隨著人們生活水平的不斷提高和工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，大量含磷生活污水、工業(yè)廢水排入江河湖泊中，增加了水體營養(yǎng)物質(zhì)的負(fù)荷，從而引起水體中藻類與水生植物異常繁殖，即水體的富營養(yǎng)化。研究表明，多數(shù)水體富營養(yǎng)化的控制因素是磷，因而廢水除磷對防治水體富營養(yǎng)化至為重要。富營養(yǎng)化的主要危害是：引起水體含氧量急劇下降，導(dǎo)致魚類、貝類等水生生物因缺氧死亡；惡化水源水質(zhì)，增加水處理的難度和成本；降低水體的美學(xué)價值。磷與水體富營養(yǎng)化的密切關(guān)系已有大量的報道，特別是過量的磷在內(nèi)陸水體引起水華，在海洋引起赤潮，危害水環(huán)境而日益受到關(guān)注。

　　城市生活污水中的磷來源于糞便、食物殘汁和洗滌劑，其形態(tài)有正磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機(jī)磷，其中以正磷酸鹽和聚磷酸占絕大多數(shù)，磷可以在有機(jī)磷和無機(jī)磷、可溶性磷和不溶性磷之間相互轉(zhuǎn)化，但價態(tài)不會發(fā)生改變。

　　發(fā)達(dá)國家對于除磷的研究和生產(chǎn)應(yīng)用已有三十多年的歷史，我國這方面的研究始于八十年代初。到目前為止，除磷效果較好、應(yīng)用較多的是化學(xué)沉淀法除磷和生物法除磷。但由于生物法除磷是一個復(fù)雜的生物過程，pH 值、溫度、DO、運(yùn)行負(fù)荷、進(jìn)水的水質(zhì)和水量等很多因素都會影響整個系統(tǒng)的運(yùn)行，而且還存在磷的重新釋放造成二次污染的可能性，因此很難達(dá)到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)，就更不用說達(dá)到一級排放標(biāo)準(zhǔn)了。

　　聚合氯化鋁實(shí)物圖

　　鋁鹽除磷的反應(yīng)方程式如下：Al３＋＋HnPO(３－n)４＝ＡlＰＯ４↓＋nＨ＋

　　從這個反應(yīng)式可以看出，除磷時n(Al３＋)∶n(ＰＯ３－４)＝１∶１，如果適當(dāng)調(diào)節(jié)污水的 pH，實(shí)際能獲得與此理論關(guān)系相近的結(jié)果。實(shí)踐中，在不便進(jìn)行過濾和調(diào)節(jié)的場合，必須投加過量鋁鹽，以利于除磷。

　　鋁鹽除磷的原理一般認(rèn)為是當(dāng)鋁鹽分散于水體時，一方面 Al３＋　與?。校希常?反應(yīng)，另一方面，Al３＋ 首先水解生成單核絡(luò)合物Al(ＯＨ)２＋、 Ａl(ＯＨ)＋２及 AlO－２ 等，單核絡(luò)合物通過碰撞進(jìn)一步縮合，進(jìn)而形成一系列多核絡(luò)合物Aln(OH)m(３n－m)＋(n＞1，m≤3n)，這些鋁的多核絡(luò)合物往往具有較高的正電荷和比表面積，能迅速吸附水體中帶負(fù)電荷的雜質(zhì)，中和膠體電荷，壓縮雙電層及降低膠體 ξ 電位，促進(jìn)了膠體和懸浮物等快速脫穩(wěn)、凝聚和沉淀，表現(xiàn)出良好的除磷效果。鋁鹽適用 pH 為50～80，理想 pH 為58～69，最佳 pH 為632［2］。

　　但由于長期以來，我國水處理工程中的除磷試劑不僅仍普遍采用鋁鹽混凝劑，而且很大部分是用廢鋁灰為原料制成的，其本身的衛(wèi)生質(zhì)量較差。而且鋁是一種慢性毒物，因而作為水處理的混凝劑受到很大的局限。研究結(jié)果表明，經(jīng)用鋁鹽混凝劑處理后出水中的鋁含量大幅度增加，并且其中相當(dāng)多的鋁是易被人體(生物體)吸收和結(jié)合的鋁。如果這種處理出水直接排入江河，將給下游的飲用水源造成污染。近代醫(yī)學(xué)研究表明，鋁隨飲食進(jìn)入人體后，能在一些組織和器官中積蓄，引發(fā)多種疾病。

　　主要表現(xiàn)為：

　?、?鋁積蓄于中樞神經(jīng)中后會殺死神經(jīng)元，使人的記憶力減退或喪失，引發(fā)早老性癡呆癥等疾病。

　?、?鋁易取代鈣而進(jìn)入骨質(zhì)中，引起骨質(zhì)疏松軟化變形。

　?、?使腎功能發(fā)生病變，如腎功能失調(diào)，腎衰竭及尿毒癥。

　?、?使血液和心血管發(fā)生病變。

　?、?鋁有細(xì)胞遺傳毒性，對體細(xì)胞及生殖細(xì)胞有致突變作用。

　　聚合硫酸鐵實(shí)物圖：

　　鐵鹽除磷的反應(yīng)方程式可表示如下：主反應(yīng)：Fe３＋＋ＰＯ３－４＝FePO４↓Fe2＋＋ＰＯ３－４＝Fe３(PO４)２↓副反應(yīng)： Fe３＋＋3HCＯ－3＝Fe(OH)３↓＋３ＣＯ２

