1. 引言：磷污染对水环境的危害

磷是水体富营养化的关键限制性因素，过量磷输入会导致藻类异常繁殖、溶解氧下降、水生生态系统失衡等一系列环境问题。根据生态环境部监测数据，我国重点湖库中约35%存在富营养化问题，其中总磷很标是主要诱因。除磷剂作为化学除磷技术的核心材料，通过沉淀、吸附等作用可有效降低水体磷含量，改善水质状况。本文将系统分析不同类型除磷剂对水质的改善效果，探讨其作用机理，并结合实际案例验证其应用价值。

2. 除磷剂的主要类型及作用机理

2.1 金属盐类除磷剂

金属盐类除磷剂主要包括铝盐、铁盐和钙盐三大类，通过与磷酸根形成难溶沉淀物实现除磷：

（1）铝盐：如聚合氯化铝(PAC)、硫酸铝等，与PO₄³⁻形成AlPO₄沉淀(Ksp=10⁻²¹)

（2）铁盐：如聚合硫酸铁(PFS)、氯化铁等，生成FePO₄沉淀(Ksp=10⁻²⁶)

（3）钙盐：如石灰，在pH>10时形成羟基磷灰石[Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂]

2.2 稀土类除磷剂

镧、铈等稀土元素与磷酸根特异性结合，形成LaPO₄等稳定沉淀物，对低浓度磷(<0.5mg/L)仍保持高去除率。

2.3 复合型除磷剂

通过多种组分复合，发挥协同效应：

（1）金属-载体复合：如铁负载生物炭，兼具化学沉淀和物理吸附

（2）氧化-絮凝复合：如过硫酸盐/Fe²⁺体系，同步实现氧化和沉淀

3. 除磷剂对水质的改善效果

3.1 对磷浓度的降低效果

除磷剂可显著降低水体中各种形态磷的含量：

3.2 对其他水质指标的改善

除磷剂在除磷的同时，还能改善多项水质指标：

（1）浊度：通过絮凝作用可使浊度从20NTU降至1NTU以下

（2）COD：去除胶体有机物，COD降低率可达30-50%

（3）重金属：对铅、镉等重金属的共沉淀去除率>90%

（4）色度：对染料废水的脱色效果显著，色度去除率70-90%

4. 影响除磷效果的关键因素

4.1 pH值的影响

不同除磷剂的较佳pH工作范围：

（1）铝盐：5.5-7.0

（2）铁盐：5.0-8.5

（3）钙盐：>10.5

（4）稀土类：4.0-9.0

4.2 温度的影响

温度降低会导致反应速率下降，当水温<10℃时：

（1）沉淀反应速率：降低30-50%

（2）吸附平衡时间：延长2-3倍

（3）对策：增加10-20%投药量或延长反应时间

4.3 干扰物质的影响

常见干扰物质及应对措施：

（1）有机质：腐殖酸会包裹活性位点，需预氧化处理

（2）阴离子：SO₄²⁻、Cl⁻等会竞争吸附，需调整投加量

（3）悬浮物：适量SS可促进絮凝，但过量会增加污泥量

5. 实际应用案例分析

5.1 城市污水处理厂应用

项目背景：某10万吨/日污水厂需将出水TP从1.5mg/L降至0.3mg/L以下

解决方案：采用Fe-Al复合除磷剂(投加量80mg/L)+砂滤工艺

运行效果：

- 出水TP稳定在0.2mg/L以下

- 浊度从8NTU降至0.5NTU

- 年减少磷排放45吨

5.2 景观水体治理项目

水质问题：某城市景观湖TP 0.8mg/L，夏季藻类爆发

治理措施：

① 投加缓释型镧改性除磷剂(10g/m²)

② 安装曝气循环系统

改善效果：

- TP降至0.05mg/L并保持稳定

- 藻类生物量减少80%

- 水体透明度从0.5m提升至1.2m

5.3 工业废水处理案例

废水特性：某电镀厂含镍磷废水，TP 50mg/L，Ni²⁺ 30mg/L

处理工艺：

① NaClO氧化破络

② Fe-La复合除磷剂处理

③ 离子交换深度处理

出水水质：TP 0.1mg/L，Ni²⁺ 0.05mg/L

6. 除磷剂的环境安全性评估

6.1 金属残留风险

主要关注铝、铁等金属离子残留：

（1）铝盐：出水Al³⁺浓度通常<0.1mg/L，低于国标限值(0.2mg/L)

（2）铁盐：Fe³⁺残留<0.3mg/L，无严格限值要求

（3）稀土：La³⁺残留很微，生态风险可忽略

6.2 污泥处置安全性

不同类型除磷剂产生的污泥特性：

（1）铝盐污泥：可能被判定为危废(HW17)

（2）铁盐污泥：稳定性好，浸出毒性低

（3）钙盐污泥：可资源化利用，如制备建材

6.3 对水生生态的影响

长期监测表明：

（1）藻类群落：磷浓度降低后，蓝藻比例下降，硅藻增加

（2）底栖动物：生物多样性指数提高30-50%

（3）鱼类种群：耐低氧鱼种减少，生态系统更健康

7. 未来发展方向

7.1 新型除磷材料研发

（1）纳米材料：提高比表面积和反应活性

（2）生物质材料：利用农业废弃物制备环保除磷剂

（3）智能材料：pH/ORP响应型可控释放

7.2 工艺优化创新

（1）精准加药技术：基于在线监测的动态控制

（2）磷回收工艺：从污泥中回收磷资源

（3）低碳除磷系统：耦合可再生能源

7.3 管理体系建设

（1）标准规范：完善除磷剂产品标准和应用规范

（2）风险评估：建立全生命周期环境影响评价方法

（3）智慧管理：数字化水质监测与预警系统

8. 结论与建议

除磷剂通过化学沉淀、吸附等作用可有效降低水体磷含量，改善多项水质指标，对控制富营养化具有重要作用。为进一步提升应用效果，建议：

（1）加强水质监测：根据磷形态和浓度选择适宜除磷剂

（2）优化工艺参数：控制pH、投加量等关键因素

（3）重视环境安全：选择低毒、高效的环保型除磷剂

（4）推进技术创新：开发新型多功能复合除磷材料

通过科学选择和合理使用除磷剂，将为实现水环境质量持续改善提供有力支撑。