在含磷废水处理技术中，人们采用了各种工艺来除磷，主要包括生物法、化学沉淀法、吸附法、离子交换法等以及这些方法的综合运用。所有的除磷技术都是利用磷的循环转化过程，使废水中的磷转化为不溶性的磷酸盐沉淀，或利用结晶和吸附作用，或利用细胞合成将磷吸收到污泥细胞中的过程，然后再通过沉淀、过滤等分离手段将这些固体同水体分开，从而将磷从污水中去除。
1.5.1 钙法除磷
在沉淀法除磷中，化学沉析剂主要有铝离子、铁离子和钙离子，其中石灰和磷酸根生成的羟基磷灰石的平衡常数最大，除磷效果最好。投加石灰于含磷废水中，钙离子与磷酸根反应生成沉淀，反应如下：
5Ca2 + + 7OH- + 3H2 PO4- = Ca5(OH) ( PO4 )3↓ +6H2O (1-26)
副反应:Ca2 + + CO32 - = CaCO3 ↓ (1-27)
反应(1-26) 的平衡常数KS0 = 10 - 55. 9。由上述反应可知除磷效率取决于阴离子的相对浓度和pH值。由式(1-26)可知磷酸盐在碱性条件下与钙离子反应生成羟基磷酸钙，随着pH值增加反应趋于完全。当pH值大于10时除磷效果更好，可确保达到出水中磷酸盐的质量浓度< 0.5mg/ L 的标准。反应(1-27)即钙离子与废水中的碳酸根反应生成碳酸钙，它对于钙法除磷非常重要，不仅影响钙的投量，同时生成的碳酸钙可作为增重剂，有助于凝聚而使污水澄清。钙法除磷关键技术是利用氯化钙或石灰作为药剂，采用机械混合反应器和高效斜管沉淀器，控制适量反应、混合强度、沉淀表面负荷和反应pH值。
1.5.2 混剂辅助化学沉淀法
该法采用的复合沉淀剂是氯化镁和磷酸氢铵，在除磷的同时生产缓效复合肥，其反应原理如下：
HPO42 - + Mg2 + + NH4+ + 6H2O = MgNH4 PO4 ·6H2O↓+ H+ (1-28) PO43 - + Mg2 + + NH4+ + 6H2O = MgNH4 PO4·6H2O↓ (1-29)
反应生成的MgNH4PO4·6H2O 结晶大，易过滤，对含磷浓度较低的废水，一次处理即可达到排放标准。但当在处理含磷较高的废水时难以达标，需要在一次处理的基础上向一次处理液加入复合混凝剂PAC(聚合氯化铝)和PAM(聚丙烯酰铵)。PAC的混凝主要
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是通过吸附架桥和沉淀网捕作用实现，PAM是阴离子型高分子絮凝剂，加入溶液后PAM能迅速并均匀地分散，使水溶液中的沉淀离子“联桥”形成絮团而沉淀下来。实验结果表明：以PAM作为助凝剂，与混凝剂PAC一起作用，取得良好的混凝效果。用复合混凝法进行二次处理后的出水可达二级排放标准。
1.5.3炉渣吸附除磷
炉渣是钢铁冶炼过程中产生的固体废弃物，主要由CaO、FeO、MnO、SiO2 、Fe2O3 、P2O5 、Cr2O5 、Al2O3 等氧化物组成，具有很多优良特性，其中所含的每种成分均可以利用。该方法的实验研究是在室温下振荡一定时间使吸附反应达到平衡后过滤，然后对清液进行磷的浓度测试，再通过比较溶液中磷的初始浓度和平衡浓度推算出其在吸附剂上的吸附量和磷的去除率。(1)随着炉渣用量的增加，磷的去除率也增加，但吸附量却下降；(2) 吸附量在开始是随时间的增长而增大，但吸附时间大于2h时，吸附量趋于稳定；(3) 吸附量随废水中磷的浓度的上升而增大；(4) 温度对炉渣吸附作用的影响很小；(5) 溶液pH值对吸附效果有重要影响，当pH为7.56 时，磷的去除率为最高。该法已在伊莱克斯(长沙)冰箱厂废水站使用，出水TP完全达到GB8978 - 1996《污水综合排放标准》中的二级标准。
1.5.4大孔径离子交换法
该法的离子交换树脂采用强碱阴树脂，再生用质量分数为8 %的食盐溶液，树脂的交换反应如下(RCl 代表强碱树脂，交换前已转化为氯型)：
3RCl + PO43 - →R - PO4 + 3Cl - (1-30) 2RCl + HPO42 - →R- HPO4 + 2Cl - (1-31) RCl + H2PO4- →R-H2 PO4 + Cl - (1-32)
实验表明：离子交换树脂脱除PO43 - 的交换容量比较稳定，离子交换树脂再生后交换容量也比较稳定，再生剂耗量为102~113g/ mol[12]。工艺流程如图1.2。
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图1.2 水处理工艺流程 Figure 2.1 Water treatment flow
1.5.5 SBR 强化生物除磷
针对原水量不大但含有高浓度磷的废水，采用SBR强化生物系统进行处理。 反应器采用厌氧/好氧交替进行。具体方法如下：
进水 15min 厌氧搅拌 1.5h 好氧曝气 5h 沉淀 30min
