含磷废水处理方法浅析

 摘 要：磷是引起水体富营养化的关键物质，含磷废水进入自然水体后，导致水质恶化，生态环境破坏，甚至 威胁人类和水生生物的生存。废水中磷的去除是控制水体富营养化的关键，也是回收磷的重要途径之一。 该文总结了国内外对含磷废水的处理方法，对比传统工艺与新型工艺的优缺点，结合磷的回收和再利用探讨 了含磷废水处理技术的发展方向。

关键词：含磷废水；处理方法；新型工艺

人类的活动导致大量氮、磷等物质进入自然水体，引 起各种浮游生物和藻类迅速繁殖，从而导致水质恶化，影 响水生植物正常的光合作用，鱼类等各种水生生物大量 死亡。近年来，水体富营养化越来越受到人们的重视，水 质恶化已经严重影响到了人们正常生活。

含磷废水主要来源于工业原材料、各种洗涤剂、农 药、化肥以及人类生活污水。目前，国内外常用的处理方 法总体上可分为化学法、生物法、吸附法、结晶法等单一 工艺，高分子膜技术和复合材料也逐步运用于含磷废水 的处理当中。

1 化学法

化学法除磷的原理是将化学药剂投加到含磷废水 中，试剂与废水中的磷酸根离子发生化学反应，生成不溶 解性磷酸盐沉淀，通过过滤，去除磷酸盐沉淀，从而达到 除磷的目的。化学试剂主要是二价或者三价金属离子。 兰吉奎［1］ 和曾雪梅［2］ 曾报道使用钙盐处理含磷废水，去除 率可达90.0％以上。谢经良等［3］ 研究了不同形态的铁盐， 通过实验和研究发现，聚合态和凝胶态的铁不如离子态 的铁除磷效果好。张萌［4］ 使用强化铁盐除磷工艺处理高浓度含磷废水，进水磷浓度为 93.30mg/L，去除率达到 97.02％。

铝盐与磷酸根离子生成磷酸铝沉淀，通过吸附作用 可去除去污水中的磷。孙连伟［5］ 等对氯化铝除磷进行了 探究，结果表明三价铝离子和磷酸根离子是等摩尔反应， 因此药剂的投加量与原水TP浓度有关，pH为6.0时去除 效率最高。

在含磷废水中投加铵盐、镁盐是目前国内常用的处理方法。铵盐、镁盐与废水中的磷酸盐反应生成难溶的 复盐磷酸铵镁，又名鸟粪石。张玉生［6］ 等研究了鸟粪石 法回收磷，实验研究明，当 pH 控制在 9.3，氮、磷物质的 量比控制在4.0，镁、磷物质的量比控制在1.1时，除磷效 果最好。周庄古镇地埋式污水处理厂采用化学除磷工 艺，在出水总磷含量小于 1mg/L 的情况下，处理成本为 0.645元/m3。

目前，全世界普遍强调水环境需要大规模控制磷的 含量。迄今为止，化学沉淀法仍是实用、有效的废水除磷 方法。化学法操作简单、除磷效果稳定、处理效率80%以 上，当废水中磷的浓度较大或有一定波动时，仍能保持较好的除磷效果，但用药量较大，导致含磷废水处理费用较 高，且产生大量难以处理的高磷污泥。

2 生物法

生物除磷主要由一类统称为聚磷菌的微生物完成， 由于聚磷菌能在厌氧状态下同化发酵产物，使得聚磷菌 在生物除磷系统中具备竞争的优势。在厌氧状态下（没 有溶解氧和硝态氮存在），兼性菌将溶解性有机物转化成 挥发性脂肪酸；聚磷菌把细胞内聚磷水解为正酸盐，并从 中获得能量，吸收污水中易降解的COD，同化成细胞内碳 能源存贮物聚β-羟基丁酸或β-羟基戊酸等。在好氧或 缺氧条件下，聚磷菌以分子氧或化合态氧作为电子受体， 氧化代谢内贮物质 PHB 或 PHV 等，并产生能量，过量地 从污水中摄取磷酸盐，能量以高能物质ATP的形式存贮， 其中一部分转化为聚磷，作为能量贮于胞内，通过剩余污 泥的排放实现高效生物除磷目的。

生物法除磷的主要工艺有Phostrip 侧流生物除磷工 艺、厌氧-好氧（AO）生物除磷工艺、厌氧-缺氧-好氧 （AAO）生物脱氮除磷工艺、氧化沟工艺、序批式反应器 （SBR）工艺、反硝化除磷工艺等。陈洪波［7］ 实验表明，当 进水磷浓度2~10mg/L时，SBR单级好氧生物除磷工艺去 除率保持在90％以上。王然登［8］ 等对强化生物除磷系统 （EBPR）研究发现，除了聚磷菌（PAOs）对磷有去除作用 外，细菌的胞外聚合物（EPS）对磷也有一定的去除效果。 生物法的优点是：（1）成本低，微生物通过自身新陈代谢 进行更新换代；（2）产泥量少。生物法除磷是利用聚磷菌 的生理需求从水中摄取可溶性磷酸盐，在体内合成多聚 磷酸盐，慢慢地累积成高磷污泥；（3）除磷范围广，在生化 除磷中，除了可以将正磷酸盐直接利用外，还可以使其它 磷转化为正磷。但是微生物对周围生活环境要求比较苛 刻，对水质变化敏感。日本滋贺县湖南中部净化中心，先 后采用厌氧-好氧（AO）、厌氧-缺氧-好氧（AAO）生物脱 氮除磷工艺和分段进水多级缺氧-好氧/反硝化（SMAO）3 种深度处理工艺，均得到较好的处理效果。

