水体中磷的转化与循环

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1、中国环境科学学会学术年会优秀论文集(2006)水体中磷的转化与循环左梅梅王华军丁昭霞摘要磷是水体富营养化的主要限制因素，水体中磷的控制与去除对于改善水环境质量具有重要的作用。论文论述和探讨了废水化学沉淀除磷和生物转化除磷的原理和方法，指出将物化技术与生物技术结合除磷是废水除磷的发展趋势；论文亦讨论了磷在湖泊等天然水体中的循环与转化，评价了几种典型的湖泊总磷转化模型。关键词富营养化除磷化学沉淀生物转化模型一、前言传统的富营养化定义是植物无机营养盐类输入，水体中浓度过高，促使藻类产量增加，水体缺氧。Cooke等将此定义作如下修改，即富营养化是过量的营养物质、有机物

2、质和淤泥输入，从而导致湖泊、水库生物产量增加而体积缩小的过程。当过量营养物质进入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体后，水生生物特别是藻类将大量繁殖，使水中溶解氧含量急剧变化，以至影响到鱼类等的生存。在自然状态下，湖泊会从贫营养湖过度为富营养湖，进而演变为沼泽和陆地，不过过程极为缓慢，可能要持续几千甚至上万年。但在人为因素的影响下，例如向水体中排人大量含营养物质的污水，水体富营养化的过程就会加速，可能在几十年甚至几年内形成。水体出现富营养化现象时，因浮游生物大量繁殖，往往使水体呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象在江河湖泊中称为水华，在海中则叫赤潮。水体富营养

3、化的程度与氮、磷含量密切相关。水体富营养化后将恶化水质，降低水资源的使用价值。目前，我国主要湖泊富营养化现象非常突出，研究和实践从污水中去除磷脱氮的方法已具有重要的现实意义。对于内陆水体，藻类等水生生物对磷更敏感，而且当水体中氮的浓度较低时，水体中的蓝藻、绿藻可通过固氮作用来补充氮浓度不足，磷是水体富营养化的主要限制因素uJ，对于磷的控制因而显得特别重要。论文主要论述和探讨废水中磷的化学沉淀转化和生物转化以及湖泊等天然水体中磷的循环与转化。二、磷的化学沉淀转化废水中磷主要来源于洗涤剂、粪便和磷化等工业废水，其形态有正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷，其中以正磷酸盐和聚

4、磷酸盐占绝大多数，磷可以在有机磷和无机磷、可溶性磷和不可溶性磷之间相互转换，但价态不会发生变化。废水除磷的主要方法有化学沉淀法、生物法、物理吸附法、膜技术处理法、电解法、湿地处理法等，在实践中应用较多的是前两种方法。化学除磷的基本原理是通过投加化学药剂，使废水中磷酸根离子生成不溶性盐，然后通过固液分离从废水中去除。可用于化学除磷的金属盐有三种：钙盐、铁盐和铝盐，较为常用的是石灰、三氯化铁、硫酸铁、硫酸铝、聚氯化铝等混凝剂。一般认为磷酸盐沉淀是配位基参与竞争的电性中和沉淀，即通过PO；一与钙离子、铁离子或铝离子的化学沉淀作用加以去除。废水中投加石灰除磷时，主要发

5、生以下反应：主反应：Ca“+OH一+HC03一_+CaC03J，+H20苗0反应：5Ca2++40H一+3HP042一_ca5(OH)(P04)3J，+3H20只有pH值在10—11的条件下磷的沉淀才是有效的，因此化学除磷中主要由废水的硬度和碱度来确定石灰的投药量旧o，只有在碱度非常低的废水中，所用的石灰主要用在磷的沉淀反应中。第五章环境污染防治技术研究与开发废水中投加铁盐除磷时，主要发生以下反应：主反应：Fe“+P04“_FeP04J，3Fe2++2P045一_Fe3(P04)2J副反应：Fe3++3HC03一斗Fe(OH)3、l+3C02废水中投加铝盐除磷

6、时，主要发生以下反应：主反应：Al”+P04”_+A1P04J，副反应：Al¨+3HC03一_+Al(OH)，j，+3C02铁盐与铝盐分散于水体时，一方面，Fe3+或A13+与PO。n直接反应生成难溶盐，另一方面水解生成一系列多核络合物。这些含铁或铝的多核络合物能有效降低或消除水体中胶体的‘电位，通过电中和、吸附架桥及絮体的卷扫作用使胶体凝聚，再通过间接沉淀分离将磷去除。对于间接沉淀除磷，最佳pH值在7—8范围内，而对于直接沉淀除磷，最佳pH值在6附近心]。化学除磷的处理效果稳定可靠，受温度影响不大，污泥在处理过程中不会重新释放磷造成二次污染，在国外应用比较广

7、泛。但由于药剂价格较高，使该法运行费用增大，且增大了污泥处理的数量，因此在我国化学除磷的应用受到一定的限制。目前化学除磷的研究趋势是开发新型的絮凝剂，以降低药剂费用和提高除磷效果，研究化学除磷的理论，同时研究结合生物法协同除磷的方法‘3

8、。三、磷的生物转化废水生物除磷是利用活性污泥的超量磷吸收现象，通过废水生物处理系统的设计改进或运行方式的改变，使细胞含磷量相当高的细胞群体能在处理系统的基质竞争中取得优势，运行上通过排泥使废水中的磷得以去除的方法。一般的生物处理活性污泥中，磷占污泥干重的1．5％一2．O％。但是，在厌氧一好氧交替运行的条件下，某些微生物种群能够

9、以比普通活性污泥高3—7倍的水平摄取积