污水处理除磷反应原理及常见方法

污水处理除磷的原理主要基于将溶解性的磷（主要是磷酸盐）转化为不溶性的固体颗粒，然后通过固液分离（如沉淀、过滤）将其从水中去除。根据转化方式的不同，主要分为三大类：化学除磷、生物除磷和物理化学吸附除磷。以下是详细的原理说明：

一、 化学除磷

这是最直接、应用最广泛的方法，其核心是通过投加化学药剂，使磷酸根离子形成难溶于水的沉淀物。

1.投加药剂：向污水中投加金属盐混凝剂，最常用的是：

（1）铝盐：如硫酸铝、聚合氯化铝（PAC）。

（2）铁盐：如三氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁（PFS）。

（3）石灰：氢氧化钙。

化学反应：金属离子（Al??、Fe??、Ca??）与污水中的磷酸根离子（PO???）发生反应，生成微溶或难溶的磷酸盐沉淀。

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2.凝聚与絮凝：形成的金属磷酸盐沉淀物非常细小。药剂中的金属阳离子同时能水解形成氢氧化物胶体（如Al(OH)?、Fe(OH)?），这些胶体具有巨大的表面积，能通过电中和、吸附架桥等作用，将细小的磷酸盐沉淀颗粒和其他悬浮物包裹、聚集在一起，形成较大的矾花（絮体）。

3.固液分离：这些大而密的矾花在后续的沉淀池（如二沉池）或过滤单元中，依靠重力沉降或过滤被有效去除，从而将磷从水体中分离出去。

4.特点：见效快、稳定性好、受水质和温度影响小，但会增加污泥量、运行成本较高，且可能改变出水pH值。

二、 生物除磷

这是一种利用特定微生物（聚磷菌）的新陈代谢作用来过量吸收并储存磷的工艺，通常与活性污泥法结合，如A?/O、SBR、氧化沟等工艺都具备生物除磷功能。

1.基本原理（以经典A?/O工艺为例）：生物除磷的核心是创造厌氧和好氧交替的环境，利用聚磷菌的特性。

2.厌氧释磷段：

在厌氧条件下（无溶解氧、无硝态氮），聚磷菌分解体内储存的聚磷酸盐，释放出磷酸盐到细胞外（污水中），同时产生能量。聚磷菌利用这部分能量，吸收污水中的挥发性脂肪酸（VFA）等易降解有机物，并将其转化为聚-β-羟基丁酸（PHB）等能源物质储存于体内。

3.好氧吸磷段：

进入好氧条件后，聚磷菌利用体内储存的PHB进行有氧呼吸，大量生长繁殖。在此过程中，它们会从污水中过量地吸收磷酸盐，其吸收量远大于厌氧期释放的量，并以聚磷酸盐的形式储存在体内，这个比例通常是释放量的3倍以上。

4.排泥除磷：

吸收了过量磷的聚磷菌（高磷污泥）在二沉池中沉淀下来。通过定期排放一部分剩余污泥，将体内富集了大量磷的聚磷菌从系统中彻底排出，从而实现磷的去除

5.特点：运行成本相对较低，无化学污泥产生，但工艺控制较复杂（需严格厌氧/好氧环境、碳源需求高），除磷效果受温度、pH、碳源等因素影响较大，稳定性通常不如化学法。

三、 物理化学吸附除磷

这种方法主要作为深度处理或特定情况下的补充手段。

1. 基本原理：利用具有高比表面积和特殊官能团的吸附材料，通过物理吸附、离子交换或配位体交换等作用，将水中的磷酸根离子吸附到材料表面，从而从水中分离。

2. 常见吸附剂：活性氧化铝、沸石、特定的稀土材料、某些工业副产品（如钢渣、赤泥）以及功能化的新型复合材料。

3. 过程：污水流经吸附滤床或与吸附剂充分接触，磷被吸附。吸附饱和后，需要对吸附剂进行再生（用强碱或盐溶液洗脱）或直接更换。4.特点：适用于低浓度磷的深度处理，但吸附容量有限，再生或更换成本高，目前在大规模污水厂主流工艺中应用相对较少。

四、总结与对比

方法	核心原理	优点	缺点	主要应用场景
化学除磷	投加药剂形成磷酸盐化学沉淀	高效、稳定、快速、操作简单	产泥量大、运行成本高、可能引入金属离子	广泛应用，尤其对出水要求严格或水量水质波动大的情况
生物除磷	利用聚磷菌在厌氧/好氧交替环境下过量吸磷，并通过排泥去除	运行成本低、无化学药剂添加、产泥量相对少	工艺控制复杂、对碳源和环境条件敏感、稳定性相对较差	与脱氮等生物处理工艺结合（如A?/O）
吸附除磷	利用多孔材料吸附磷酸根离子	可用于深度处理、选择性可能较高	吸附容量有限、吸附剂再生或更换成本高	低浓度磷的深度处理或作为补充手段

在实际的污水处理厂中，为了达到日益严格的出水标准（如总磷 < 0.5 mg/L），常常采用“生物除磷为主，化学除磷为辅”的组合工艺。即在生物处理单元后设置化学投加点（后置沉淀），或在生物处理过程中投加少量药剂（同步沉淀），以确保出水磷浓度稳定达标。此外，从剩余污泥中回收磷作为肥料（如鸟粪石结晶法）也是当前资源化利用的研究和应用方向。