摘要

水體富營養化是全球水環境面臨的重大挑戰之一，其主要誘因是氮、磷等營養鹽的過量輸入。磷作為關鍵限制性因子，其去除效率直接影響富營養化治理效果。除磷劑作為一種高效、快速的化學處理手段，在污水處理、湖泊修復及工業廢水治理中廣泛應用。本文系統分析了除磷劑的種類、作用機理、應用效果及環境影響，并結合實際案例探討其優化使用策略，以期為水體富營養化治理提供科學參考。

關鍵詞：除磷劑；富營養化；磷去除；化學沉淀；水體修復

1. 引言

水體富營養化是指由于氮、磷等營養鹽過量輸入，導致藻類異常增殖、溶解氧下降、水生生態系統失衡的現象。磷是藻類生長的關鍵限制因子，其濃度很過0.02 mg/L即可引發富營養化（Schindler, 1977）。因此，控制磷輸入是治理富營養化的核心策略之一。

除磷方法主要包括生物法、物理法和化學法。其中，化學除磷（通過投加除磷劑）因其高效性、操作簡便和快速見效等優勢，被廣泛應用于污水處理廠、湖泊和河流修復工程。本文重點探討除磷劑的類型、作用機理、實際應用效果及潛在環境影響，以期為富營養化治理提供技術支撐。

2. 除磷劑的種類及作用機理

除磷劑主要通過化學沉淀、吸附或離子交換作用去除水體中的磷酸鹽。根據化學成分，主要分為以下幾類：

2.1 鋁系除磷劑

• 代表性藥劑：硫酸鋁（Al?(SO?)?）、聚合氯化鋁（PAC）

• 作用機理：
  Al³?與PO?³?反應生成不溶性AlPO?沉淀：

  $$A{l}^{3+}+P{O}_4^{3-}\to AlP{O}_4\downarrow$$

• 特點：

  • 適用pH范圍：6.0–7.5

  • 過量投加可能導致鋁殘留，對水生生物有毒（如魚類鰓損傷）。

2.2 鐵系除磷劑

• 代表性藥劑：三氯化鐵（FeCl?）、硫酸亞鐵（FeSO?）、聚合硫酸鐵（PFS）

• 作用機理：
  Fe³?與PO?³?生成FePO?沉淀：

  $$F{e}^{3+}+P{O}_4^{3-}\to FeP{O}_4\downarrow$$

  此外，Fe²?在氧化條件下可形成Fe(OH)?膠體，吸附磷酸鹽。

• 特點：

  • 適用pH范圍：5.0–8.0

  • 鐵鹽成本較低，但可能使水體顯色（Fe³?呈黃色）。

2.3 鈣系除磷劑

• 代表性藥劑：石灰（Ca(OH)?）、氯化鈣（CaCl?）

• 作用機理：
  在高pH條件下，Ca²?與PO?³?生成羥基磷灰石：

  $$10C{a}^{2+}+6P{O}_4^{3-}+2O{H}^{-}\to C{a}_{10}(P{O}_4{)}_6(OH{)}_2\downarrow$$

• 特點：

  • 適用pH>9.0，適合高堿度水體

  • 可能引起pH波動，影響水生生物。

2.4 新型復合除磷劑

• 代表性藥劑：鑭改性膨潤土、鋯基材料、納米羥基氧化鐵

• 特點：

  • 吸附容量高，選擇性好

  • 適用于低濃度磷的深度處理（如景觀水體）。

3. 除磷劑的實際應用效果

3.1 污水處理廠中的應用

污水處理廠常采用化學輔助除磷（如A²/O工藝結合鐵鹽投加），可使出水TP（總磷）降至0.3 mg/L以下。例如：

• 案例1：某市政污水廠投加FeCl?（20 mg/L），TP去除率>90%。

• 案例2：PAC與PAM聯用，可減少污泥產量，提高沉降性。

3.2 湖泊與水庫修復

• 案例3：太湖部分水域投加鑭改性粘土（Phoslock®），使沉積物磷釋放率降低70%。

• 案例4：美國華盛頓湖通過鋁鹽處理，水體透明度提升3倍。

3.3 工業廢水處理

• 案例5：某電鍍廠廢水采用Ca(OH)?+FeSO?組合工藝，TP從15 mg/L降至0.5 mg/L。

4. 除磷劑的環境影響與優化策略

4.1 潛在風險

• 金屬殘留：鋁、鐵過量可能毒害水生生物。

• pH擾動：鈣系藥劑可能使水體堿化。

• 沉積物積累：長期使用可能改變底泥性質。

4.2 優化措施

1. 精準投加：基于磷負荷動態調整劑量，避免過量。

2. 復合使用：如鐵鹽+鋁鹽協同，減少單劑副作用。

3. 生態聯用：結合人工濕地、生態浮床等生物修復技術。

5. 結論與展望

除磷劑是控制水體富營養化的有效手段，但其應用需結合水質特性、生態風險和經濟性進行優化。未來研究方向包括：

• 開發高效低毒的新型材料（如生物炭負載納米鐵）。

• 結合智能監測實現精準投藥。

• 探索化學-生物協同治理長效機制。