隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益嚴(yán)峻，磷作為關(guān)鍵限制性營(yíng)養(yǎng)鹽的有效去除成為水環(huán)境治理的重要課題。除磷劑作為化學(xué)除磷的核心材料，通過(guò)化學(xué)沉淀、吸附和氧化等多重作用機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)磷的高效去除。本文系統(tǒng)探討了各類(lèi)除磷劑對(duì)磷的去除機(jī)理，重點(diǎn)分析化學(xué)吸附與氧化作用的協(xié)同效應(yīng)，比較不同除磷劑的性能特點(diǎn)，并展望未來(lái)發(fā)展方向，為水體磷污染控制提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1. 水體磷污染現(xiàn)狀及危害

磷是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵因素，其環(huán)境行為具有以下特征：

（1）來(lái)源廣泛：生活污水（60%）、農(nóng)業(yè)徑流（30%）和工業(yè)廢水（10%）是主要人為來(lái)源。

（2）形態(tài)復(fù)雜：包括正磷酸鹽（PO?³?）、聚磷酸鹽和有機(jī)磷等多種形態(tài)，其中可溶性活性磷（SRP）最易被藻類(lèi)利用。

（3）生態(tài)危害：0.02mg/L的磷濃度即可引發(fā)藻類(lèi)異常增殖，導(dǎo)致水體溶解氧下降、生物多樣性喪失。

傳統(tǒng)生物除磷工藝對(duì)低濃度磷（<0.5mg/L）去除效率有限，難以滿(mǎn)足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中湖庫(kù)Ⅲ類(lèi)水總磷≤0.05mg/L的要求，這使得化學(xué)除磷技術(shù)顯得尤為重要。

2. 除磷劑分類(lèi)及作用機(jī)理

2.1 金屬鹽類(lèi)除磷劑

主要包括鋁鹽、鐵鹽和鈣鹽三大類(lèi)：

（1）鋁系除磷劑：如聚合氯化鋁（PAC）、硫酸鋁等，通過(guò)Al³?與PO?³?形成AlPO?沉淀（Ksp=10?²¹）。

（2）鐵系除磷劑：如聚合硫酸鐵（PFS）、氯化鐵等，F(xiàn)e³?與磷酸根生成FePO?（Ksp=10?²?），并在水解過(guò)程中形成具有強(qiáng)吸附能力的無(wú)定形羥基氧化鐵。

（3）鈣系除磷劑：如石灰，在pH>10時(shí)形成羥基磷灰石[Ca??(PO?)?(OH)?]（Ksp=10???）。

2.2 稀土類(lèi)除磷劑

鑭系元素（如La³?）與磷酸根形成LaPO?（Ksp=10?²?），近年來(lái)開(kāi)發(fā)的鑭改性膨潤(rùn)土對(duì)低濃度磷（0.1mg/L）的去除率仍可達(dá)95%以上。

2.3 復(fù)合型除磷劑

通過(guò)載體負(fù)載或元素?fù)诫s提升性能：

（1）鐵鋁復(fù)合材料：結(jié)合鐵鹽的強(qiáng)吸附性和鋁鹽的快速沉淀特性。

（2）生物炭基材料：利用生物炭的多孔結(jié)構(gòu)負(fù)載活性組分，兼具吸附和催化功能。

## **3. 化學(xué)吸附作用機(jī)理** ### **3.1 表面配位吸附**

金屬（氫）氧化物表面的羥基（M-OH）與磷酸根發(fā)生配體交換：

（1）單齒配位：PO?³?取代一個(gè)羥基形成M-OPO?²?。

（2）雙齒配位：一個(gè)PO?³?取代兩個(gè)羥基形成M-(PO?)-M。

（3）三齒配位：在晶體缺陷位點(diǎn)形成更穩(wěn)定的M?-PO?結(jié)構(gòu)。

研究表明，無(wú)定形羥基氧化鐵（HFO）的表面吸附密度可達(dá)2.5μmol/m²，是結(jié)晶態(tài)鐵礦物的3-5倍。

3.2 靜電吸附

受pH值顯著影響：

（1）低pH條件：吸附劑表面質(zhì)子化帶正電（M-OH??），有利于PO?³?靜電吸引。

（2）高pH條件：表面去質(zhì)子化帶負(fù)電（M-O?），與磷酸根產(chǎn)生排斥。

鐵系吸附劑的最佳pH范圍為5-7，鋁系為5-6，鈣系需>10。

3.3 孔道捕獲效應(yīng)

