磷污染的概述

磷污染的概述一、磷的存在及磷污染在自然界中，磷大多以磷酸鹽存在，常見(jiàn)的有磷酸鈣Ca3(PO4)2，磷灰石Ca5F(PO4)3等。工業(yè)上可用磷酸鹽礦石來(lái)制取磷單質(zhì)以及一系列磷的化合物。一些反應(yīng)如下：2Ca3(PO4)2+6SiO2==6CaSiO3+P4O10(g)P4O10+10C==P4(g)+10COCa3(PO4)2+3H2SO4==2H3PO4+3CaSO4磷也是生物體中不可缺少的元素之一。在植物中磷主要含于種子和蛋白質(zhì)中，在動(dòng)物體中則含于骨骼，牙齒，腦，血和神經(jīng)組織的蛋白質(zhì)中。三磷酸腺苷(ATP)與腺苷二磷酸鹽(ADP)的相互轉(zhuǎn)化這個(gè)反應(yīng)維持著有機(jī)體能量的儲(chǔ)存和吸收。脫氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA也含有磷。人們還大量使用含磷洗衣粉，其中磷主要以三聚磷酸鈉的形式存在。在冷卻水處理中，還使用含磷化合物作阻垢劑、緩蝕劑，這些化合物主要有三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、磷酸鈉，水解之后生成PO43-，造成磷污染。磷還有其他的存在形式：磷化是鋼鐵表面的防護(hù)常用方法；鐵礦石也含有少量的磷，磷的含量直接影響鋼鐵的性能；磷是重油等礦物中加氫催化劑的活性成分［1］，等等。大量含磷化合物的使用，對(duì)全球環(huán)境造成了很大的影響。磷的全球循環(huán)主要在水圈、生物圈和巖石圈中完成，尤其是水圈與生物圈受磷的影響更為明顯。主要的危害有：大量城市生活污水和工業(yè)廢水的排放，造成了河流、湖泊、海洋中磷含量劇增，引起了水體的富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題；有機(jī)膦農(nóng)藥雖然能夠生物降解，但需要一定的時(shí)間，蔬菜瓜果中的殘余成分有毒，對(duì)人畜的生命安全構(gòu)成威脅；土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)種類和數(shù)量也由于農(nóng)藥濃度的提高而減少［2］。二、 水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題［3］大量含磷廢水的排放，造成了水體的富營(yíng)養(yǎng)化。富營(yíng)養(yǎng)化的危害主要表現(xiàn)有以下幾點(diǎn)：1、 水中一部分還未降解的有機(jī)膦，經(jīng)生物降解需要消耗水中的DO，提高了水體的BOD。2、 最終磷以PO43-在水中存在，最容易被藻類吸收造成藻類的大量繁殖；藻類繁殖迅速，生長(zhǎng)周期短，有限的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在短期內(nèi)能一度被重復(fù)利用，一遇適宜的環(huán)境藻類就爆發(fā)性的繁殖出現(xiàn)“水華”現(xiàn)象。3、 死亡的水生生物在微生物作用下分解消耗氧，或在厭氧條件下分解，產(chǎn)生H2S使水質(zhì)不斷的惡化，而且分解后產(chǎn)生的磷沉積于水體底部，成為磷污染的內(nèi)源。4、 富營(yíng)養(yǎng)湖泊的深層，陽(yáng)光在穿射過(guò)程中被大量的藻類吸收而衰減，光合作用減弱，且深層死亡的藻類消耗大量溶解氧或厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生的H2S等，可加速促發(fā)底泥沉積營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的排放，形成富營(yíng)養(yǎng)化水體磷污染的惡性循環(huán)。5、 水體富營(yíng)養(yǎng)化不僅使水體感官性能變差，自凈能力減弱，水質(zhì)下降，供水成本提高，湖泊沼澤化等，而且由于某些藻類產(chǎn)生藻毒素，使動(dòng)物，家畜而中毒死亡［4］。