水，是生命的源泉，水對于我們的生命起著至關重要的作用，同時也是人類賴以生存和發(fā)展的不可缺少的最重要的物質(zhì)資源之一。隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，產(chǎn)生了大量的生產(chǎn)污水。隨著國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的深入及人們環(huán)保意識的逐漸提升，污水處理后回用成為當今環(huán)保的主題。生產(chǎn)污水中含有的磷、氨氮及其他一些物質(zhì)是生物體生長和能源運輸中的重要的營養(yǎng)元素，并且是限制地面和水生生態(tài)系統(tǒng)生物生長的養(yǎng)分。其中，磷是污水中的重要組成成份之一，當水中磷的質(zhì)量濃度超過0.02 mg/L時，就會造成水體富營養(yǎng)化，進而影響水中魚類及其它生物的生存。水體富營養(yǎng)化過程中產(chǎn)生的部分藻類會產(chǎn)生毒素，進而通過食物鏈影響人類的健康。因此，去除污水中的磷是一個重要的問題，應在污水排放前迅速解決，避免富營養(yǎng)化。

1、 實驗部分

1.1 實驗用品

　　儀器：pHS-3C 酸度計、85-1 磁力攪拌器、電子天平、超聲發(fā)生器等。

　　試劑：氫氧化鈉、硫酸、重鉻酸鉀、硫酸汞、硫酸。

　　實驗水樣：本實驗用水為江蘇某公司生產(chǎn)廢水，經(jīng)測定，廢水中總磷含量為 2600 mg/L，pH 為 7.46。

1.2 分析方法

　　水樣中總磷的測定參照中華人民共和國國標 GB11914-89 化學需氧量的測定來進行測定。

2、實驗結果與討論

2.1 Ca/Fe(II)摩爾比的影響

　　在研究鐵(II)-鈣/磷(C/P)摩爾比之前，我們利用燒杯實驗來確定鐵和鈣在除磷過程中的最佳摩爾比。為了確定合適的鐵鈣比，研究了鐵鈣比對除磷效果的影響。(例如，Ca/Fe(II)=9 表示添加0.9 摩爾亞鐵鹽和 0.1 摩爾鈣鹽)。其它條件為：總磷濃度為 2000mg/L，鐵鈣配合物與磷的摩爾比為 1(c/p=1)，pH=8，fms=150 rpm。以鐵鈣配合物為沉淀劑，其除磷效果明顯優(yōu)于單一鐵鹽或鈣鹽。相反，如果磷的去除率低于單一鐵鹽和鈣鹽的去除率，則以鈣鐵絡合物作為沉淀劑具有拮抗作用。

圖 1  鈣-亞鐵摩爾比對除磷的影響

　　實驗結果表明，分別使用鐵鹽和鈣鹽，除磷率分別為 53.2 %和 50.82 %。因此，采用平均值(52.01 %)來確定協(xié)同效應或拮抗效應的臨界值。根據(jù)圖 2 所示的數(shù)據(jù)，當鈣鹽含量高于 60 %時，亞鐵鈣配合物對除磷的作用是拮抗的，當鈣鹽含量低于 40 %時，作用是協(xié)同的。鈣鐵比為 3︰7 時，總磷去除率最低為 45.9 %，遠低于鐵鹽和鈣鹽分別投加時的 50.82 %和 53.2 %。當鐵鈣配合物中亞鐵含量由 0.6 %提高到 0.7 %時，協(xié)同效應顯著增強，磷去除率由 55.6 %提高到 70.95 %。亞鐵鹽含量繼續(xù)提高到 1，增效作用逐漸減弱，除磷效率由 70.95 %降至 50.82 %?？偟膩碚f，在鐵鈣比大于 1︰1 時，以鈣-鐵配合物為沉淀劑的除磷效果優(yōu)于以鐵鹽或鈣鹽為沉淀劑的除磷效果。當鈣鐵比為7︰3 時，除磷率達到峰值。

2.2 鐵鈣復合物與磷摩爾比的影響(c/p)

　　據(jù)報道，鈣鹽或亞鐵鹽的實際消耗量大于理論值。因此，我們需要測定鐵鈣配合物與磷的摩爾比。根據(jù)以往的研究結果， Ca/Fe(II)的最佳配比為 7︰3，其它條件為：pH=8，fms=150rpm。通過燒杯實驗可以確定鐵鈣復合物的用量與除磷的關系。實驗結果如圖 2 所示。

 　　圖 2 表明，隨著亞鐵鈣摩爾比的增加，滲濾液中總磷含量迅速下降。當鐵鈣配合物與磷的摩爾比從 0 提高到 2.25 時，滲濾液中總磷含量降至 8.8 mg/L，除磷率達到 99.56 %。總磷含量約為6.2 mg/L，C/P 摩爾比為 2.5 時，除磷率可達 99.69 %。結果表明，鐵鈣復合劑的用量小于單鈣鹽作為沉淀劑的用量，磷去除率高于單鈣鹽。由于亞鐵鹽價格低、鈣鹽用量少，可節(jié)約處理成本。建議C/P 摩爾比為 2.5，以保持磷殘留濃度低于 8 mg/L(中國國家排放標準城市污水)。

2.3 pH 對除磷的影響

　　磷的存在與廢水中的酸堿度密切相關，因此測定廢水中的 pH值尤為重要，因為 pH 值會影響沉淀的形成，從而影響磷的去除效率。根據(jù)實驗結果。因此，在前人研究的基礎上，研究了不同酸堿度(6~10)對鐵鈣絡合物除磷的影響。實驗條件為：鈣/鐵(II)摩爾比 7︰3，C/P=2.5，fms=150 rpm。

　　從圖 3 可以看出，當 pH 值較低時，出水磷含量隨 pH 值的增加而降低。當 pH 由 6 提高到 8 時，總磷含量由 21.3 mg/L 下降到6.2 mg/L，除磷率由 98.94 %提高到 99.69 %。當 pH 值達到 9 時，磷去除率達到最大值 99.55 %。當 pH 值從 9.0 提高到 10.0 時，除磷率從 99.69 %略有下降，降至 99.55 %，并有 0.14 %的小幅度下降。其主要原因是，當 pH 值較低時，鐵的氧化率和鈣的除磷效率相對較高。但是，由于亞鐵會被迅速氧化成鐵，導致磷去除量下降，當 pH 值大于 9 時，新的生態(tài)鐵會迅速水解，生成多核羥基絡合物。因此，最佳的酸堿度為 9，考慮到酸堿度的經(jīng)濟因素可設為 8。

3、結論

　　(1)當亞鐵鈣的摩爾比為 1︰9~1︰1 時，復合沉淀劑對除磷有抑制作用，但在鐵鈣摩爾比為 1︰1~9︰1 時，復合沉淀劑對除磷有促進作用。

　　(2)以鐵鈣絡合物為沉淀劑，鈣鐵(II)比為 7︰3，鐵(II)-Ca/P摩爾比為 2.5︰1，pH 值為 9 為最佳工藝條件。復合沉淀法除磷效果優(yōu)于單一化學沉淀劑。