多孔材料（如介孔氧化鋁、活性氧化鐵）通過(guò)：

（1）分子篩效應(yīng)：孔徑0.5-2nm的孔道選擇性吸附磷酸根。

（2）限域增強(qiáng)：納米孔道內(nèi)的高局部濃度促進(jìn)吸附反應(yīng)。

改性沸石的磷吸附容量可達(dá)35mg/g，是普通活性氧化鋁的2倍。

4. 化學(xué)氧化協(xié)同除磷機(jī)制

4.1 氧化劑活化除磷

高級(jí)氧化工藝（AOPs）可顯著提升除磷效率：

（1）過(guò)硫酸鹽活化：Fe²?激活過(guò)硫酸鹽（PS）產(chǎn)生SO??·，同時(shí)氧化有機(jī)磷并促進(jìn)Fe³?-PO?沉淀。

（2）光催化氧化：TiO?/Fe?O?復(fù)合材料在紫外光下產(chǎn)生·OH，將有機(jī)磷礦化為PO?³?。

實(shí)驗(yàn)表明，PDS/Fe²?體系對(duì)有機(jī)磷的去除率比單純絮凝提高40%。

4.2 原位氧化再生

通過(guò)周期性氧化實(shí)現(xiàn)吸附劑再生：

（1）Fe²?/Fe³?循環(huán)：H?O?氧化Fe²?生成新生態(tài)Fe³?，持續(xù)提供新鮮吸附位點(diǎn)。

（2）表面氧空位再生：臭氧處理可修復(fù)金屬氧化物表面的活性氧空位。

這種策略使吸附劑使用壽命延長(zhǎng)3-5倍，運(yùn)行成本降低50%以上。

5. 影響因素與參數(shù)優(yōu)化

5.1 關(guān)鍵操作參數(shù)

（1）pH值：鋁/鐵系最佳pH5-7，鈣系需>10，需精確控制±0.5。

（2）投加量：理論摩爾比Me/P=1.5-2.5，實(shí)際需根據(jù)磷形態(tài)調(diào)整。

（3）反應(yīng)時(shí)間：沉淀反應(yīng)5-15min，吸附平衡需30-120min。

（4）溫度：每升高10℃，反應(yīng)速率提高1.5-2倍。

5.2 水質(zhì)條件影響

（1）共存陰離子：SO?²?、HCO??競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn)，需增加10-30%投藥量。

（2）有機(jī)物：腐殖酸包裹活性位點(diǎn)，可通過(guò)預(yù)氧化破解。

（3）懸浮物：提供額外吸附載體，但過(guò)量會(huì)增加污泥量。

6. 技術(shù)比較與工程應(yīng)用

6.1 各類(lèi)除磷劑性能對(duì)比

類(lèi)型	優(yōu)點(diǎn)	缺點(diǎn)	適用場(chǎng)景
鋁鹽	絮體大、沉降快	殘留鋁風(fēng)險(xiǎn)	市政污水
鐵鹽	吸附性強(qiáng)、成本低	出水色度	工業(yè)廢水
鈣鹽	污泥穩(wěn)定性好	pH要求高	高磷廢水
稀土	超低濃度有效	材料成本高	深度處理

6.2 典型工程案例

某景觀水體治理項(xiàng)目：

（1）原水水質(zhì)：TP 1.2mg/L，其中有機(jī)磷占40%。

（2）處理工藝：預(yù)氧化（O?/H?O?）→復(fù)合鐵鋁除磷劑（200mg/L）→生態(tài)過(guò)濾。

（3）運(yùn)行效果：出水TP<0.03mg/L，運(yùn)行成本0.15元/噸水。

7. 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

（1）智能響應(yīng)材料：開(kāi)發(fā)pH/ORP自適應(yīng)型除磷劑。

（2）資源化利用：含磷污泥制備緩釋肥料或磷礦替代品。

（3）微界面強(qiáng)化：利用微氣泡、超聲波等增強(qiáng)傳質(zhì)效率。

（4）低碳工藝：耦合光伏驅(qū)動(dòng)的高級(jí)氧化系統(tǒng)。

除磷劑通過(guò)化學(xué)沉淀、表面吸附和氧化降解的協(xié)同作用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中磷的高效去除。未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)多功能復(fù)合材料、優(yōu)化工藝參數(shù)耦合、探索磷資源回收途徑，構(gòu)建"高效去除-資源回收-低碳運(yùn)行"的可持續(xù)除磷技術(shù)體系，為水體富營(yíng)養(yǎng)化治理提供更加經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。