摘要：对于一般城镇污水，仅采用单纯的生物除磷，尤其是目前常用的单级生物反硝化除磷工艺，难以满足现行国家污水综合排放标准的要求，因此需要考虑化学除磷或化学辅助除磷。未来化学除磷的研究方向应是化学法与生物法相结合，减少化学药剂的投加量，减少污泥量，为在生产中应用创造条件。本文就化学除磷的原理及药剂的选择进行探讨分析，供相关从业人员参考。
关键词：化学除磷；药剂；污水处理
中图分类号：U664 文献标识码：A
目前污水除磷反硝化过程中的除磷技术主要分为生物除磷和化学除磷两大类。与化学除磷相比，生物法虽然具有不需投加药剂、运行费用低、污泥产量小等优点，但在实际运行中，生物除磷技术也存在着缺点——对废水成分依赖性过强（主要取决于可利用的有机碳化合物的数量和质量）；稳定性和灵活性差：污泥处理过程中磷的释放会造成二次污染，使生物出水难以达到国家污水排放标准的要求。因此，需要增加化学除磷。
1 化学除磷反应机理
化学除磷的反应机理是在污水处理过程中投加金属盐类等，除磷药剂形成不溶性磷酸盐或多磷酸盐沉淀产物，然后通过沉淀分离或过滤分离将磷酸盐从污水中除去。药剂投加后，首先金属离子与磷酸盐迅速结合，生成溶解度低、结晶极细的磷酸盐化合物；然后在流速梯度或混合扩散过程的作用下，相互接触，形成大颗粒絮体；最后通过沉淀分离或过滤分离将絮体从水体中分离出来，得到净化后的废水和化学污泥，从而达到化学除磷的目的。因此，化学除磷过程包括沉淀、混凝、絮凝、固液分离四个步骤。其实质是磷酸盐由液相转移到固相的过程。在这个过程中，沉淀和混凝反应发生得非常快，而且被认为是同时发生的。 混凝过程中形成的主要颗粒在絮凝过程中相互结合形成较大的颗粒——絮凝体，有利于沉降或固液分离。从以上分析可以看出，化学除磷效率与沉淀和絮凝过程有直接关系，而沉淀和混凝与磷酸盐化合物种类、化学除磷剂种类、pH值等因素有关，而絮凝过程与除磷过程形式有关。因此，要提高化学除磷效率，必须综合考虑化学除磷剂种类、反应环境pH值及除磷工艺等因素。
2 化学除磷剂种类
目前，用于污水化学除磷的药剂主要有铝盐、铁盐、钙盐、改性硅藻土和复合絮凝剂等。
2.1铁盐除磷剂。铁盐除磷剂主要有硫酸亚铁、氯化硫酸铁、氯化铁和聚合氯化铁等。铁盐的除磷反应机理与铝盐相似，另外还会同时发生强烈的水解和各种聚合反应，吸附水中的磷。Fe2+的除磷效果与pH有关，但关于Fe2+除磷的最佳pH存在争议：有人认为pH=8时Fe2+除磷效果最好，但王文超等人认为pH=7.5～8.5时不易形成沉淀，从而降低了除磷效果。Fe2+除磷要求pH值较高，而污水处理厂的pH值往往低于7.5。另外，Fe3(PO4)2在水中不如FePO4稳定。这些都限制了二价铁盐在废水除磷中的应用。 在实际过程中，可利用好氧池曝气的特点，将Fe2+氧化为Fe3+，提高化学除磷的效率。铁盐与磷酸盐反应生成的沉淀物比铝盐稳定，且具有沉降速度快的优点，因此在实际中得到广泛的应用。但它存在出水浊度、色度高，对出水pH影响大，运输、贮存麻烦，对设备腐蚀大等缺点，同时铁元素还是刺激藻类生长，造成湖水水华的重要因素。这些缺点限制了它的使用范围。由于需要较高的pH，以及钙盐除磷剂还会引起池壁或渠道、管壁结垢，曝气管道堵塞等问题，因此钙盐除磷剂在城镇污水处理厂很少使用。磷酸铵镁法是近年来国际上非常流行的一种废水除磷方法，但在我国尚无相关报道。
