銘盛環(huán)境——工業(yè)污水，工業(yè)廢水處理專家，提供污水處理解決方案
磷是一種生物體內(nèi)十分重要的營(yíng)養(yǎng)元素，它在生物圈的循環(huán)過(guò)程較為特殊，與碳和氮的循環(huán)過(guò)程有較大的不同。在廢水中，磷通常以正磷酸鹽、聚磷酸鹽以及有機(jī)磷等形式存在，并且由于廢水來(lái)源的差異，磷的形式及含量也會(huì)有較大的差別。目前，大多數(shù)工業(yè)污水處理廠使用以下2種除磷方法：生物除磷法和化學(xué)除磷法。文中著重介紹了廢水化學(xué)除磷法中化學(xué)混凝沉淀法、和吸附法的特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀。
化學(xué)除磷法則是通過(guò)向污水中添加一定的化學(xué)藥劑，使之與磷酸鹽發(fā)生反應(yīng)從而達(dá)到除磷的目的。
1 化學(xué)混凝沉淀法
廢水中的磷大部分以溶解性無(wú)機(jī)磷的形式存在，少部分以有機(jī)磷溶解或非溶解狀態(tài)存在。利用化學(xué)混凝法除磷，即通過(guò)加入化學(xué)藥劑，使之與廢水中溶解性的磷反應(yīng)生成懸浮態(tài)的磷，并將其滯留。目前用于化學(xué)混凝沉淀法除磷的三大除磷劑分別為：鈣鹽、鋁鹽及鐵鹽。而石灰、硫酸鋁、聚合氯化鋁鐵等是最常使用的化學(xué)除磷劑。
化學(xué)混凝沉淀法通常是將可溶性鈣鹽、鐵鹽等配制成溶液的形式，再加入廢水中，一方面鈣鹽和鐵鹽等會(huì)與水中正磷酸鹽發(fā)生反應(yīng)形成磷酸鹽沉淀，另一方面形成的低聚物具有吸附作用，它可以通過(guò)搭橋作用、表面靜電作用等對(duì)磷的化合物進(jìn)行吸附，最終通過(guò)將泥水進(jìn)行分離達(dá)到除磷的目的。通常使用的化學(xué)除磷手段可根據(jù)金屬鹽種類的差異分為以下3種：
1）鈣鹽除磷：
由于添加鈣鹽進(jìn)行除磷，其操作過(guò)程簡(jiǎn)便，除磷效果佳等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，人們通常選擇在含磷廢水中加CaCl2，無(wú)機(jī)磷在pH為11下能被沉淀絕大多數(shù)。高偉勝等在加入量n（Ca）：n（P）=1。5∶1的條件下，磷初始濃度582mg/L，初始pH=9.5，反應(yīng)30min，對(duì)磷的去除率可高達(dá)99.9%。
2）鐵鹽除磷：
利用鐵鹽除磷的方法，針對(duì)總磷含量為2~4mg/L的生活污水，去除作用較好。王立立等使用三價(jià)鐵與聚硫酸鐵混凝的方法，水中磷的去除可達(dá)75%以上。吳昊在總磷含量為158mg/L的淀粉廢水中加入氯化鈣和氯化鐵，在溶液pH=6.92時(shí)，總磷去除率可高達(dá)97.05%。
3）鎂鹽除磷：
張教強(qiáng)等使用氯化鎂和碳酸氫銨作為沉淀劑，處理磷濃度為6.6mg/L與3.2mg/L廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)，在pH為7~12范圍內(nèi)，隨pH的增加對(duì)磷的去除率增高，水中磷的最大去除率可達(dá)到98%以上。
在實(shí)際操作中，為強(qiáng)化化學(xué)混凝沉淀的除磷效果，可通過(guò)加入高分子助凝劑等方法來(lái)提高除磷率。
3.2 吸附法
吸附法除磷是通過(guò)將具有一定表面活性基團(tuán)的除磷劑投入廢水中，除磷劑的活性基團(tuán)與磷發(fā)生鍵合作用，從而實(shí)現(xiàn)將磷富集的目的，進(jìn)而達(dá)到除磷效果。吸附法具有以下優(yōu)點(diǎn)：①適用水體廣，無(wú)論是對(duì)工業(yè)廢水的處理，還是對(duì)生活污水或者地表水的處理均適用；②吸附速率快；③吸附劑的使用過(guò)程對(duì)環(huán)境友好；④吸附劑具有可回收的特性。吸附法也具有一定的缺點(diǎn)，例如，其飽和吸附量低，除磷效率會(huì)受pH變化的影響，磷在中性條件下很難去除。目前使用的除磷吸附劑最多的是活性炭、生物質(zhì)、金屬氧化物、黏土礦物等。
3.2.1 活性炭
