劉君，邱敬賢，梁鳳儀，喬瑞平

（1. 航天凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，湖南 長沙410100；2. 長沙環(huán)保（服務(wù)）工業(yè)技術(shù)研究院，湖南 長沙410100）

我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，大量富含磷污水未經(jīng)處理或者處理不達(dá)標(biāo)而排入河流、湖泊、海洋等敏感水體環(huán)境中導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，甚至黑臭，其中又以磷為關(guān)鍵因素，當(dāng)環(huán)境水體中TP≥0.02 mg/L 時(shí)，水體開始缺氧，呈現(xiàn)出發(fā)生富營養(yǎng)化狀態(tài)[1-2]。因此，工農(nóng)業(yè)廢水及生活污水應(yīng)先進(jìn)行脫氮除磷達(dá)標(biāo)后方可排入水體。按照“十三五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃和“十三五”節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，未來污水處理仍需進(jìn)一步提高水環(huán)境質(zhì)量，推進(jìn)減少主要污染物的排放。尤其針對重點(diǎn)湖泊、重要水庫及近岸海域匯水區(qū)域等敏感地區(qū)，應(yīng)該根據(jù)相關(guān)污水水質(zhì)的特點(diǎn)、相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)及再生利用需求，選出合理適宜的提標(biāo)改造工藝，著力提高污水脫氮除磷工藝的能力。但就目前形式看，總磷仍是城鎮(zhèn)污水處理較難控制的指標(biāo)之一，且僅靠生物處理工藝不能滿足日益嚴(yán)格的出水排放標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因氮磷超標(biāo)導(dǎo)致的水體富營養(yǎng)化是我國每年多個(gè)天然湖泊消亡的主要原因。故為了遏制水體富營養(yǎng)化問題的日益蔓延，保護(hù)天然水體不被破壞，必須運(yùn)用有效的除磷技術(shù)才能緩解當(dāng)前局面。

目前，除磷技術(shù)正不斷改進(jìn)和發(fā)展，除磷劑的種類也越來越多。普遍使用的除磷方法大致分為4 種[3]，即化學(xué)法、結(jié)晶法、生物法和吸附法。其中化學(xué)法除磷[4-6]是最早使用的除磷方法，只需投加藥劑即可使出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，但耗藥量大導(dǎo)致處理費(fèi)用普遍偏高，且產(chǎn)生大量的二次污泥，不利于后續(xù)處理；結(jié)晶法[7]作為一種接觸脫磷法，其成本低、易于控制，但維護(hù)費(fèi)用高、易堵塞；生物法[8，9]因其成本低、環(huán)境友好已被廣泛應(yīng)用于各污水處理項(xiàng)目上，但處理效果不穩(wěn)定，對水中有機(jī)物濃度依賴性很強(qiáng)。單一的生物處理技術(shù)不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，因此生物技術(shù)和化學(xué)技術(shù)的組合逐漸受到關(guān)注并推廣使用。但高效、穩(wěn)定、環(huán)境友好的除磷藥劑還較少，研究開發(fā)除磷效果好的微生菌種是關(guān)鍵。相比之下，吸附法除磷技術(shù)[10，11]選擇性高、性能穩(wěn)定、可脫附再生、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)階段除磷領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

1 除磷劑的種類及除磷機(jī)理

1.1 物理化學(xué)除磷劑

目前，常見的物理化學(xué)除磷劑主要包括鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽這三類。其中，鋁鹽除磷劑主要有3 種，即硫酸鋁（Al（2SO4）3）、氯化鋁（AlCl3）、聚合氯化鋁（PAC）。一般認(rèn)為其除磷機(jī)理主要包含金屬離子與磷酸根離子反應(yīng)去除可溶性磷和金屬離子水解后的絡(luò)合物對污水中的有機(jī)磷和難溶性磷起混凝作用兩個(gè)過程。為證實(shí)鋁鹽除磷劑是以吸附為主還是以化學(xué)反應(yīng)沉淀為主，呂貞等[12]經(jīng)過驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，該類藥劑除磷沉淀物中磷酸鋁占比比較小，含有大量吸附態(tài)的鋁鹽及氫氧化鋁，過程主要以吸附共沉淀為主。且通過采用生活污水作為處理對象進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)對比這3 種除磷劑發(fā)現(xiàn)，PAC 用量較低，效果較好，出水穩(wěn)定，投加量為60 mg/L 時(shí)，即可達(dá)到預(yù)期的除磷效果。