3 吸附法

吸附法除磷的原理是某些多孔或大比表面积的固体 物质对水中磷酸根离子具有吸附亲和力，通过吸附亲和 力去除废水中的磷。磷吸附剂的选择要求满足以下条 件：（1）高吸附容量；（2）高选择性；（3）吸附速度快；（4）抗 其他离子干扰能力强；（5）无有害物溶出；（6）吸附剂再生 容易、性能稳定；（7）原料易得并造价低。围绕这些标准， 国内外对吸附除磷的研究目前主要集中在提高吸附剂的 效能上。

Yan［11］ 研究了3种柱撑剂（铁、铝、铁铝）改性膨润土 吸附除磷效果，结果表明铝柱效果最佳。近年来，不少报 道［9，10］ 表明利用废渣处理含磷废水效果明显，且成本低v> 廉，以废治废。很多学者对天然材料和工业炉渣的吸附 脱磷性能进行了广泛的研究及试验，多项试验表明，这些 材料的磷吸附容量与材料中Ca、Mg、Al和Fe等金属元素 氧化物含量成正相关，证实了金属氧化物是对磷吸附的 主要活性点；无定形非晶态物含量、pH值、材料的比表面 积和孔隙率对吸附容量起重要作用。

吸附法除磷不需要添加化学试剂，操作简单灵活，不 产生二次污染，在稀溶液的溶质分离中效果较好，适合处 理低浓度的含磷废水。现在已经有了一些在吸附容量方 面性能优异的高效吸附剂试验结果，但研究还相对较少， 在吸附剂的抗干扰性、溶解损失和再生等方面还存在一 些问题，在吸附机理方面远远落后于实践。从趋势上来 看，高效合成吸附剂的研究将是废水除磷吸附剂的重要 发展方向，但仍有众多的研究课题有待解决。

4 结晶法

结晶法除磷的原理是：含磷废水加入试剂后，溶液中 离子的亚稳态受到影响，磷酸根离子以磷酸盐的形式在 晶种表面析出，通过固液分离技术达到除磷的目的。陈 小光［12］ 等研究了磷酸钙盐结晶除磷工艺性能，结果表明， 升高 pH 或 Ca/P 物质的量比有利于提高磷去除率。张 蕊［13］ 采用连续运行的流化床MAP结晶除磷工艺，磷的去 除率达到 96％以上。上述过程 pH 变化范围为 8.8~9.4。 结晶产生的污泥量约为处理水量的（0.8~2.78）‰。60℃ 烘干后结晶污泥含磷量大于13％，与天然鸟粪石含磷量 相当。

除上述各种常规含磷废水处理方法外，各种新型工 艺也逐步运用于含磷废水的处理。徐小明［15］ 以磁性羧甲 基纤维素（CMC）-CoFe2O4复合材料为吸附剂，采用磁分 离技术处理含磷废水并加以回收，磷去除率可达95％以 上。苏阳［19］ 采用浸渍法制备负载氢氧化镧的膨胀石墨 （EG-LaOH）除磷剂，相较于目前广泛使用的活性氧化铝 等吸附剂，EG-LaOH 对磷的吸附效率更高，抗干扰能力 更强。EG-LaOH在90℃下的再生效率可达80％以上，具 有较大的应用前景。

随着科学技术的发展，膜技术越来越广泛地运用于 废水处理中。膜技术作为一种新型的分离技术，既能对 废水有较高的处理效率，也能高效回收物质，其分离过程 主要有微滤、超滤、纳滤、反渗透和电渗析。刘佳［14］ 提出 膜分离技术-芬顿处理工艺，采用超滤和树脂软化技术对 低浓度有机磷废水进行预处理，在其基础上采用二次反 渗透工艺（RO），使废水浓缩，接着进行芬顿氧化处理。 试验研究表明，这种处理工艺比单一芬顿氧化处理工艺 更经济，磷的去除率更高。王亚宜［20］ 研究了序批式生物 膜技术（SBBR）的发展和应用情况，SBBR 是将 SBR 间歇 操作模式引入到生物膜反应器，这种技术结合了 SBR 和传统生物膜技术的优点，对水 力负荷变化较大的城市生活污水具有较高的处理效率， 能够实现同步脱氮除磷的深度处理。

5 结语

含磷废水的处理方法众多，处理效果和适用情况也 不尽相同。化学沉淀法适用于含磷浓度较高的工业废水，生物法适用于含磷浓度较低的生活废水和畜牧业废 水。结晶法、吸附法有利于磷的回收利用，适用于水量较 小的含磷废水处理。在含磷废水的处理工艺上，要转变 传统思维，加强磷的回收和利用。实践和研究表明，组合 工艺较单一工艺在除磷效果上有显著提高。在实际工程 运用中要根据水质特征、处理规模、环境条件、处理成本 等因素，合理选择处理工艺。近几年来，随着科技的发 展，高分子膜技术以及高分子多孔材料的运用也给含磷 废水的处理提供了一个新的思路和发展方向。