摘要

水體富營(yíng)養化是全球水環(huán)境面臨的重大挑戰之一，其主要誘因是氮、磷等營(yíng)養鹽的過(guò)量輸入。磷作為關(guān)鍵限制性因子，其去除效率直接影響富營(yíng)養化治理效果。除磷劑作為一種高效、快速的化學(xué)處理手段，在污水處理、湖泊修復及工業(yè)廢水治理中廣泛應用。本文系統分析了除磷劑的種類(lèi)、作用機理、應用效果及環(huán)境影響，并結合實(shí)際案例探討其優(yōu)化使用策略，以期為水體富營(yíng)養化治理提供科學(xué)參考。

關(guān)鍵詞：除磷劑；富營(yíng)養化；磷去除；化學(xué)沉淀；水體修復

1. 引言

水體富營(yíng)養化是指由于氮、磷等營(yíng)養鹽過(guò)量輸入，導致藻類(lèi)異常增殖、溶解氧下降、水生生態(tài)系統失衡的現象。磷是藻類(lèi)生長(cháng)的關(guān)鍵限制因子，其濃度很過(guò)0.02 mg/L即可引發(fā)富營(yíng)養化（Schindler, 1977）。因此，控制磷輸入是治理富營(yíng)養化的核心策略之一。

除磷方法主要包括生物法、物理法和化學(xué)法。其中，化學(xué)除磷（通過(guò)投加除磷劑）因其高效性、操作簡(jiǎn)便和快速見(jiàn)效等優(yōu)勢，被廣泛應用于污水處理廠(chǎng)、湖泊和河流修復工程。本文重點(diǎn)探討除磷劑的類(lèi)型、作用機理、實(shí)際應用效果及潛在環(huán)境影響，以期為富營(yíng)養化治理提供技術(shù)支撐。

2. 除磷劑的種類(lèi)及作用機理

除磷劑主要通過(guò)化學(xué)沉淀、吸附或離子交換作用去除水體中的磷酸鹽。根據化學(xué)成分，主要分為以下幾類(lèi)：

2.1 鋁系除磷劑

• 代表性藥劑：硫酸鋁（Al?(SO?)?）、聚合氯化鋁（PAC）

• 作用機理：
  Al³?與PO?³?反應生成不溶性AlPO?沉淀：

  $$A{l}^{3+}+P{O}_4^{3-}\to AlP{O}_4\downarrow$$

• 特點(diǎn)：

  • 適用pH范圍：6.0–7.5

  • 過(guò)量投加可能導致鋁殘留，對水生生物有毒（如魚(yú)類(lèi)鰓損傷）。

2.2 鐵系除磷劑

• 代表性藥劑：三氯化鐵（FeCl?）、硫酸亞鐵（FeSO?）、聚合硫酸鐵（PFS）

• 作用機理：
  Fe³?與PO?³?生成FePO?沉淀：

  $$F{e}^{3+}+P{O}_4^{3-}\to FeP{O}_4\downarrow$$

  此外，Fe²?在氧化條件下可形成Fe(OH)?膠體，吸附磷酸鹽。

• 特點(diǎn)：

  • 適用pH范圍：5.0–8.0

  • 鐵鹽成本較低，但可能使水體顯色（Fe³?呈黃色）。

2.3 鈣系除磷劑

• 代表性藥劑：石灰（Ca(OH)?）、氯化鈣（CaCl?）

• 作用機理：
  在高pH條件下，Ca²?與PO?³?生成羥基磷灰石：

  $$10C{a}^{2+}+6P{O}_4^{3-}+2O{H}^{-}\to C{a}_{10}(P{O}_4{)}_6(OH{)}_2\downarrow$$

• 特點(diǎn)：

  • 適用pH>9.0，適合高堿度水體

  • 可能引起pH波動(dòng)，影響水生生物。

2.4 新型復合除磷劑

• 代表性藥劑：鑭改性膨潤土、鋯基材料、納米羥基氧化鐵

• 特點(diǎn)：

  • 吸附容量高，選擇性好

  • 適用于低濃度磷的深度處理（如景觀(guān)水體）。

3. 除磷劑的實(shí)際應用效果

3.1 污水處理廠(chǎng)中的應用

污水處理廠(chǎng)常采用化學(xué)輔助除磷（如A²/O工藝結合鐵鹽投加），可使出水TP（總磷）降至0.3 mg/L以下。例如：

• 案例1：某市政污水廠(chǎng)投加FeCl?（20 mg/L），TP去除率>90%。

• 案例2：PAC與PAM聯(lián)用，可減少污泥產(chǎn)量，提高沉降性。

3.2 湖泊與水庫修復

• 案例3：太湖部分水域投加鑭改性粘土（Phoslock®），使沉積物磷釋放率降低70%。

• 案例4：美國華盛頓湖通過(guò)鋁鹽處理，水體透明度提升3倍。

3.3 工業(yè)廢水處理

• 案例5：某電鍍廠(chǎng)廢水采用Ca(OH)?+FeSO?組合工藝，TP從15 mg/L降至0.5 mg/L。

4. 除磷劑的環(huán)境影響與優(yōu)化策略

4.1 潛在風(fēng)險

• 金屬殘留：鋁、鐵過(guò)量可能毒害水生生物。

• pH擾動(dòng)：鈣系藥劑可能使水體堿化。

• 沉積物積累：長(cháng)期使用可能改變底泥性質(zhì)。

4.2 優(yōu)化措施

1. 精準投加：基于磷負荷動(dòng)態(tài)調整劑量，避免過(guò)量。

2. 復合使用：如鐵鹽+鋁鹽協(xié)同，減少單劑副作用。

3. 生態(tài)聯(lián)用：結合人工濕地、生態(tài)浮床等生物修復技術(shù)。

5. 結論與展望

除磷劑是控制水體富營(yíng)養化的有效手段，但其應用需結合水質(zhì)特性、生態(tài)風(fēng)險和經(jīng)濟性進(jìn)行優(yōu)化。未來(lái)研究方向包括：

• 開(kāi)發(fā)高效低毒的新型材料（如生物炭負載納米鐵）。

• 結合智能監測實(shí)現精準投藥。

• 探索化學(xué)-生物協(xié)同治理長(cháng)效機制。