化学除磷剂的种类、作用机理及优缺点全面解析

化学除磷剂的种类、作用机理及优缺点全面解析

随着环保要求越来越严格，化学除磷的应用越来越广泛，目前化学除磷常用的除磷剂有三种：铝盐、铁盐、钙盐，本文全面分析这三种除磷剂的作用机理、优缺点！

1、铝盐脱磷剂

原理：铝盐除磷的原理一般认为是当铝盐分散于水中时，一方面Al离子与磷酸盐发生反应，另一方面Al离子首先水解生成单核配合物Al(ＯＨ)2+、Al(ＯＨ)2+及AlO2ˉ等，这些单核配合物进一步经碰撞凝聚生成一系列多核配合物Aln(OH)m(３n-m)+(n＞1，m≤3n)。这些铝多核配合物往往带有较高的正电荷和比表面积，能快速吸附水中带负电荷的杂质，中和胶体电荷，压缩双电层，降低胶体ξ电位，促使胶体和悬浮物快速脱稳、混凝沉淀，表现出良好的除磷效果。

常用的铝盐有聚合氯化铝、硫酸铝等，如下图所示：

从图1、图2可以看出，虽然硫酸铝在投加大量药剂后也有比较好的除磷效果，但是为了使出水磷含量达到0.5mg/L，需要PAC和Al2(SO4)3的投加量分别为1.35mg/L和6mg/L。从经济性角度考虑，聚合氯化铝（PAC）相对更加经济。

2、铁盐除磷剂

原理：Fe3+溶于水后一方面与磷酸盐生成不溶性盐，另一方面通过溶解、吸水发生强烈的水解，并在水解过程中发生各种聚合反应，生成具有较长线性结构的多核羟基配合物，如Fe2(OH)24+、Fe3(OH)45+、Fe5(OH)96+、Fe5(OH)87+、Fe5(OH)78+、Fe6(OH)126+、Fe7(OH)129+等。这些含铁羟基配合物能有效降低或消除水中胶体的zeta电位，通过电中和、吸附架桥和絮凝剂扫除等作用使胶体凝聚，进而通过沉淀分离去除磷。

目前常用的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、聚合硫酸氯化铁），如下图所示：

从第一张图可以看出，絮凝剂投加量为/L时，三氯化铁和聚合硫酸铁对总磷的去除率分别为92.12%和78.65%，其中氯化铁的效果最好，聚合硫酸铁次之。

第二张图显示当总磷浓度降至0.5mg/L以下时，FeSO4和FeCl3的投加量分别为Fe2+7.5mg/L和Fe3+9mg/L。但通过沉淀观察发现，以FeSO4・7H2O为混凝剂时，水样浑浊，未形成明显的絮状沉淀，去除效果不佳，而大量投加FeCl3后，未形成明显的固液分离界面，仅生成非常细小的固体颗粒。其原因在于二价铁离子与磷酸根离子反应性较差，被氧化为三价铁离子后，可望达到较好的除磷效果。

虽然FeCl3・6H2O的投加量明显多于FeSO4・7H2O，但前者的沉淀沉降效果更佳，因此综合来看，三氯化铁除磷效率要高于硫酸亚铁！

3、钙盐脱磷剂

原理：污水中的磷与石灰中的钙发生反应，生成[Ca5(OH)(PO4)3]（羟基磷灰石），反应式为：5Ca2+4OH+3HPO4-Ca5(OH)(PO4)3+3H2O。在碱性条件下羟基磷灰石析出，从而去除磷酸根。

除磷用的钙盐通常为石灰和氯化钙，如下图：

通过试验发现，投加无水氯化钙后，对原水中总磷的去除效果较差，所以直接弃用无水氯化钙。从图8可以看出，要使出水中总磷浓度降低到0.5mg/L以下，需要投加80mg/LCa2+。从去除效果来看，Ca(OH)2的去除效果明显优于CaCl2，但Ca(OH)2除磷的投加量很大。

四、结论

铝盐、铁盐除磷效果明显，絮凝沉降性能好。但铝盐除磷需要投加过量，这样会导致水中铝离子过量。铝离子对人体有很强的毒性，我们最常听到的就是杀死神经元，使记忆力下降或丧失，引发老年痴呆症等疾病。铁离子过量会导致出水颜色变暗，铁离子还会加速设备的腐蚀！钙盐生成的Ca5(OH)(PO4)3沉淀性较差，反应需要碱性条件，pH值高，出水硬度高，但石灰成本很低。

如果综合考虑成本、效果、操作复杂度等因素，铁盐除磷效果优于铝盐、钙盐，铁盐是最好的除磷剂！

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