生活污水化学除磷试剂的应用比较

文章编号：1006-446X（2006）01-0019-04

生活污水化学除磷试剂的应用比较

李京雄1，2 孙水裕1 苑星海2

（1. 广东工业大学环境科学与工程学院，广东广州5100090；

2.广东嘉应学院化学系，广东梅州 514015）

摘要：对化学除磷的常用试剂铝盐、铁盐和石灰在除磷原理、效果和工艺条件方面进行了比较，并就其在处理后对受纳水体的影响进行了分析评价。

关键词：城市生活污水；营养化；化学沉淀法；试剂

中图分类号：X703.5 文献标识码：A

城市生活污水中的磷来源于粪便、食物残汁和洗涤剂，其形态有正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷，其中以正磷酸盐和聚磷酸占绝大多数，磷可以在有机磷和无机磷、可溶性磷和不溶性磷之间相互转化，但价态不会发生改变［1］。

随着人们生活水平的不断提高和工业生产的快速发展，大量含磷生活污水、工业废水排入江河湖泊中，增加了水体营养物质的负荷，从而引起水体中藻类与水生植物异常繁殖，即水体的富营养化。研究表明，多数水体富营养化的控制因素是磷，因而废水除磷对防治水体富营养化至为重要。富营养化的主要危害是：引起水体含氧量急剧下降，导致鱼类、贝类等水生生物因缺氧死亡；恶化水源水质，增加水处理的难度和成本；降低水体的美学价值［2］。磷与水体富营养化的密切关系已有大量的报道，特别是过量的磷在内陆水体引起水华，在海洋引起赤潮，危害水环境而日益受到关注。

发达国家对于除磷的研究和生产应用已有三十多年的历史，我国这方面的研究始于八十年代初。到目前为止，除磷效果较好、应用较多的是化学沉淀法除磷和生物法除磷［1］。但由于生物法除磷是一个复杂的生物过程，pH值、温度、DO、运行负荷、进水的水质和水量等很多因素都会影响整个系统的运行，而且还存在磷的重新释放造成二次污染的可能性，因此很难达到国家二级排放标准，就更不用说达到一级排放标准了。

本文主要介绍了化学沉淀法除磷工艺使用的铝盐、铁盐和石灰三种主要的试剂，阐述了其除磷机理，并从经济角度出发，就三者在除磷原理、除磷效果、工艺条件、费用方面进行了比较，并就其在处理后对受纳水体的影响进行了分析评价，以供环境工作者在水处理决策时参考。

1铝盐

铝盐除磷的反应方程式如下：

Al３＋＋H n PO(３－n)４＝ＡlＰＯ４↓＋nＨ＋

从这个反应式可以看出，除磷时n(Al３＋)∶n(ＰＯ３－４)＝１∶１，如果适当调节污水的pH，实际能获得与此理论关系相近的结果。实践中，在不便进行过滤和调节的场合，必须投加过量铝盐，以利于除磷。

铝盐除磷的原理一般认为是当铝盐分散于水体时，一方面Al３＋与ＰＯ３－４反应，另一方面，Al３＋首先水解生成单核络合物Al(ＯＨ)２＋、Ａl(ＯＨ)＋２及AlO－２等，单核络合物通过碰撞进一步缩合，进而形成一系列多核络合物Aln(OH)m(３n－m)＋(n＞1，m≤3n)，这些铝的多核络合物往往具有较高的正电荷和比表面积，能迅速吸附水体中带负电荷的杂质，中和胶体电荷，压缩双电层及降低胶体ξ电位，促进了胶体和悬浮物等快速脱稳、凝聚和沉淀，表现出良好的除磷效果。铝盐适用pH为5.0～8.0，理想pH为5.8～6.9，最佳pH为6.32［2］。