市場上常用的鐵鹽除磷劑主要包括三氯化鐵（FeCl3·6H2O）、硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）、聚硫酸鐵（PFS）3 種。其機(jī)理同鋁鹽的兩個(gè)過程類似，但并未文獻(xiàn)驗(yàn)證起主導(dǎo)作用的是混凝作用還是化學(xué)作用。FeCl3·6H2O 很少單獨(dú)作為除磷劑用于污水的深度處理，可直接投加到生化系統(tǒng)中以提高除磷效率。朱亮等[13]向SBR 系統(tǒng)中投加了FeCl3·6H2O，平均除磷效率從76%提高到了90%，但它對微生物有一定的毒害作用。陳艷莉等[14]發(fā)現(xiàn)在生化池中投加FeSO4·7H2O 能迅速提高除磷效果，但對活性污泥的性質(zhì)并無改觀作用。某環(huán)保公司采用FeSO4·7H2O 和PFS 針對低濃度含磷廢水的除磷效果進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，在相同投加量下，F(xiàn)eSO4·7H2O 的去除率明顯高于PFS，因FeSO4·7H2O成本大大低于PFS，故當(dāng)TP 濃度較低的情況下，可以實(shí)驗(yàn)確定FeSO4·7H2O 的處理效果。

鈣鹽一般指石灰（Ca（OH）2）和氯化鈣（CaCl2）兩種，價(jià)格低廉。其主要是直接向廢水中投加鈣鹽，通過生成鈣磷沉淀物去除廢水中的磷。而目前各研究人員對除磷過程中pH 值的適宜條件還存在爭議。如：張顯忠等[15]在處理某磷化廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)，pH 值在10～11 時(shí)，磷的去除率最好；同一濃度下，李長江等[16]則認(rèn)為pH值在8.5～9.5 時(shí)除磷效果最佳。黎圣等[17]為更好地選擇合適的pH 值以提高鈣鹽除磷的效率，結(jié)合pH 值及OH-的作用，對除磷產(chǎn)物探索其控制機(jī)制，發(fā)現(xiàn)最佳pH 值只與廢水的初始pH 值及磷酸鹽濃度有關(guān)。

1.2 微生物菌劑

微生物菌劑的制備是根據(jù)微生物厭氧釋磷、好氧吸磷的生物除磷機(jī)理，選用目標(biāo)微生物（聚磷菌）經(jīng)過工業(yè)化生產(chǎn)擴(kuò)繁后，復(fù)配生物酶、營養(yǎng)劑和催化劑等物質(zhì)形成的活性菌劑，能有效降低廢水中磷的含量，并通過復(fù)配，效果比單純的生物處理工藝更佳。

隨著微生物菌劑的優(yōu)勢凸顯，各類微生物菌劑的研發(fā)和制備企業(yè)也逐年增加，使用量也逐年擴(kuò)大。如上海碧萊清生物科技有限公司污水處理生物菌種，由酵母菌、乳酸菌、硝化菌、硫細(xì)菌、枯草芽孢桿菌等多種有益菌種組成；廣州宇沙立環(huán)保科技有限公司生產(chǎn)的除磷專用菌劑，利用植物源枯草芽孢桿菌屬、高效功能菌、絮凝菌、短鏈脂肪酸SCFA、酶制劑等復(fù)合制備而成；碧沃豐生物科技股份有限公司的碧沃豐?除磷產(chǎn)品，由除磷菌、生物酶、營養(yǎng)劑、催化劑等制備而成。與物理化學(xué)藥劑相比，雖然微生物菌劑具有持效期長、污泥量少、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，但處理速率相對較慢，且一般需要先激活再投加。

