磷工藝有多種，其中EBPR工藝已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，尤其是對該工藝進(jìn)行的反硝化系統(tǒng)的改進(jìn)，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(qiáng)，自動(dòng)化程度高，運(yùn)行費(fèi)用低，因此具有良好的應(yīng)用前景。但該法處理過程的穩(wěn)定性較差，對含有重金屬離子的工業(yè)廢水的除磷效果仍需進(jìn)一步改進(jìn)。因此，生物法與其他工藝的結(jié)合，能有效避免該法的不足，發(fā)揮其優(yōu)勢。

2.3 吸附法除磷

吸附法除磷原理是利用固體物質(zhì)疏松多孔的結(jié)構(gòu)對磷的親和力，通過吸附、解吸過程達(dá)到除磷目的，該法既包括物理吸附，也包括化學(xué)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(zhì)具有比表面積大、吸附能力強(qiáng)、生產(chǎn)方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。吸附法相對于其他除磷方法而言，具有無二次污染產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)，尤其是物理吸附劑，可在脫磷后循環(huán)利用。但吸附法的除磷效果與吸附劑和廢水水質(zhì)相關(guān)，這是限制該法廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵原因，若能解決針對不同水質(zhì)，提高吸附劑的吸附效率及再生效率的關(guān)鍵性技術(shù)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(dá)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(jìn)行處理，去除率達(dá)到90%。

3 總結(jié)語

廢水除磷方法眾多，其中化學(xué)法比較適用于高濃度的工業(yè)廢水；生物法則適用于低濃度的生活廢水或養(yǎng)殖業(yè)廢水；結(jié)晶法、吸附法以及離子交換法處理量較少，需要對除磷規(guī)模的擴(kuò)大進(jìn)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(diǎn)，在真正使用過程中，應(yīng)根據(jù)廢水水質(zhì)、除磷規(guī)模、條件環(huán)境以及運(yùn)行成本等要求，選擇合適的處理方法，必要時(shí)可選擇多種方法進(jìn)行聯(lián)合處理，以取得良好的除磷效果。

對工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活廢水中的磷物質(zhì)進(jìn)行處理，可有效改善水體污染的現(xiàn)狀，但無法從根本上解決磷資源浪費(fèi)嚴(yán)重的問題，因此，我們應(yīng)改變思維模式，將重點(diǎn)放在磷產(chǎn)品的合理使用及廢水中磷物質(zhì)的回收再利用方面，這對于磷資源和環(huán)境的保護(hù)更具實(shí)際意義。

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