但由于长期以来，我国水处理工程中的除磷试剂不仅仍普遍采用铝盐混凝剂，而且很大部分是用废铝灰为原料制成的，其本身的卫生质量较差。而且铝是一种慢性毒物，因而作为水处理的混凝剂受到很大的局限。研究结果表明，经用铝盐混凝剂处理后出水中的铝含量大幅度增加，并且其中相当多的铝是易被人体(生物体)吸收和结合的铝。如果这种处理出水直接排入江河，将给下游的饮用水源造成污染。近代医学研究表明，铝随饮食进入人体后，能在一些组织和器官中积蓄，引发多种疾病。主要表现为：①铝积蓄于中枢神经中后会杀死神经元，使人的记忆力减退或丧失，引发早老性痴呆症等疾病。②铝易取代钙而进入骨质中，引起骨质疏松软化变形。③使肾功能发生病变，如肾功能失调，肾衰竭及尿毒症。④使血液和心血管发生病变。⑤铝有细胞遗传毒性，对体细胞及生殖细胞有致突变作用［3］。

2铁盐

铁盐除磷的反应方程式可表示如下：

主反应：Fe３＋＋ＰＯ３－４＝FePO４↓

Fe2＋＋ＰＯ３－４＝Fe３(PO４)２↓

副反应：Fe３＋＋3HCＯ－3＝Fe(OH)３↓＋３ＣO２

铁盐除磷的过程如下：溶于水中后，Fe３＋一方面与磷酸根生成难溶盐，一方面通过溶解和吸水可发生强烈水解，并在水解的同时发生各种聚合反应，生成具有较长线性结构的多核羟基络合物，如Fe２(ＯＨ)４＋２、Fe3(ＯＨ)5＋4、Fe5(ＯＨ)6＋9、Fe5(ＯＨ)7＋8、Fe5(ＯＨ)8＋7、Fe6(OH)612、Fe7(ＯＨ)9＋１２、Fe７(ＯＨ)１０＋１１、Fe９(ＯＨ)７＋２０、Fe１２(ＯＨ)２＋３４等。这些含铁的羟基络合物能有效降低或消除水体中胶体的ξ电位，通过电中和，吸附架桥及絮体的卷扫作用使胶体凝聚，再通过沉淀分离将磷去除。铁盐最佳使用pH在8左右［2］。

传统的铁盐混凝剂有硫酸铁、三氯化铁、硫酸亚铁等。硫酸铁工业品由于考虑纯度及卫生质量等问题很少采用。在实际较多使用的是三氯化铁，生产一吨无水三氯化铁要消耗0.55吨氯气，不仅生产成本高，价钱贵，由于氯气货源的限制，产品也很有限。此外液体三氯化铁运输和贮存存在较多问题，固体三氯化铁易潮解，要用密闭容器包装、运输、贮存，使用都很麻烦。

新型的铁盐混凝剂主要有聚合铁盐和含铁无机高分子。聚合铁盐有聚合硫酸铁(PFS)、聚亚铁、聚氯硫酸铁(PFCS)等，是近年来发展较快的水处理混凝剂。

聚合硫酸铁(PFS)又称碱式硫酸铁，简称聚铁。聚铁同传统的三氯化铁、硫酸铁等净水剂相比较，突出特点为：①具有优良的凝聚性能，絮凝体形成速度快，密集度高且质量大，沉降速度快，尤其对低温低浊水有优良的处理效果；②适用水体pH值范围广；③具有较强的去除水中BOD、COD及重金属离子的能力，并且有脱色、脱臭、脱水、脱油等功效，残留的铁离子少；④使用时腐蚀性小。实验表明，用聚铁净化水，不但不会增加亚硝氮及铁的含量，反而会降低它们的含量，因此它是优良的饮用水混凝剂。

聚铁是在硫酸铁分子簇的网络结构中插入了羟基，形成以OH－作为架桥形成多核配离子，聚铁的盐基度越高，其分子聚合度越大，形成的羟基配合物就具有更多的电荷和更大的表面积，其絮凝性能也就更好，因此在聚铁生产基础上加入少量改性剂，使羟基更易插入硫酸铁的网状结构中就可制得改性的聚铁，其盐基度和聚合度更高，因而其絮凝效果大大优于普通