三、 磷的檢測(cè)由于磷對(duì)環(huán)境造成巨大的影響，有必要對(duì)磷進(jìn)行科學(xué)合理的檢測(cè)。對(duì)磷的檢測(cè)主要分兩類。一類是將各種形式的磷轉(zhuǎn)化為PO43-,然后測(cè)定，這類方法主要是重量法，分光光度法。分光光度法主要有磷鉬藍(lán)分光光度法，磷釩鉬黃分光光度法，磷銻鉬藍(lán)法等。以磷鉬藍(lán)分光光度法［5］為例，聚磷酸根離子可水解成為PO43-有機(jī)膦可用強(qiáng)氧化劑HC1O4，酸性KMnO4等氧化成PO43-，然后PO43-與鉬酸銨在酸性條件下生成磷鉬酸銨沉淀，PO43-+3NH4++12MoO42-+24H+==(NH4)3【P(Mo3O［o)4］，+12H?。黃色的磷鉬酸銨用還原劑還原成磷鉬雜多藍(lán)進(jìn)行比色測(cè)定。常用的還原劑有NaF-SnCl2，抗壞血酸-SnCl2，鉍鹽-抗壞血酸，丙酮-SnCl2,亞硫酸鹽-鐵鹽，果糖等。另一類方法是利用磷的某些物化特性直接進(jìn)行檢測(cè)，這些方法有ICP法［6］,GC法［7］［8］(主要用于有機(jī)農(nóng)藥含磷量的測(cè)定)，HPLC-MS分析法［9］,NMR法等。四、磷污染的防治1、磷的預(yù)測(cè)TP是大多數(shù)湖泊、水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)化的限制性因子，對(duì)系統(tǒng)的總磷的預(yù)測(cè)有利于人們更好的控制磷的排放，制定合理的磷處理方案。目前磷預(yù)測(cè)的方法有水動(dòng)力學(xué)法，數(shù)理統(tǒng)計(jì)法，模糊數(shù)學(xué)法等，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在洋河水庫(kù)總磷預(yù)測(cè)得到了初步應(yīng)用［10］，此模型簡(jiǎn)單實(shí)用，主要依靠監(jiān)測(cè)資料描述了水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化復(fù)雜的非線性系統(tǒng)關(guān)系。馬生偉，蔡啟銘就淺水湖泊TP濃度分布(二維)給出了公式，并繪制了太湖TP等值線［11］。2、源控制磷隨著污染日益嚴(yán)重，磷的源控制已經(jīng)顯得越來(lái)越嚴(yán)重。要堅(jiān)持內(nèi)外源結(jié)合控制，點(diǎn)面源結(jié)合控制。磷污染控制的方法主要有：（1） 尋找替代品用4A沸石代替洗滌劑中的三聚磷酸鈉，用微生物菌肥代替有機(jī)膦農(nóng)肥等都是一些非常好的措施°4A沸石與磷酸鹽或檸檬酸、硅酸鹽等配合實(shí)用，洗滌性能非常好°4A沸石不僅是磷洗滌劑配方生產(chǎn)中成功的助劑，它還可提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和生物降解性。（2） 含磷廢水的處理主要有化學(xué)試劑法，生物降解法，光分解法等。生物降解法應(yīng)用最廣泛的就是二級(jí)廢水處理系統(tǒng)中的活性污泥法。同濟(jì)大學(xué)的畢學(xué)軍等將傳統(tǒng)的A1/A2/O（A1是厭氧區(qū)，A2是缺氧區(qū)，O是好氧區(qū)）處理工藝改成A2/A1/O型，起到了更好的除氮除磷的效果［12］。目前對(duì)生物降磷的機(jī)理還不是很清楚，但有一些共識(shí)：生物降磷是由一類異養(yǎng)性細(xì)菌聚磷菌完成的，聚磷菌在厭氧條件下將細(xì)胞中的聚磷分解成PO43-排出體外，同時(shí)氧化一些有機(jī)物質(zhì)成為PHB；好氧條件下將PHB氧化成ATP，此時(shí)吸收的磷大于釋放的磷，從而起到了除磷的效果。