張煥莉 南國英,2 代學(xué)民,2 楊孟林 郭嘉宇 張高偉 任淑萍

1河北建筑工程學(xué)院（075000）2河北省水質(zhì)工程與水資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（075000）

0 前言

研究表明，氮、磷等是植物生長(zhǎng)的主要營養(yǎng)物質(zhì)，一般在淡水水體中的營養(yǎng)物質(zhì)是磷，減少水體中磷的含量會(huì)限制植物的生長(zhǎng)[1]。早期，人們將污水直接排放到水體，但污廢水負(fù)荷太高，水體凈化負(fù)擔(dān)過重，造成水體富營養(yǎng)化，磷含量較高，需要化學(xué)強(qiáng)化除磷。傳統(tǒng)的生物脫氮除磷技術(shù)中脫氮菌與除磷菌之間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，TP出水指標(biāo)不能達(dá)標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，只能先保障生物脫氮的穩(wěn)定，后續(xù)添加化學(xué)絮凝劑輔助除磷。化學(xué)藥劑除磷雖在應(yīng)用以來取得了良好的效果，但是還存在一些問題，化學(xué)藥劑投加量大、處理后的污泥處置問題一直是久懸不決的問題。高效、低成本、低耗、無二次污染的除磷材料目前成為研究的重點(diǎn)?；瘜W(xué)沉淀法、吸附法等是目前國內(nèi)外除磷的主要方法。

1 化學(xué)沉淀法除磷

一般金屬的正磷酸鹽沉淀的溶解度很低，所以通過投加可溶性金屬鹽與水中溶解性正磷酸鹽配位體反應(yīng)生成難溶性固體，最終聚集成沉淀去除。一般認(rèn)為，磷的去除包括正磷酸鹽沉淀、沉淀發(fā)揮吸附架橋和卷掃作用吸附磷酸根離子兩個(gè)方面。鋁鹽、鐵鹽材料易得，是化學(xué)法除磷的常用藥劑。

1.1 鋁鹽除磷劑

鋁鹽常用除磷劑有硫酸鋁、鋁酸鈉和聚合鋁，其中常用的是硫酸鋁。污水中存在OH-和PO43-配位體，投加鋁鹽后發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)過程[2]:主反應(yīng)，鋁離子與正磷酸根離子直接反應(yīng)生成磷酸鋁沉淀；副反應(yīng)，鋁離子與水反應(yīng)形成羥基配合物和固體氫氧化鋁。羥基配合物通過吸附架橋、電性中和、網(wǎng)補(bǔ)和卷掃作用使其脫穩(wěn)發(fā)生沉淀[3]。不同pH下所形成的沉淀類型和沉淀優(yōu)勢(shì)區(qū)域也不同。在pH＝5.5時(shí)固體磷酸鋁的溶解度最小，pH>5.5時(shí)氫氧化鋁固體占優(yōu)勢(shì)區(qū)域，pH<5.5時(shí)磷酸鋁固體占優(yōu)勢(shì)區(qū)域。因此，pH值是鋁鹽除磷過程中重要因素之一。在鋁鹽除磷過程中需要注意鋁鹽的用量，鋁鹽過多可能會(huì)導(dǎo)致排放水體中鋁的超標(biāo)。由于動(dòng)植物間食物鏈的關(guān)系，鋁元素可能會(huì)逐漸富集對(duì)動(dòng)植物造成一定傷害[4]。

1.2 鐵鹽除磷劑

鐵鹽常用除磷劑有三氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵和硫酸亞鐵，最常用的是三氯化鐵。污水中投加鐵鹽后反應(yīng)過程是與鋁鹽類似的。一方面，鐵離子與磷酸根離子反應(yīng)生成磷酸鐵；另一方面，鐵離子水解并聚和縮聚反應(yīng)生成多核羥基配合物。反應(yīng)消耗溶液中的堿度，使pH值下降。pH值影響磷酸鹽沉淀的溶解度，所以要注意鐵鹽除磷劑的最佳pH值范圍[5]。鐵鹽絮凝劑除磷的最佳pH值為6～7，而Fe2+在pH偏堿性時(shí)才能取得最大除磷效果，比污水處理廠中處理污水的pH高。在水中FePO4沉淀性能的穩(wěn)定性比Fe3(PO4)2好，所以二價(jià)鐵鹽一般不作后置投加。在污水處理廠中，為使二價(jià)鐵鹽絮凝劑達(dá)到最佳除磷效果，一般前置投加在曝氣沉砂池中，使二價(jià)鐵充分氧化成三價(jià)鐵。鐵鹽在污水處理廠中的應(yīng)用還是比較廣泛的，需要注意的是鐵鹽出水濁度和色度較高的問題。葛冬冬等[6]試驗(yàn)研究了對(duì)臭氧化污泥減量工藝出水投加亞鐵鹽和三價(jià)鐵鹽后的除磷效果，得出了三價(jià)鐵鹽比亞鐵鹽處理效果好，而且兩者混合投加時(shí)效果會(huì)更好。張萌等[7]試驗(yàn)從反應(yīng)原理、機(jī)理、成本等多個(gè)方面比較了常用二價(jià)、三價(jià)價(jià)態(tài)鐵鹽的除磷效果。結(jié)果表明，高鐵鹽除磷效果優(yōu)于亞鐵鹽。

