富营养化的实质是藻类水生生物过量繁殖所造成的环境污染。藻类生存所依赖的多种元素中，磷是最有效控制的因子，也是水体富营养化控制的关键因素。工业含磷废水磷浓度一般达到100mg/L左右甚至更高，对水体污染严重。本研究以高浓度含磷废水为处理对象，选择无机含钙材料：方解石、白云石、石灰石、熟石灰以及垃圾焚烧飞灰为除磷药剂，考察处理效果、除磷机理与动力学过程。　　 论文通过扫描式电子显微镜、X射线衍射光谱、傅立叶红外光谱、透射式电子显微镜、比表面积测试与孔径分析等多种手段，从方解石，垃圾焚烧飞灰及其除磷产物的结构成分入手，分析除磷机理。在定温条件下研究除磷反应的动力学过程，确定主要控制步骤，结合反应过程分析与微观形貌观测，建立动力学模型。　　 通过X射线衍射光谱(XRD)、傅立叶红外光谱(FT-IR)分析传统钙法除磷的机理与存在的主要问题。结合CaCO3与Ca(OH)2各自除磷的优势，提出传统钙法除磷的改良，采用石灰石+熟石灰联合处理高浓度含磷废水，获取最佳工艺参数。　　 选用某汽车制造厂涂装磷化废水为典型实际高浓度废水，考察方解石单独处理、石灰石+熟石灰联合处理以及垃圾焚烧飞灰单独处理三种工艺对实际废水的处理效果和主要影响因素，获取最佳工艺参数。　　 通过以上研究得到以下主要结论：　　 1.方解石除磷效果优于白云石。初始溶液pH，反应温度，反应时间，投加量对方解石除磷效果影响显著。相对较优条件下方解石对100mg/L磷酸盐溶液中磷的去除率在80％左右，而白云石的去除率只有11％左右。　　 2.方解石在除磷过程中未出现多孔结构，比表面积小，吸附能力较弱。吸附作用、共沉淀过程与晶体生长均不是方解石除磷的主要机制；化学反应生成CaHPO4·2H2O(DCPD)沉淀与DCPD转化为Ca3(PO4)2·xH2O(ACP)是除磷的主要机制。DCPD→ACP是磷酸盐高去除的控制步骤，属吸热反应，阳离子内扩散过程是影响反应速率的主要因素。该过程适用于平板内扩散控制模型，DCPD转化率与时间的关系可描述为(1-X)2=-k0 exp(-Ea/RT)t，表观活化能约12.84kJ/mol。　　 3.XRD与FT-IR测试表明传统石灰法除磷产物为ACP与HAP的混合物，主要控制参数pH值取决于进水pH值与磷酸盐浓度。对于初始pH＜11.0的废水，应控制pH=14+lg(k2a+2k3a)，式中k2、k3分别为H2PO4-与HPO42-在初始酸碱环境下的分布系数，a为磷初始浓度(mol/L)。　　 4.石灰石+石灰联合处理工艺研究结果表明，在石灰石段与石灰段0.0300+0.0700g的投加量与10+10 min的处理时间下，对初始pH=4.50的100mg/L磷溶液中磷的去除率稳定在99％以上。除磷药剂成本与传统石灰法基本相当，但联合处理出水pH更低，可减少约30％的回调用酸量。　　 5.石灰石和石灰联合处理的出水沉淀性能大大提高。相比传统石灰法，联合处理法产物中值粒径增大约60％，体积平均粒径增大130％以上，沉降性能显著提升。沉降比在10 min即达到15％，而前者在20 min时的沉降比仅有20％。　　 6.垃圾焚烧飞灰除磷速率很快，常温下30min对100mg/L磷溶液中磷的去除率超过99.5％；除磷能力约为6.0-7.0(mg P/g飞灰)；温度对飞灰除磷效果的影响很小；飞灰除磷具有较强的pH适应能力。　　 7.飞灰除磷过程中未出现多孔结构，孔结构以堆积孔为主，比表面积小，吸附能力弱，吸附作用不是除磷主要机制；化学沉淀是主要除磷机制，但除磷过程并不单一，Ca、Fe、Zn等均可为沉淀反应提供阳离子，其中Ca2+是阳离子的主要来源。飞灰以碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐为主体系，但晶相复杂，其中CaSO4是Ca2+的主要来源。主要沉淀过程可表示：3Ca2++2 PO43-+xH2O→Ca3(PO4)2·xH2O↓。　　 8.飞灰中部分重金属在碱性条件发生反应：3Zn2+2PO43-→Zn3(PO4)2↓、3Pb2++2PO43-→Pb3(PO4)2↓等，在除磷的同时稳定化了重金属。生成的各种沉淀物质对飞灰起到包埋作用也有利于飞灰的稳定化。常温下初始pH从2.00到12.00范围内，除pH=2.00反应后溶液中检出极少量Mn(0.0037mg/L)外，其他条件下Pb、Hg、Cr、Cd、Zn、Mn、Cu均未检出。　　 9.反应物PO43-与可溶性产物的内扩散过程是飞灰除磷的控制步骤，宏观动力学过程适用于球体内扩散控制模型，磷酸盐反应率与时间的关系可描述为1-3(1-X)2/3+2X=kt，表观活化能约10.06kJ/mol。　　 10.涂装磷化废水磷酸盐含量极高(339.3mg/L)，形成较强pH缓冲能力，方解石处理体系酸碱环境无法进入碱性失去DCPD的转化条件，磷酸盐去除率＜60％；在0.0200+0.0750g的投加比与5+10 min的处理时间下，石灰石+熟石灰联合处理工艺对实际废水中磷的去除率＞99.5％，重金属Zn、Mn、Ni均达到99.5％以上的去除率。相比传统石灰法，除磷产物沉淀颗粒中值粒径与体积平均粒径均增大一倍以上，沉降性能明显提高，出水pH略低，可减少约28％的回调用酸。　　 11.反应40min飞灰对实际废水中磷的去除率超过99.5％；温度对飞灰除磷效果的影响很小，涂装废水的酸碱环境适宜飞灰除磷，进、出水均不需调节pH值。出水重金属Zn、Mn、Ni、Pb、Hg等的浓度均达到一级排放标准(GB8978-1996)。产物沉降性能很好，不需投加絮凝剂。