2.2铝盐化学除磷剂。铝盐化学除磷剂主要有硫酸铝、氯化铝和聚合氯化铝等。三价铝盐剂的除磷反应包括两个反应过程：（1）三价铝离子与污水中的磷酸盐发生反应，生成沉淀化合物AlPO4；（2）三价铝离子发生水解反应，生成具有高正电荷和大比表面积的单核羟基配合物A1(OH)2+、A1(OH)21+和多核羟基配合物AI(OH)m(3n-m)+（n>1，m≤3n）。然后多核羟基配合物之间发生范德华力、吸附架桥和净捕获作用，获得较好的沉淀效果，从而达到化学除磷的目的。Al3+水解反应和金属磷酸盐的溶解度均受pH的影响。 同时金属离子也会与OH-发生反应，从而与PO43+形成竞争反应，不利于除磷。由此可见，在铝盐化学除磷过程中控制适当的pH非常重要，铝盐除磷的理想pH为5.8-6.9。值得注意的是，经过铝盐除磷药剂处理后，出水中铝含量明显增加，可能造成外排水中铝盐含量过高，引起微生物铝中毒，因此需要控制投加量。
2.3复合型新型除磷剂。复合型新型除磷剂主要有聚合氯化铝铁(FAFC)、聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合亚铁、聚合氯化硫酸铁(PFCS)、聚合氯化硫酸铝铁(PAFCS)、聚合硫酸铝铁(PFAS)以及改性硅藻土等。这些新型除磷剂基本都具有良好的电荷中和和吸附架桥作用，混凝性能好，絮凝体形成速度快，密度大质量大，沉降性能优良，沉降污泥脱水性能好，不产生二次污染，适用水体pH范围宽，去除效果强，药剂生产工艺简单，原料易得，生产成本低。其中，PAFC因兼具铝盐和铁盐的双重优点，具有化学反应速度快，形成的絮凝体大而重，沉降速度快，过滤性好等优点，在污水处理厂得到广泛的应用。 因此PAFC既能克服铝盐形成慢、絮体轻、沉淀慢的缺点，又能同时克服铁盐除磷水质浑浊、色度高的缺点。改性硅藻土是一种新型化学除磷剂，由硅藻土、聚合氯化铝和石灰组成。聚合氯化铝和石灰能与PO43+发生反应，生成A1PO4、Ca5(PO4)3OH等沉淀物。同时硅藻土又具有吸附、混凝、过滤和共沉淀的作用，能与水中的PO43+充分接触去除。因此，除磷效果比较稳定，出水TP变化不大。
从以上分析可以看出，聚合氯化铝铁等新型复合除磷剂，综合了传统铁盐、铝盐除磷剂的优点，适用范围广，条件适宜，除磷效果好，对污水处理系统中微生物影响小，具有良好的发展前景。
结论
随着人民生活水平的不断提高和工业生产的快速发展，大量含磷的生活污水和工业废水排入河流、湖泊、水库，增加了水体的营养物负荷，从而造成水体藻类和水生植物的异常繁殖，即水体富营养化。研究表明，大多数水体富营养化的限制因素是磷。因此，控制水体中磷的浓度尤为重要。明确了城市污水处理中除磷的重要性和紧迫性，当常用的生物除磷技术不能满足出水磷的排放标准时，可以考虑采用化学除磷技术。
参考：
[1]陈源A2/O工艺化学除磷优化试验及应用[J]-环境 2010
[2]王秀丽.我国城镇污水处理及资源化利用.水利电力科技，2005.
[3]苏静之.城镇污水处理及资源化利用探讨.中国新技术新产品，2010.
[4]张诗远.生态纺织工程[M].北京:中国纺织出版社,2004.
[5]范华芳.农林院校应用化学专业学生现代工程意识的培养[J].教育教学论坛，2014年第24期