化學除磷法處理理論基礎

滕非　南國英　羅國偉　郭林虎

摘要：化學除磷法處理過程的主體為Fe2+、Fe3+等，各離子與廢水中的磷酸基團反應生成晶形的磷酸鹽沉淀物。經化學沉淀、絮凝和固液分離后達到除磷的目的。各藥劑在化學除磷法中的作用影響其生長的動力學，其化學平衡及投加藥劑的計量關系等，是化學除磷法處理過程中重要的理論基礎。

關鍵詞：化學除磷;Fe2+;Fe3+

中圖分類號：X703 ???????文獻標識碼：

收稿時間：2020-05-03

項目基金：河北建筑工程學院校創新基金—農村生活污水處理工藝研究（XB201932）。

作者簡介：滕非（1993-），女，碩士研究生，研究方向：水處理技術研究

目前我國仍含有大量的N、P的污水排入地表水體，使收納水體發生了不同程度的富營養化問題，通過實驗分析發現磷是水體富營養化的主要限制因素[1]。在污水中，各金屬離子存在不同種類的配位體，他們不僅影響固體的溶解度而且還控制了所形成的固體類型。我們研究在25℃時污水中，污水中投加金屬離子（Fe2+、Fe3+），所形成的配位體形式、各個物質在不同PH下的濃度關系及氫氧化物沉淀與磷酸鹽沉淀平衡相的PC-PH圖[2]。

1 ?Fe3（PO4）2（s）沉淀法去除污水中PO43-的沉淀平衡基礎

1.1利用金屬離子進行化學除磷沉淀，水中與所加入的金屬離子與磷酸根反應，新平衡的溶液中存在Fe3（PO4）2（S）、Fe（OH）2（S）、Fe2+、Fe（OH）+、Fe（OH）3-、OH-、H+。利用溶液平衡探討沉淀平衡機理研究。

3 ?氫氧化物沉淀與磷酸鹽）沉淀的競爭效應

在同一pC-pH圖上繪制與磷酸鹽沉淀相平衡的各物種（包括各物質衍生物）的pC-pH圖和與氫氧化物沉淀相平衡的各物種的pC-pH圖，并分別繪制其相應的總鐵濃度CT-Fe曲線?？偭诐舛萒P分別為0.01mg/L、0.1 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、10 mg/L、100 mg/L。

圖4-1為以總磷濃度等于1.0 mg/L條件下繪制的pC-pH圖。圖中，與磷酸鹽沉淀相平衡的總鐵濃度曲線（TFe線）和與氫氧化物沉淀相平衡的總鐵濃度曲線交于O點，其稱為臨界共存點。對應的pH定義為pHO，稱為臨界共存pH。

當溶液的pHpHO時，溶液體系的總鐵濃度受Fe（OH）2（S）控制，稱為Fe（OH）2（S）控制體系。當溶液的pH=pHO時，Fe（OH）2（S）與Fe3（PO4）2（s）同時存在，共同控制溶液的總鐵濃度。當溶液的pHpHO時，溶液體系的總鐵濃度受Fe（OH）3（S）控制，稱為Fe（OH）3（S）控制體系。當溶液的pH=pHO時，Fe（OH）3（S）與FePO4（S）可同時存在，共同控制溶液總鐵濃度[3]。

4 ?Fe3（PO4）2（s）沉淀除磷對溶解性TP的控制

對Fe3（PO4）2（s）?沉淀法除磷，當溶液體系的pHpHO時為氫氧化物沉淀控制體系，平衡的總磷濃度隨pH值增加逐漸提高[4]。圖4-2以TP = 1.0mg/l為例，表達總磷平衡濃度隨pH增加的變化。

磷酸鹽沉淀控制體系中，總磷TP濃度不同，其平衡的總鐵濃度TFe也不同。圖4-3為總磷濃度TP分別為0.01、0.1、1.0 、10等的TFe- Fe3（PO4）2（S）曲線。圖中同時繪制了與氫氧化物沉淀相平衡的總鐵濃度曲線曲線與一簇不同TP濃度的曲線相交，表達出共存臨界點O及對應的pHO隨總磷濃度TP的變化。

對pHO隨總磷濃度TP的變化的關系另行整理，繪制出其關系圖4-4。

總結

PC-PH圖直觀清楚的展示了各物質形成沉淀的區域和各物質羥基配合物與固體氫氧化物相平衡時在各個PH值下所存在的濃度，可以直觀的推導得知各圖中某一物質上的任何濃度，其都將使各物質的氫氧化物沉淀過飽和[5]。并且各物質的氫氧化物沉淀的邊界將是PH為常值的直線與所有線所交的最大濃度的物質線上方的某處。在特定PH時，氫氧化物沉淀的邊界應該是在這些物種濃度之和的點上，并且可以直觀的得到各物質在特定PH值下的濃度[6]。為實踐工程提供了理論基礎，在一定程度上減少了試驗藥品的浪費，和減少成本的投加。

參考文獻

[1]（美）斯諾英克，詹金斯.水化學[M]蔣展鵬，劉希曾，譯.北京：中國建筑工業出版社，1990.

[2]（英）A.L.威爾遜.水的分析化學[M].曲善慈，譯.北京：中國建筑工業出版社，1982.

[3]（瑞士） W.斯塔姆，（美）J.J.摩爾根.水化學-天然水體化學平衡導論.[M]北京：科學出版社，1987.

[4]陳紹炎.水化學[M].北京：水利電力出版社，1989.

[5]（蘇）阿列金.水化學[M]袁龍蔚，譯.北京：水利出版社，1957.

[6]閔乃本.晶體生長的物理基礎[M].上海：上海科學技術出版社，1982

Abstract：?The main body of chemical dephosphorization process is Fe2 +， Fe3 +， and so on. Each ion reacts with phosphoric acid group in?wastewater to form crystalline phosphate precipitate. After chemical precipitation， flocculation and solid-liquid separation， phosphorus removal was achieved. The function of each agent in?chemical phosphorus removal process affects its growth kinetics， chemical balance and dosing relationship， which are important theoretical basis in?chemical phosphorus removal process.

Key words：?Chemical phosphorus removal;Fe2+;Fe3+