摘要

随着水体富营养化问题的日益严峻，传统单一除磷剂在污水处理中的局限性逐渐显现，如效率不足、二次污染风险高等问题。复合除磷剂通过多种成分的协同作用，显著提高了磷的去除效率，并降低了环境风险，成为污水处理领域的新趋势。本文系统综述了复合除磷剂的研发进展、作用机理、实际应用案例及其经济环境效益，并探讨了未来发展方向，为污水处理行业的技术升级提供参考。

关键词：复合除磷剂；污水处理；磷去除；协同效应；环境友好

1. 引言

磷是水体富营养化的关键限制因子，其过量排放会导致藻类爆发、溶解氧下降及生态系统崩溃。传统除磷方法（如生物法、单一化学沉淀法）存在处理效率低、污泥产量大、金属残留等问题。近年来，复合除磷剂因其高效、稳定、低毒等优势，成为研究热点。

复合除磷剂是指由两种或多种成分（如金属盐、吸附剂、助凝剂等）复配而成的除磷材料，通过化学沉淀、吸附、絮凝等多重作用协同提升除磷效率。本文重点探讨复合除磷剂的研发策略、作用机制及工程应用，并分析其技术经济性，以推动污水处理技术的革新。

2. 复合除磷剂的研发进展

2.1 复合除磷剂的分类

根据成分组合方式，复合除磷剂可分为以下几类：

（1）金属盐复合型

• 铁-铝复合剂（如FeCl₃+PAC）：结合铁盐的高沉淀效率和铝盐的强絮凝能力。

• 钙-铁复合剂（如Ca(OH)₂+FeSO₄）：适用于高磷废水，同时调节pH。

（2）改性吸附剂型

• 镧改性膨润土（如Phoslock®）：通过镧离子（La³⁺）与磷酸盐形成稳定沉淀。

• 锆基复合材料：ZrO₂负载于多孔材料，选择性吸附磷。

（3）纳米材料复合型

• 纳米羟基氧化铁（nFeOOH）：比表面积大，吸附容量可达100 mg/g。

• 生物炭负载纳米零价铁（nZVI-BC）：兼具还原性和吸附性。

2.2 复合除磷剂的协同机制

复合除磷剂的优势在于多组分协同作用：

1. 化学沉淀+吸附（如Fe³⁺+活性氧化铝）：提高磷的固定化效率。

2. 电荷中和+网捕絮凝（如PAC+PAM）：增强絮体沉降性。

3. pH缓冲+沉淀（如Ca(OH)₂+FeCl₃）：减少pH波动对微生物的影响。

3. 复合除磷剂在污水处理中的应用

3.1 市政污水处理

• 案例1：某污水处理厂采用FeCl₃+PAC复合投加（质量比1:1），出水TP从1.2 mg/L降至0.3 mg/L，污泥量减少20%。

• 案例2：聚合硫酸铁（PFS）+聚丙烯酰胺（PAM）联用，提升沉降速度，降低药耗15%。

3.2 工业废水处理

• 案例3：电镀废水采用Ca(OH)₂+nFeOOH复合处理，TP去除率>95%，且无重金属溶出风险。

• 案例4：食品加工废水使用镧改性粘土，实现低浓度磷（<0.1 mg/L）深度去除。

3.3 湖泊与河流修复

• 案例5：太湖某支流投加Phoslock®+PAC复合剂，沉积物磷释放率降低80%，藻类生物量下降60%。

• 案例6：美国Chesapeake Bay使用铝盐-有机聚合物复合剂，改善水体透明度。

4. 复合除磷剂的优势与挑战

4.1 技术优势

1. 高效性：TP去除率可达95%以上，优于单一药剂（70%~85%）。

2. 经济性：减少药剂投加量，降低污泥处理成本。

3. 环境友好：降低金属残留，如镧系材料毒性远低于铝盐。

4.2 现存挑战

1. 复配优化难题：需精准调控比例以适应不同水质。

2. 长期生态影响：如纳米材料可能在水体积累。

3. 成本问题：部分新型材料（如Phoslock®）价格较高。

5. 未来发展方向

1. 智能响应型除磷剂：开发pH/温度敏感材料，实现自适应投加。

2. 废物资源化利用：如钢渣、赤泥等工业副产物制备低成本复合剂。

3. 生物-化学耦合技术：结合微生物除磷（如PAOs）与化学沉淀。

6. 结论

复合除磷剂通过多组分协同效应，显著提升了污水处理效率，并兼顾经济性与环境安全性。未来需进一步优化复配工艺、降低成本，并加强长期生态风险评估，以推动其大规模应用。