全面解析常用化学除磷剂的作用机理及其优缺点

原创｜全面解析常用化学除磷剂的作用机理及其优缺点！随着环保要求越来越高，化学除磷应用越来越广泛，目前化学除磷目前常用的有铝盐、铁盐和钙盐三种类型的除磷剂，本文全面解析三种除磷剂的作用机理和优缺点！一、铝盐除磷剂原理：铝盐除磷的原理一般认为是当铝盐分散于水体时，一方面Al离子与磷酸根反应，另一方面，Al离子首先水解生成单核络合物Al(ＯＨ)2+、Ａl(ＯＨ)2+及AlO2ˉ等，单核络合物通过碰撞进一步缩合，进而形成一系列多核络合物Aln(OH)m(３n－m)＋(n＞1，m≤3n)，这些铝的多核络合物往往具有较高的正电荷和比表面积，能迅速吸附水体中带负电荷的杂质，中和胶体电荷，压缩双电层及降低胶体ξ电位，促进了胶体和悬浮物等快速脱稳、凝聚和沉淀，表现出良好的除磷效果。药剂：常用铝盐有聚合氯化铝和硫酸铝，比较如下图；由图1和图2可以看出,尽管投加大量的药剂之后,硫酸铝有相对较好的除磷效果,但要使出水含磷量达到0.5mg/L,PAC和Al2(SO4)3的加药量分别为1.35mg/L和6mg/L，从经济性方面看,聚合氯化铝(PAC)相对更经济一些。二、铁盐除磷剂原理：溶于水中后，Fe３＋一方面与磷酸根生成难溶盐，一方面通过溶解和吸水可发生强烈水解，并在水解的同时发生各种聚合反应，生成具有较长线性结构的多核羟基络合物，如Fe2(OH)24+、Fe3(OH)45+、Fe5(OH)96+、Fe5(OH)87+、Fe5(OH)78+、Fe6(OH)126+、Fe7(OH)129+等。这些含铁的羟基络合物能有效降低或消除水体中胶体的ξ电位，通过电中和，吸附架桥及絮体的卷扫作用使胶体凝聚，再通过沉淀分离将磷去除。药剂：目前常用铁盐有低分子无机铁盐（硫酸亚铁，氯化铁等）和高分子无机铁盐（聚合硫酸铁、聚合硫酸氯铁），比较如下图；第一个图可以看出，在絮凝剂投加量为1500mg/L的情况下，氯化铁和聚合硫酸铁对总磷的去除率分别为92.12%和78.65%，氯化铁的作用效果最佳，聚合硫酸铁次之。第二个图表明,当总磷浓度降到0.5mg/L以下,FeSO4和FeCl3的加药量分别为7.5mg/L的Fe2+和9mg/L的Fe3+。但是通过沉淀观察发现,FeSO4・7H2O作混凝剂时,水样较浑浊,并没有形成很明显的絮状沉淀,去除效果较差,也没有出现FeCl3大量投加后出现的很明显的固液分离界面,只是生成很细小的固体状颗粒。原因是二价铁离子与磷酸根反应较差,氧化为三价铁离子后,可望取得更好的除磷效果。虽然从投药量上看FeCl3・6H2O明显多于FeSO4・7H2O,但前者析出物沉降性能更好，所以综合来说氯化铁比硫酸亚铁除磷效率更高！三、钙盐除磷剂原理：污水中的磷与石灰中的钙产生反应。形成[Ca5(OH)(PO4)3]（羟磷灰石），其反应式如下：5Ca2+4OH十3HPO4-Ca5(OH)(PO4)3十3H2O在碱性条件下羟磷灰石沉淀，从而去除了磷酸根。药剂：钙盐除磷一般常用的有石灰和氯化钙，比较如下图所示；通过试验发现加入无水氯化钙之后,对原水中总磷的去除效果较差,故直接弃用无水氯化钙。由图8可以看出,要使出水中总磷浓度降到0.5mg/L以下,需加入80mg/LCa2+。从去除效果看,Ca(OH)2的去除效果明显好于CaCl2的去除效果,但是用Ca(OH)2除磷,加药量很大。四、总结铝盐和铁盐的除磷效果明显,絮凝物沉降性能好,但是铝盐因为需要过量投加除磷，会导致水中铝离子过高，而铝离子对人体毒性比较大，最常听说的是会杀死神经元，使人的记忆力减退或丧失，引发早老性痴呆症等疾病。而铁离子的过量会导致出水颜色变深，铁离子对设备也会加速腐蚀！钙盐生成的Ca5(OH)(PO4)3沉淀性比较差,反应要求在碱性条件下进行,pH值偏高,且出水硬度大，但是石灰成本很低。如果从成本、效果和操作复杂性综合考虑，铁盐较铝盐，钙盐除磷效果更好，铁盐是最佳的除磷药剂！