活性炭的形成過(guò)程如下：含碳原材料制備→碳化→活化加工而成。原材料一般使用木材、石油焦和果核等材料。活性炭具有很大的比表面積，其在水處理中的應(yīng)用十分廣泛，但活性炭的選擇性吸附能力并不強(qiáng)，因此，為了能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于對(duì)特定物質(zhì)的吸附，需要對(duì)其進(jìn)行改性。研究表明，在活性炭上負(fù)載Fe可以較大程度地提高對(duì)磷的吸附效果，該過(guò)程首先使用一定濃度的硝酸對(duì)活性炭進(jìn)行氧化，目的是使活性炭能搭載更多Fe，進(jìn)而可以促使活性炭表面形成大量的活性位點(diǎn)，顯著提高活性炭對(duì)磷的吸收速率及效率。Zhou等在污水磷去除實(shí)驗(yàn)研究中，首先利用液相凝膠法制備納米氧化鐵，再將其負(fù)載于活性炭上，發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)改性后的活性炭相比于未改性的活性炭對(duì)磷的吸附量提高較大，最大吸附量為12.86mg/g。利用化學(xué)法將活性炭進(jìn)行改性的研究也很多，例如，楊晶等使用硫酸亞鐵溶液對(duì)活性炭纖維進(jìn)行改性，實(shí)驗(yàn)表明，改性后活性炭纖維對(duì)磷的吸附能力大大提高，對(duì)磷的去除率高達(dá)99%，在同等實(shí)驗(yàn)條件下，改性前對(duì)磷的去除率僅為48%。童婧等利用鋯、鐵改性活性炭纖維對(duì)磷進(jìn)行吸附試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)改性后的活性炭纖維對(duì)磷的吸附量可達(dá)27.03mg/g，吸附量增加2.5倍。由此可見(jiàn)，通過(guò)將活性炭在一定條件下進(jìn)行改性，可對(duì)廢水中的磷進(jìn)行有效去除或者回收利用。
3.2.2 生物質(zhì)
在吸附工程中，通常會(huì)使用生物質(zhì)或者其廢棄物作為吸附材料，這部分的生物質(zhì)稱為生物質(zhì)吸附劑。生物質(zhì)制備吸附劑是近些年來(lái)的研究熱點(diǎn)。Chen等利用牡蠣殼吸附初始濃度為10mg/L的磷時(shí)發(fā)現(xiàn)，升高反應(yīng)溫度和降低殼粒徑都能增大牡蠣殼的吸附容量，提高對(duì)磷的去除效率；具有豐富吸附位點(diǎn)的牡蠣殼是一種既環(huán)保又高效的除磷劑。Kose等在利用吸附法除磷的實(shí)驗(yàn)研究中，使用蛋殼制作生物質(zhì)吸附劑，研究發(fā)現(xiàn)用焙燒的廢蛋殼對(duì)磷進(jìn)行吸附，在pH為2~10時(shí)，去除效率都能大于99%，pH對(duì)廢蛋殼吸附磷的去除率高低無(wú)明顯影響。
3.2.3 金屬氧化物
近年來(lái)，對(duì)于金屬氧化物類吸附材料研究較多，金屬氧化物具有常見(jiàn)吸附材料的特點(diǎn)，同時(shí)它具有眾多羥基團(tuán)以及很高的選擇吸附性。研究較多的金屬氧化物吸附材料主要有鐵氧化物及水滑石。氧化鐵對(duì)磷的吸附不僅通過(guò)球表面靜電吸附的物理作用，而且還通過(guò)球內(nèi)絡(luò)合的化學(xué)作用對(duì)磷產(chǎn)生吸附效果。Philip等利用3種不同的氧化鐵基吸附介質(zhì)樣品對(duì)某漁業(yè)中心的養(yǎng)殖廢水進(jìn)行除磷處理，研究發(fā)現(xiàn)，磷的去除率可達(dá)50%~60%。在使用金屬氧化物類的吸附性材料時(shí)，pH對(duì)吸附效果的影響較大，有研究證明，在磷的初始濃度為2~20mg/L、磁性氧化鐵投加濃度為0.6g/L、反應(yīng)24h，磷的吸附量達(dá)到最大值，而在pH升高到11時(shí)，吸附容量急劇下降。楊思亮等通過(guò)焙燒制得Zn-Al水滑石，研究發(fā)現(xiàn)在低溫300℃、焙燒6h制成的水滑石對(duì)磷的吸附量最大，最大吸附量高達(dá)197.24mg/g。
3.2.4 黏土礦物
黏土礦物是一些含鎂、鋁等為主的硅酸鹽礦物，它是一種層狀結(jié)構(gòu)并且含水的礦物。吸附工程中常用的黏土礦物有以下幾種：膨潤(rùn)土、蛭石、高嶺土、凹凸棒土等。
江旭等通過(guò)焙燒、添加酸堿藥劑、鹽類以及其組合工藝改性膨潤(rùn)土，研究其對(duì)磷的去除效率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明各種改性方式都能增加膨潤(rùn)土對(duì)磷的吸附量，從而增大去除效果。鄭易安等通過(guò)酸、堿、鹽及有機(jī)化等處理方式對(duì)蛭石進(jìn)行改性，通過(guò)改性的蛭石在960℃下進(jìn)行處理后，對(duì)磷的吸附量可達(dá)6.4mg/g。翟由濤等利用高嶺土對(duì)磷進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)鹽酸改性的高嶺土，對(duì)磷的去除率可達(dá)81.8%，這歸因于經(jīng)體積分?jǐn)?shù)為9%鹽酸改性的高嶺土中Al、Si等活性位點(diǎn)大量暴露使得對(duì)磷的吸附能力明顯增強(qiáng)；經(jīng)500℃高溫煅燒改性的高嶺土，磷的去除率高達(dá)99.5%，這與此煅燒溫度下Al元素能達(dá)到較好的活化狀態(tài)有關(guān)。