排上清液 20min 闲置 25min 一周期时间 8h
注：运行2周期，静置8h
将反应器的运行状况分为4个阶段：驯化阶段、高效除磷阶段、除磷效果平稳阶段和除磷效果恶化阶段。在高效除磷阶段，出水PO43 - - P < 1mg/L，PO43 - - P 去除率达95 %以上，在除磷效果平稳阶段，磷的去除率维持在50 %～70 %。
目前，各种除磷方法都分别有自己的优缺点。相比而言，生物法适于处理较低磷浓度的有机废水，并且往往需要进行二次除磷处理；化学沉淀法对高浓度含磷废水比较有效，但是需要密切注意废水的酸碱度，以达到最佳处理效果；离子交换法和吸附法对高浓度、小批量的工业废水有较好的处理效果。在选择除磷方法时，要根据当地的具体水
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质特性和环境条件合理地选择除磷工艺流程，即要从废水含磷量、其它离子的种类和含量、处理规模、出水要求等因素来综合考虑，以达到最佳的除磷效果。环境工程界的发展趋势是越来越重视廉价、高效的替代性技术，如果能充分的利用丰富的自然资源或工厂的副产品和废物来进行除磷，就会在很大程度上降低成本。由于磷自然资源有限，未来研究所关注的不仅仅是从废水中去除磷，更重要的是回收磷资源。因此，研究价格低廉、选择性好、易再生并且可回收利用磷资源的系列水处理方法已成为废水处理研究领域的发展趋势。
1.6本课题研究的背景、目的和意义
1.6.1研究背景
化学工业、钢铁工业、发电工业在国民经济中既是支柱产业，也是高浓度氨氮废水排放大户。在全国排放工业氨氮废水总量中这三个行业名列前茅。造成化学工业严重污 染状况的原因是多方面的，主要是化学工业产品品种多，工艺过程复杂，排污量大，有毒有害物质成分复杂，治理难度大，这就导致化学工业是工业污染大户的直接原因。其次，化学工业是较老的工业部门，生产过程清洁工艺还不普遍，设备和控制技术还不够先进，工业布局和产业结构不合理，加之管理不善，是造成化学工业污染的间接原因。
水污染对人体健康造成直接和间接的危害已有悠久的历史。早期的水污染对人体健康的危害，主要是病原微生物污染引起的霍乱、伤寒、脊髓灰质炎、甲肝等，通过水传播而发生的传染病暴发流行，严重危害人类的生命。从全国范围来看，水污染以有机污染为主，主要污染指标是COD、氨氮和挥发酚等。长江是我国最大的河，全长余6300km，流域面积180万km2。随着沿江经济带的发展，各类工厂及企、事业单位如雨后春笋般拔地而起，污染较大的石化企业和其他一些污染较大的轻工业产生的生产及生活废水已对长江流域造成不同程度的污染。污染使长江九江段水质超过二类。
辽宁省某发电厂，排放的污水中含氨氮量超标，并且由于该区域被重新规划，对于氨氮等各污染物质的排放标准有了进一步提高，要求其处理后水质达到国家一级排放标准。主要参数是：BOD5≤20mg/L，COD≤60mg/L，SS≤20mg/L，NH3-N≤5mg/L，TN≤15mg/L，TP≤1.0mg/L。
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为了达到这个目标，对排放的废水制定不同处理方案，并通过对比，找出最佳方案。
1.6.2研究目的和意义
(1)研究目的
1. 通过实验确定化学沉淀法（磷酸铵镁法）处理氨氮废水的最佳条件，包括药剂的选择、镁氮磷摩尔比、反应时间、搅拌速度、pH值和反应温度；
2. 在确定出MAP法最佳反应条件后，在MAP法后加上后续二级处理工艺，使经处理后水样中氨氮和总磷含量低于国家一级排放标准；
3. 用于工业生产，从而解决氨氮含量过高，造成的水体富营养化等不良现象。 (2)研究意义
实施“九五”计划以来，全国环境污染恶化的趋势逐步得到控制，大部分城市和地区环境质量有所改善。但是，水体富营养现象的控制并不明显，富营养化趋势没有多大 的缓解。而氨氮和总磷是造成富营养化的重要原因之一，并且，随着各种工业的迅速发展，促进了氨氮的排放量的增加，所以在“十五”划中，国家第一次将氨氮排放总量纳入控制计划。氨氮废水的治理是日前一直难于解决的问题，所以本试验采用在化学沉淀法（磷酸铵镁法）的基础上，加上后续二级处理工艺的方法。使处理后水样溶液中氨氮和总磷含量均低于国家一级排放标准。
1.7本课题的主要内容
1. 通过开展实验的方法，考察影响磷酸铵镁法去除氨氮废水过程中的影响因素及其影响；
2. 通过对比和正交实验，确定磷酸铵镁法最佳反应条件，确立MAP法脱氮的可行性； 3. 通过各种二级处理实验，探讨二级处理的可行性；
4. 通过对二级处理工艺的效果的评价，找出最佳的二级处理方案。
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