1.3 影響因素

化學(xué)除磷的影響因素主要有pH值、投藥量等。不溶性沉淀的溶解度受pH值影響較大，因此化學(xué)藥劑除磷產(chǎn)生的磷酸鹽沉淀與pH值有關(guān)。一般，pH值對(duì)除磷效果的影響是先增大后減小，pH值較低或較高都不利于磷酸鹽的去除。試驗(yàn)中觀察在不同pH值金屬鹽或絮凝劑與磷酸鹽反應(yīng)產(chǎn)生沉淀的情況，得到最小溶解度對(duì)應(yīng)pH值的范圍，使其除磷效果較好。

投藥量對(duì)化學(xué)除磷也有影響，水中磷含量的大小決定了投藥量的多少。投藥量較少出水指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，投藥量較大除磷效果可能也不理想。研究表明，藥劑投加量超過一定值時(shí)，磷去除率會(huì)減少，原因可能是脫穩(wěn)的膠粒由于膠體保護(hù)作用再次穩(wěn)定。

藥劑的投加點(diǎn)也會(huì)對(duì)磷的去除造成影響。藥劑可投加在生物反應(yīng)池之前、之中、之后，稱之為前沉析、同步沉析、后置沉析。前沉析時(shí)反應(yīng)會(huì)處理一部分污水中含碳、含氮有機(jī)物，對(duì)后續(xù)的生物脫氮部分產(chǎn)生制約，需要進(jìn)一步優(yōu)化用于以生活污水為主的城鎮(zhèn)污水廠。

2 吸附法除磷

吸附法操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、吸附能力強(qiáng)、吸附容量大，有良好的吸附劑靶向性和穩(wěn)定性、無二次污染等特點(diǎn)，成為近年來研究熱點(diǎn)。吸附劑達(dá)到最大吸附容量時(shí)，可通過再生技術(shù)循環(huán)利用。

目前，用于吸附除磷研究最多的吸附劑是金屬氧化物類吸附劑、硅酸鹽類吸附劑、固體廢棄物類吸附劑。金屬氧化物類吸附劑是將金屬氧化物或氫氧化物與其他物質(zhì)配制成合成吸附劑，主要是通過吸附劑與磷酸鹽之間的靜電吸附力、離子交換、配位交換去除水中的磷。

硅酸鹽類吸附劑雖具有吸附劑的比表面積大、吸附容量大的特性，但對(duì)磷酸鹽的吸附?jīng)]有靶向性，而且對(duì)磷的吸附量少。改性后的天然硅酸鹽類吸附劑會(huì)提高除磷率。

固體廢棄物類吸附劑中研究最多的是鋼渣。鋼渣是煉鋼產(chǎn)業(yè)的工業(yè)廢料，其成分有鈣、鐵、鎂、鋁等會(huì)使正磷酸鹽沉淀的金屬氧化物[8]。鋼渣因具有孔徑結(jié)構(gòu)、比表面積大、高效低耗、成本低、易獲得，成為除磷研究熱點(diǎn)。鋼渣溶于水在酸性環(huán)境會(huì)釋放出金屬離子，與水中磷酸鹽反應(yīng)生成不溶性沉淀物。

與傳統(tǒng)的金屬鹽混凝劑相比，混凝劑與鋼渣微粉混合后的除磷效果更佳。唐慶杰等[9]在試驗(yàn)中進(jìn)行了只加PFS+PAM和PFS+PAM+鋼渣微粉兩組試驗(yàn)，通過觀察并記錄，對(duì)沉降體積和生成的絮體進(jìn)行SEM成像分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，投加鋼渣微粉一組的PFS投加量下降，并且溶液中TP含量的降低率高。

3 結(jié)語

金屬鹽除磷在機(jī)理、影響因素等方面的研究目前比較成熟，在形成難溶性磷酸鹽沉淀的過程中與氫氧根沉淀存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，pH值成為影響除磷效率的最大因素。此外，金屬鹽除磷存在的最大問題是藥劑投加量大、費(fèi)用高，尋找一種高效、低成本的除磷材料是未來的發(fā)展方向。

普通鋼渣和改性鋼渣均對(duì)磷的去除有較好的效果，考慮將鋼渣與絮凝劑復(fù)合處理含磷生活污水，既能減少絮凝劑的使用降低成本，又能將固體廢棄物鋼渣廢物利用、變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源的充分利用。