1.3 新型復(fù)合除磷劑

新型復(fù)合除磷藥劑是在前兩類除磷藥劑的基礎(chǔ)上演變而來，在研究過程中發(fā)現(xiàn)，兩種或多種除磷藥劑的復(fù)合要比單一除磷劑的除磷效果更好，因此，新型除磷劑就應(yīng)用而生。前期研究主要針對鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽和聚丙烯酰胺（PAM）等幾類除磷劑中的幾種除磷藥劑，通過某種攪拌的手段混合而成甚至先后投加。聶錦旭等[18]制備了有機(jī)-無機(jī)復(fù)合膨潤土吸附劑用于含磷廢水的處理，除磷去除率達(dá)到了97.55%；張大群等[19]將鎖磷劑和微生物菌劑復(fù)合技術(shù)處理富營養(yǎng)化水體，除磷效果明顯并具有長效性。隨著技術(shù)的改進(jìn)，復(fù)合除磷劑從簡單的混合發(fā)展到了幾種藥劑的交聯(lián)、共沉淀、包埋等技術(shù)。如楊雪[20]等采用共沉淀法制備了一種對磷具有很好吸附作用的新型鐵銅復(fù)合吸附劑，有良好的應(yīng)用前景。陳力等[21]采用反向懸浮交聯(lián)法制備了質(zhì)子化殼聚糖/磁性復(fù)合材料，并揭示該材料的吸附過程主要表現(xiàn)為化學(xué)吸附。但此類新型復(fù)合除磷劑大多還處在實(shí)驗(yàn)階段，沒有得到廣泛推廣和應(yīng)用。

2 除磷劑在廢水中的應(yīng)用

在項(xiàng)目上，隨著環(huán)保政策越來越嚴(yán)格，單純的生物除磷工藝很難使出水達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)；而單純的化學(xué)除磷工藝又會加大成本，增加二次污染；為了在提高處理效率的同時(shí)不加大成本，故采用“生物+化學(xué)”組合除磷工藝。朱學(xué)紅等[22]結(jié)合某城鎮(zhèn)污水處理廠在氧化溝工藝的基礎(chǔ)上加入化學(xué)藥劑PFS 后，出水穩(wěn)定，TP≤0.25 mg/L。謝經(jīng)良等[23]考察了FeCl3·6H2O 處理AB 工藝的出水，投加量75×10-6時(shí)，出水穩(wěn)定，TP＜0.5 mg/L。而趙輝等[24]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)投加順序會影響除磷效果，利用PAC 去除污水中的磷，除磷劑同一濃度通過兩次投加方式的除磷效果明顯好于一次投加，出水TP＜0.5 mg/L。目前，各類污水處理項(xiàng)目在除磷過程中，均會采用化學(xué)除磷來加強(qiáng)生物處理的處理效果，以達(dá)到相對應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

由于各類除磷藥劑自身都存在一定的缺陷，從而推動了他們向新型高效的多功能脫氮除磷藥劑方向發(fā)展。通過“優(yōu)勢互補(bǔ)”原則，開發(fā)新型高效的多功能脫氮除磷藥劑，研究其在水環(huán)境中的耦合作用機(jī)制，避免出現(xiàn)藥劑的屏蔽遮掩作用，可更有效地解決水污染問題。因此，為了嚴(yán)格控制水體的含磷總量，滿足市場需求，研發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的多功能脫氮除磷藥劑具有巨大的市場需求，這不僅能全面提高企業(yè)在環(huán)境水污染治理的水平和市場競爭力，而且必將極大地推進(jìn)我國重點(diǎn)湖泊、重要水庫及近岸海域匯水區(qū)域等敏感地區(qū)的富營養(yǎng)化治理工作進(jìn)程，具有重要的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境生態(tài)效益，發(fā)展應(yīng)用前景很大。