摘要

近年来，随着经济的快速发展，各种轻重工业也随之迅速发展。工业的快速发展虽然提高了我们的生活水平，但同时产生了大量的污染物，而这些污染物中又以磷污染问题最为严重，磷污染使得水体富营养化，这不仅破坏了生态环境的稳定，还时刻威胁着我们的身心健康，所以含磷废水的处理问题变得刻不容缓。

本文以某机械厂的含磷废水作为研究对象，介绍了国内外除磷工艺的现状和现有的除磷工艺。首先将现有的几种含磷工艺进行了对比，全面分析了它们的优缺点，最终确定以石灰为主要原料对含磷废水进行处理，并投加PAM等助凝剂提高沉降效果。实验最终确定了钙离子除磷的最佳pH，钙离子的最佳投入量，最搅拌时间，PAM加入时的最佳pH以及PAM的最佳投入量等因素对除磷效率的影响。

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1. 绪论

为了提高人民的生活水平，增加我国在国际上的影响力，我们必须大力发展生产力，追上发达国家的步伐。在这一过程中，工业的发展起到带头作用，工业的繁荣意味着经济的快速增长，但同时也产生了大量的污染物质，也就是说带来了各种环境问题，其中最为突出的是水体污染的问题。水体污染中又以含磷废水为最主要的问题，含磷废水不仅破坏了生态系统的稳定，如引发水体的富营养化，还会影响人类的生活质量和身心健康。所以说含磷废水的危害还是比较严重的，含磷废水的处理已经是当今社会一个刻不容缓的问题。

1.1磷的简介

磷是第15号化学元素，处于元素周期表的第三周期、第VA族，分子式为P，分子量约为31，主要有红磷和白磷两种，是人体所必需的一种元素，人体的每一个细胞都含有磷元素，是维持人体身体健康的重要物质。此外磷元素还是遗传物质核酸的重要组成部分，所以说人类对磷是摄取量在不断增加。另外磷矿石作为稀有资源也越来越紧缺，对磷元素的研究已经成为当今社会的重点。

1.2含磷废水的来源

含磷废水的来源很多，主要有生活污水，工业废水以及农业废水，当然还包括动植物的生活活动产生的磷元素。但总体来说，我国水体中磷污染物主要来自生活污染，工业污染以及农业污染。根据国内有关资料^[1]，我国人均体内排出的磷为0.8一 1.0g/d左右，相比之下工业污染对环境的影响最严重，所以工业含磷废水的处理显得尤为重要，处理达标排放不仅保护了环境还保证了人类的身心健康。

1.3污水中磷的存在形式

不同类型的含磷废水中磷元素的存在形式也不同，一般来说按磷的形态分类可以分为物理态和化学态^[2]。由于含磷废水的来源不同，所以废水中总含磷量以及各种形态的含磷量都会不同，工业废水中的含磷量相对较高，所以必须处理达标后排放。

1.4含磷废水的危害

含磷废水有很多害处，而其中最大的危害就是水体富营养化了^[3]，富营养化是指人类正常生活中，氮、磷等物质大量流入湖、海、水中，导致藻类和大量水生动植物快速生长繁殖，这样一来水中的溶解氧就会变少，就会引起部分动植物缺氧性死亡。当藻类出现疯长的状况时，水面会变成红色、棕色、乳白色等，这种现象在江河湖泊中被称为“水华”，在海中则被称为“赤潮”^[5]。

水体富营养化的危害很大，首先水体富营养化会影响水体的水质，水体富营养化引起的藻类疯长会影响水中动植物的正常生活，会出现水中溶解氧过多或过少的情况。水中溶解氧的过多或过少，都会对水中的动植物造成很大的伤害，比如水生植物的枯萎和鱼类的大量死亡。同时，由于水体富营养化，藻类的疯长会使得水中的硝酸盐和亚硝酸盐大量增加，如果人饮用了这种水的话，就会中毒，引发各种病。湖泊和水库是城市供水的主要来源，藻类的过度繁殖会影响水厂的净化效果，藻类在水厂的处理工程中经常会堵住过滤池和管道。为了避免这种现象，我们需要改进水厂的过滤工序^[6]。另外，富营养化水体在一定条件下由于厌氧作用下会产生大量有害气体，这会增加水厂处理水的难度，这会影响到水厂的处理效率，当然也就大大增加了投入成本。此外，水体富营养化还会破坏生态系统的稳定，一般来说，水中各种群及其数量都处于一个比较稳定的状态。但是，由于水体受到污染，出现了富营养化的现象，水体的这种正常的生态平衡状态就会被打破，生物种群量以及数量就会发生明显的变化，某些生物数量大大减少，而另外一些生物数量则大大增加。这会使得水中的动植物多样性和稳定性降低，破坏了水体的生态平衡^[7]。

在我国，最近就有几起水体富营养化危害生态环境的例子，比如说太湖、巢湖的蓝藻大爆发，使得水体失去原有的生态平衡，生态系统受到了严重的破坏，这不仅影响了经济的发展，还破坏了环境，影响了人们的正常生活，威胁人类的健康安全。而这些问题的产生都是因为水中含磷量的严重超标，破坏了整个生态系统的平衡。所以说含磷废水应当引起我们足够的重视，含磷废水处理刻不容缓。