在紫外光或太陽(yáng)光下，利用TiO2半導(dǎo)體材料做催化劑，可降解一些有機(jī)膦農(nóng)藥［13］［14］，但光分解法來(lái)處理實(shí)際問(wèn)題還需要研究。3、湖泊中TP的處理生物修復(fù)是目前正在應(yīng)用的處理TP的方法。其方法簡(jiǎn)便，成本低，且副作用小。單細(xì)胞藻類吸收氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素效果很好，但體積微小，不利于收集，因此不適合在湖泊、水庫(kù)等大型水體中作為凈水植物。王朝暉等就水網(wǎng)藻在不同條件下除磷的效果進(jìn)行研究，指出水網(wǎng)藻繁殖能力很強(qiáng)，除磷具有一定的可行性［15］。王國(guó)祥等對(duì)冬季水生高等植物除磷的研究，指出：采用覆膜和改變生態(tài)位的簡(jiǎn)易防寒越冬技術(shù)，漂浮性喜旱蓮子草對(duì)表層藻類有明顯的抑制作用，且能使圍區(qū)內(nèi)水體透明度保持較高水平，使沉水植物能很好的生長(zhǎng)，從而達(dá)到除磷的目的［16］。環(huán)保疏浚也使目前處理湖泊TP的方法。但是使用此方法時(shí)需特別謹(jǐn)慎，須防止疏浚后形成的新水體底層含磷更多而造成磷的暫時(shí)過(guò)多釋放。處理磷污染還有其他的許多方法。實(shí)際處理問(wèn)題時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，因地制宜，合理的選擇處理方法，也可靈活的綜合運(yùn)用多種方法以達(dá)到更好的效果。參考文獻(xiàn)：［1］ 、姚麗珠，呂振波，陳若梅.吸光光度法測(cè)定催化劑中磷含量.理化檢驗(yàn),1999,35(5):220,222［2］ 、李忠武，王振中，邢協(xié)加等.農(nóng)藥污染對(duì)土壤動(dòng)物群落影響的實(shí)驗(yàn)研究.環(huán)境科學(xué)研究,1999,12(1):49-53［3］ 、陳水勇，吳振明，俞偉波等.水體富營(yíng)養(yǎng)化的形成、危害和防治.環(huán)境科學(xué)與技術(shù),1999(2):11-15［4］ 、吳靜，朱惠剛，藻毒素與健康效應(yīng)的研究進(jìn)展.上海環(huán)境科學(xué),1999,18(7):331-334［5］ 、劉少民，謝躍勤.磷鉬藍(lán)吸光光度法測(cè)定水樣中磷.理化檢驗(yàn),1999,35(1):40［6］、關(guān)雄俊，李德芳，蔣天成等.ICP-AES法測(cè)定錫青銅中錫和磷.理化檢驗(yàn),1999,35(2):88,90、張曙明，田金改，高天兵等.中藥中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留量的毛細(xì)管氣相色譜測(cè)定方法.分析測(cè)試學(xué)報(bào),1999,18(5):15-18、黃聰.氣相色譜鍵合固定相的制備及農(nóng)藥殘留測(cè)定的應(yīng)用研究.分析科學(xué)學(xué)報(bào),1999,15(1):59-62、潘元海,魏愛(ài)雪，趙國(guó)棟等.水中痕量有機(jī)磷農(nóng)藥的高效液相色譜/質(zhì)譜分析.環(huán)境科學(xué)進(jìn)展,1999,7(1):32-40、李鳳彬.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在洋河水庫(kù)總磷預(yù)測(cè)中的應(yīng)用.環(huán)境科學(xué)動(dòng)態(tài),1999(3):24-25、馬生偉，蔡啟銘.淺水湖泊TP分布的迎風(fēng)有限元數(shù)值研究模型.環(huán)境科學(xué)研究,1999,12(5):56-59、畢學(xué)軍，高延耀.缺氧/厭氧/好氧工藝的脫氮除磷研究.上海環(huán)境科學(xué),1999,18(1):19-21、周永秋,岳林海，吳墨.太陽(yáng)光下降解久效磷的催化劑研究.環(huán)境污染與防治,