一#183;研究背景

1.1 水体磷污染的危害和现状

我国现有磷化工生产企业300家左右，主要产品有磷矿石、硫酸、普通过磷酸钙、钙镁磷肥、重过磷酸钙、黄磷、赤磷、磷酸(包括工业级和食品级)、三聚磷酸钠、磷酸氢钙(包括饲料级和牙膏级)、三氯化磷、五硫化二磷、磷酸三钠、磷化锌、磷化铝、含磷农药、有机磷水质稳定剂、金属磷化剂等^[1]。我国磷化工行业给社会提供了大量的物资财富，同时也伴随着产生了大量的污染物，含磷废水就是其中之一。

含有大量氮、磷、钾的污水的排放，促进水中藻类丛生，植物疯长，使水体通气不良，溶解氧下降，甚至出现无氧层^[2]。以致使水生植物大量死亡，水面发黑，水体发臭形成”死湖”、”死河”、”死海”，进而变成沼泽，这种现象称为水的富营养化^[2]。富营养化的水臭味大、颜色深、细菌多，这种水的水质差，不能直接利用，也会造成水体中鱼类的大量死亡。据联合国环境规划署等机构对全球水质监测的报告，目前全世界约有30％～40％的湖泊水库出现富营养化的现象^[3]。在我国，长江、淮河、太湖、巢湖等很多江河湖泊都不同程度地存在富营养化问题。

1.2 水体常用除磷方法

磷有着不同于氮、硫的性质，无论它的氧化态或是还原态都不可能成为气态而被排放到空气中，一般只能通过化学或者生物学的方法将其转化为固态从废水中去除。常见的除磷方法有生物法、化学沉淀法、离子交换法、吸附法、结晶法、电渗析法，人工湿地法和膜技术除磷。

a化学沉淀法。该方法是通过投加化学沉淀剂与废水中的磷酸盐生成难溶沉淀物，可把磷分离出去，同时形成的絮凝体对磷也有吸附去除作用。常用的混凝沉淀剂有石灰、明矾、氯化铁、石灰与氯化铁的混合物等。为了降低废水的处理成本，提高处理效果，学者们在研制开发新型廉价高效化学沉淀剂方面做了大量工作。研究发现，原水含磷10mg/L时，投加300mg/L的A1₂(S0₄)₃或90mg/L的FeCl₃，可除磷70%左右。而在初沉时加入过量石灰，一般总磷可去除80%左右^[4]。根据化学凝聚能增加可沉淀物质的沉降速度，投加新型净水剂碱式氯化铝，沉降效果达80%~85%，很好地解决了生产用水的磷污染^[4]。该方法具有简便易行，处理效果好的优点。但是长期的运行结果表明，化学沉淀剂的投加会引起废水pH值上升，在池子及水管中形成坚硬的垢片，还会产生一定量的污泥。

b生物法。20世纪70年代美国的Spector发现微生物在好氧状态下能摄取磷，而在有机物存在的厌氧状态下放出磷。含磷废水的生物处理方法便是在此基础上逐步形成和完善起来的。目前，国外常用的生物脱磷技术主要有3种：第一，向曝气贮水池中添加混凝剂脱磷；第二，利用土壤处理,正磷酸根离子会与土壤中的Fe和Al的氧化物反应或与粘土中的OH^-或SiO₃₂^-进行置换,生成难溶性磷酸化合物；第三种方法是活性污泥法，这是目前国内外应用最为广泛的一类生物脱磷技术^[5]。生物除磷法具有良好的处理效果，没有化学沉淀法污泥难处理的缺点, 且不需投加沉淀剂，但要求管理较严格，成本较高。

c离子交换法。该方法是利用强碱性阴离子交换树脂，与废水中的磷酸根阴离子进行交换反应，将磷酸根阴离子置换到交换剂上予以除去的方法^[6]。离子交换树脂脱除PO₄₃^-的交换容量比较稳定，其再生后交换容量也比较稳定。但离子交换树脂的价格较高，树脂再生时需用酸、碱或食盐，运行费用较高。

d膜分离方法。液膜分离法是一种新型的，类似溶剂萃取的膜分离技术。液膜法通常是将按一定比例配制的有机溶剂(有机相)同膜内试剂混合制成乳液微滴，微滴表面形成一层极薄的(l~10Lm)液膜，膜内为内相试剂^[7]。在混合柱内，将此表面积极大的乳液微滴与废水接触，水中待除的金属离子便通过选择性渗透、萃取、吸附等穿过液膜，进入内相试剂进行化学反应，废水中的金属离子因而得到分离去除。

e吸附法。20世纪80年代，多孔隙物质作为吸附剂和离子交换剂就已应用在水的净化和控制污染方面。黄巍等以粉煤灰作为吸附剂，对含磷50~120mg/L模拟废水脱磷的规律特征进行了研究^[8]。研究表明粉煤灰中含有较多的活性氧化铝和氧化硅等，具有相当强的吸附作用，粉煤灰对无机磷酸根不是单纯吸附，其中CaO、FeO、A1₂O₃等可以和磷酸根生成不溶或直溶性沉淀，因而在废水处理方面具有广阔的应用前景。