鐵鹽除磷的過程如下：溶于水中后，F(xiàn)e３＋一方面與磷酸根生成難溶鹽，一方面通過溶解和吸水可發(fā)生強(qiáng)烈水解，并在水解的同時發(fā)生各種聚合反應(yīng)，生成具有較長線性結(jié)構(gòu)的多核羥基絡(luò)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)6+12、 Fe7(ＯＨ)9＋１２、 Fe７(ＯＨ)１０＋１１、 Fe９(ＯＨ)７＋２０、 Fe１２(ＯＨ)２＋３４等。這些含鐵的羥基絡(luò)合物能有效降低或消除水體中膠體的 ξ 電位，通過電中和，吸附架橋及絮體的卷掃作用使膠體凝聚，再通過沉淀分離將磷去除。鐵鹽最佳使用 pH 在8左右。

　　傳統(tǒng)的鐵鹽混凝劑有硫酸鐵、三氯化鐵、硫酸亞鐵等。硫酸鐵工業(yè)品由于考慮純度及衛(wèi)生質(zhì)量等問題很少采用。在實(shí)際較多使用的是三氯化鐵，生產(chǎn)一噸無水三氯化鐵要消耗0.55噸氯氣，不僅生產(chǎn)成本高，價錢貴，由于氯氣貨源的限制，產(chǎn)品也很有限。此外液體三氯化鐵運(yùn)輸和貯存存在較多問題，固體三氯化鐵易潮解，要用密閉容器包裝、運(yùn)輸、貯存，使用都很麻煩。

　　新型的鐵鹽混凝劑主要有聚合鐵鹽和含鐵無機(jī)高分子。聚合鐵鹽有聚合硫酸鐵(PFS)、聚亞鐵、聚氯硫酸鐵(PFCS)等，是近年來發(fā)展較快的水處理混凝劑。

　　聚合硫酸鐵(PFS)又稱堿式硫酸鐵，簡稱聚鐵。聚鐵同傳統(tǒng)的三氯化鐵、硫酸鐵等凈水劑相比較，突出特點(diǎn)為：① 具有優(yōu)良的凝聚性能，絮凝體形成速度快，密集度高且質(zhì)量大，沉降速度快，尤其對低溫低濁水有優(yōu)良的處理效果；② 適用水體 pH 值范圍廣；③ 具有較強(qiáng)的去除水中 BOD、COD 及重金屬離子的能力，并且有脫色、脫臭、脫水、脫油等功效，殘留的鐵離子少；④ 使用時腐蝕性小。實(shí)驗(yàn)表明，用聚鐵凈化水，不但不會增加亞硝氮及鐵的含量，反而會降低它們的含量，因此它是優(yōu)良的飲用水混凝劑。

　　聚鐵是在硫酸鐵分子簇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中插入了羥基，形成以 OH－ 作為架橋形成多核配離子，聚鐵的鹽基度越高，其分子聚合度越大，形成的羥基配合物就具有更多的電荷和更大的表面積，其絮凝性能也就更好，因此在聚鐵生產(chǎn)基礎(chǔ)上加入少量改性劑，使羥基更易插入硫酸鐵的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中就可制得改性的聚鐵，其鹽基度和聚合度更高，因而其絮凝效果大大優(yōu)于普通的聚鐵。生產(chǎn)聚鐵是用磁鐵礦粉、硫鐵礦燒渣及煉鋼煙渣等為原料，以廢治廢。由此可見，

　　聚鐵混凝劑及其生產(chǎn)方法有如下特點(diǎn)：

　?、?產(chǎn)品質(zhì)量純凈，除了硫酸亞鐵原料和空氣外不加任何其它物質(zhì)，這是特別清潔的生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品的衛(wèi)生質(zhì)量；

　?、?生產(chǎn)工藝簡單，速度快，成本較低，適用于各種規(guī)模的生產(chǎn)，尤其適用于大規(guī)模生產(chǎn)；

　?、?無潮解性，運(yùn)輸、貯存、使用都方便；

　?、?具有傳統(tǒng)的三價鐵鹽的全部優(yōu)點(diǎn)。

　　在磷的排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格而單純依生物處理難于達(dá)標(biāo)的情況下，化學(xué)法除磷的地位仍然不可替代，必須加強(qiáng)化學(xué)除磷工藝的科學(xué)研究工作，積極解決影響化學(xué)除磷技術(shù)應(yīng)用的主要障礙因素。研究和發(fā)展的方向之一即開發(fā)和應(yīng)用新的化學(xué)藥劑，力求降低藥劑費(fèi)用，減少和妥善處理產(chǎn)生的污泥。