1.5国内外除磷技术简介

磷和其他元素不一样，它不可能被氧化或者还原成气态或者液态去除，一般只能将其变成固态去除。一般来说，除磷方法有生物除磷法、化学除磷法、物理除磷法以及综合除磷法这几种。再说的具体一点，除磷的方法主要有离子交换法、结晶法、吸附法、电渗析法、人工湿地法、电解法、膜技术除磷、生物除磷法和化学除磷法。下面简单介绍一下这几种除磷的方法^[8]。

1.5.1离子交换法

离子交换法采用阴离子交换树脂，反应的一般形式为:

H₂PO₄^一+RNH₂CI ←→ RNH₂PO₄+CI^-

由于离子交换法在除磷的时候具有选择性，除磷率比较低，而且用的树脂具有毒性，不安全，成本较大，所以不采取这种方法。

1.5.2结晶法

结晶法除磷是利用了化学沉淀的原理。其反应式如下:

3HPO₄^2-+5Ca²⁺+4OH^一→Ca₅(OH)(PO₄)₃↓+3H₂O

结晶法除磷无需改变水厂现有工艺，占用面积小，投资小，操作方便，并且能够实现磷的回收利用，但是由于易产生大体积的结晶，会堵塞水厂的过滤装置，所以该研究中不采用这种方法。

1.5.3吸附法

吸附法除磷是利用离子之间的相互吸引力来达到除磷目的的，吸附法除磷的工艺比较简单，且不怎么产生副产品，投资小。

吸附法除磷主要难点是选取吸附剂，吸附剂的种类繁多，所以选取时必须遵循以下原则：(l)除磷率高；(2)价格便宜；(3)无副产品；(4)吸附速度较快；(5)具有一定的机械强度；(6)易再生；(7)吸附能力强^[9-12]。

1.5.4电渗析法

电渗析法除磷是通过在电渗析室施加直流电，使通过的水中的离子向电极处移动，这样一来电极中间的离子浓度将打打降低，然后离子通过半透膜。由于在该方法中电流效率不高，所以必须对浓度较大的废水进行预处理^[l3]。

1.5.5人工湿地法

人工湿地除磷技术^[14-17]采用的是生态工程的方法，在特定的环境下种植湿地植物，建立一个人工的湿地生态系统，当含磷废水通过该系统时，系统通过一系列分解，吸收等方法达到去鳞的效果。

人工湿地法处理含磷废水具有消耗低、高效率等优点，但缺点也明显，容易出现水力失衡等问题，且占地面积大。

1.5.6电解法

电解法是指电流通过物质引起化学变化的过程，电解法使用的低压直流电，不需要使用大量的化学药剂，不会对水体造成二次污染。而且具有占地少，操作简单，投资小。同时电解工艺维护较化学沉淀法简单，污泥含水率较低，污泥利用前景较好。目前来说，国内外都很重视通过电解法来去除和回收废水中的磷^[18-21]。

1.5.7膜技术除磷

膜是具有选择透过性的材料，膜技术就是利用膜的选择透过性来使水中的各种成分分离、纯化，膜技术除磷就是利用这一原理来除磷的。

由于膜材料价格比较贵，所以采用该技术除磷时要注意以下几点^[22]：（1）选用的膜材料具有较高的选择性。(2) 膜材料易得，可以再生。（3）严格控制工艺程序，防止浪费。

1.5.8生物除磷工艺

生物除磷工艺即活性污泥除磷法，将活性污泥置于好氧和厌氧交替的环境下，使得水中的积磷菌生长迅速，由于积磷菌在好氧条件下摄磷，厌氧条件下放磷，经过生物除磷工艺后排放剩余污泥，使污水与污泥分开，此时污泥中的含磷量相当高，达到除磷的效果^[23]。

生物除磷法的影响因素多，为了达到较高的除磷率必须经过一系列繁琐的处理，所以需要进行更多的改进完善。

1.5.9化学除磷工艺

化学除磷工艺是通过投加化学药剂，使水中的磷形成沉淀，然后过滤除磷。化学除磷工艺中最早采用的是化学沉淀法^[25]。化学沉淀法的除磷效率较高，投资小，操作方便，但是易产生副产品，容易再次破坏环境。

1.6本课题研究的目的、内容以及意义

本课题以南通某机械厂的含磷废水作为研究对象，以该机械厂现有的除磷工艺为基础，进行修改完善，为了更好的除磷，保护生态环境和人们的正常生活，同时也为了减少公司投入成本。该机械厂目前的主要除磷方法是在含磷废水中加入石灰，这样可以去除废水中大部分含磷物质，但是这种方法会产生大量的副产品，可能会造成二次污染，同时也会影响后面工艺程序的正常运行，大大降低了除磷效率，并且增加了投入成本。本课题研究的最主要内容和目的就是在该公司已有的基础上继续添加其他的除磷试剂，从根本上提高除磷效率以及降低公司投入成本。说的具体点就是要研究石灰和混凝剂复合作用去处磷的效果，通过实验数据来仔细分析石灰加入量、混凝剂加入量以及PH等因素对除磷的影响。

如果本次研究成功的话，不仅对企业的经济效益带来很大的帮助，还将对环境保护起到决定性的作用。当今社会含磷废水污染问题越发严重，废水除磷刻不容缓，所以本次研究的意义非常重大。废水除磷技术的改革创新将大大提高社会的经济效益和环境效益，我们在一味的追求经济发展的同时不能以破坏环境为代价，要为子孙后代造福。如何争取经济和环境共同稳定发展已经成为了一大问题。