有机无机复合絮凝剂去除水体总磷污染作用研究进展

1引言随着社会、经济、人口的快速发展，工业废水和生活污水的产生量大幅度增加，但由于环保意识以及污水处理设施、技术的缺乏，大量的工业废水和生活污水直接或未达到排放标准排入江河湖泊。因此水体污染问题越来越严峻，水体富营养化是我们面临的重要问题。水体富营养化现象发生的原因是含磷农药、化肥和洗涤剂的过量使用以及工厂废水不达标排放，从而造成水体中的氮、磷含量增加，由于水体中存在大量的营养元素使得藻类可以大量繁殖，藻类的生长繁殖消耗了大量水体中的溶解氧，致使水体中的鱼类、虾类、藻类等水生动物大量死亡，水质恶化，危害人类健康[1]。磷元素是自然水体中必不可少的元素之一，水体中磷元素的含量多少直接影响了水体的富营养化程度。在国际上通常将水体中总磷浓度为0.02mg/L作为水体富营养化的发生浓度。在我国也曾有因为水体富营养化导致水质急剧恶化的例子，例如2015云南滇池的蓝藻聚集形成重度的蓝藻水华，导致大量鱼虾死亡，水质急剧恶化，以及安徽巢湖的蓝藻问题也亟待解决。所以，随着人们环保意识的增强，水体富营养化问题已成为国际环境领域重点关注的重大问题。研究表明大多数水体富营养化的控制因素是磷元素，因此控制水体富营养化的重要方面是要对污水中磷元素的排放进行有效的控制。2污水除磷方法我国从20世纪80年代开始在污水除磷方面进行研究，污水除磷元素的方法主要有化学法、吸附法、微生物法等，但在实际应用中通常是几种方法混合使用，效果更佳。物理吸附法用的最多的就是活性炭，它主要是利用分子间作用力来吸附污水中的磷，但除磷效果很差，一般在实际的污水处理工艺中不常用；微生物法和化学法在实际工程中的应用较多，其中主要是生物处理法和化学沉淀法，但运用生物处理法除磷时对处理工艺以及工艺设备要求较高，且一般较难满足《污水综合排放标准》（GB8978-1996）二级标准（1.0mg/L）的排放要求，而在化学处理法除磷中，化学絮凝剂除磷的方法运用最多，与生物处理法相比具有稳定可靠的优点[2]。2.1化学法在众多的除磷工艺中，运用化学法除磷是应用最多、研究最久也是实际效果最佳的一种除磷方法。常用的化学法就是化学絮凝法，向含磷废水中投加化学絮凝剂，化学絮凝剂一般常见的都是含金属离子的无机物或高分子聚合物，金属离子可与含磷废水中的磷酸根离子发生沉淀反应，最后通过沉淀作用将废水中的磷转移到污泥中，通过排泥的方式实现除磷，常见的化学絮凝剂主要有铝盐、铁盐以及有机高分子絮凝剂。化学法在实际应用中具有除磷效率高、运行稳定、处理成本低但是产生的污泥量大等特点。随着近年来化学絮凝剂的大力发展，化学絮凝法已经为大多数污水处理厂所采用。2.2吸附法在污水处理中所使用的吸附法，就是利用固体物质多孔性的特点，通过物理或化学作用将废水中的磷酸盐吸附在固体表面，污水中的磷酸盐，通过分子间的作用力得以去除，这种具有吸附作用的多孔性物质称为吸附剂，目前在实际应用中，使用最多的就是活性炭、木炭、人工合成的聚合物等。吸附法也可以分为物理吸附发和化学吸附法，物理吸附法就是运用分子间的范德华力将吸附质吸附在吸附剂表面，这种方法的主要特点是：吸附的作用力不大，因为吸附质不是吸附在吸附剂的特定位置上，吸附质与吸附剂之间没有电子的交换或共享，所以吸附质的化学性质不会发生改变。而化学吸附，吸附质与吸附剂之间会存在电子的交换或共享，会生成离子键或共价键，这样吸附质和吸附剂的化学性质就会发生改变。这种方法的主要特点是：化学键力大、吸附稳定等特点。2.3生物法生物法近年来受到广范的关注，生物法主要利用聚磷菌的作用，基本原理是聚磷菌在厌氧环境中摄取污水中的磷，并将其以聚合物的形式储存于自己体内，在进入好氧环境中将体内的磷释放出来，形成含磷的高磷污泥，跟随污泥一起排除系统。生物除磷具有处理费用低、对操作要求较为严格，给与细菌合适的生长环境，但是其处理率低，且处理后的出水很难达到排放标准等特点。3常用化学除磷药剂及现状3.1无机絮凝剂化学沉淀法除磷自从被作为一种有效的除磷方法至今已有几百年的历史。经过一个多世纪的发展，目前常用的除磷药剂有铁盐、铝盐、钙盐三大类。张燕[3]等的研究结果表面，在去除配制浓度为1mg/L的含磷废水的研究中，铁盐和铝盐的去除效果相当，钙盐的去除率明显低于铁盐和铝盐。3.2无机高分子絮凝剂随着对化学沉淀除磷的研究深入，许多有机复合絮凝剂也逐渐进入我们的研究范畴。但是在实际的工程应用中由于废水中所含污染物的种类众多、进水水质的不稳定，所以在实际应用时还是需要对不同絮凝剂的种类、投加量等进行实验探究。根据俞蕴芳[4]等的研究显示聚合氯化铝无论是对于磷的去除率还是形成沉淀后的沉淀效果以及处理成本上都明显优于其他种类的絮凝剂。3.3复合药剂的投加近年来，随着国家的相关法律法规的制定，对于出水中的金属离子的含量不能过高，所以单一的