水体富营养化是全球性的水环境问题，主要原因是氮、磷过量输入导致藻类大量繁殖，引发“水华”（蓝藻、绿藻）和“赤潮”，破坏水生生态平衡，威胁饮用水安全。磷是淡水水体富营养化的限制性营养元素，控制磷排放是治理富营养化的关键。生石灰（消石灰、石灰乳）作为化学除磷剂，通过与磷酸根反应生成难溶性磷酸钙沉淀，将废水中的总磷（TP）浓度降至排放标准以下（GB 18918-2002一级A标准TP≤0.5mg/L，地表水Ⅳ类TP≤0.3mg/L）。石灰除磷具有药剂廉价、操作简单、污泥易脱水等优点，在国内外城市污水处理厂、工业废水处理和湖泊修复中广泛应用。
石灰除磷的化学原理是在碱性条件下（pH9.5-11），磷酸氢根（HPO₄²⁻）和磷酸二氢根（H₂PO₄⁻）与钙离子反应生成羟基磷酸钙[Ca₅(PO₄)₃OH，简称HAP]或磷酸三钙[Ca₃(PO₄)₂]沉淀。总反应式可简写为：3Ca²⁺ + 2PO₄³⁻ → Ca₃(PO₄)₂↓（实际pH>10时以HAP为主）。HAP的溶度积极低（Ksp=2.35×10⁻⁵⁹），因此可以将磷酸盐浓度降至极低水平（理论可<0.01mg/L）。但实际废水中存在碳酸根（CO₃²⁻）、氟离子（F⁻）、有机物等竞争离子，以及悬浮物干扰，除磷效果略低于理论值。最佳pH范围为9.5-10.5（对于含氨氮废水，pH不宜过高，否则氨氮以NH₃形式挥发，造成空气污染和环境损失）。石灰投加量根据进水磷浓度、碱度、pH目标值确定，通常每去除1mg磷需投加1.5-3mg Ca(OH)₂（或1.1-2.2mg CaO）。在二级出水中（TP约1-3mg/L），石灰投加量为20-60mg/L（以CaO计）。
石灰除磷的工艺流程一般为：废水进入反应池，加入石灰乳（或干式投加石灰粉），搅拌反应（10-30分钟），然后进入沉淀池（或澄清池），磷酸钙沉淀与废水中的悬浮物一起沉降，上清液达标排放或过滤后排放。为提高沉淀效率，可投加絮凝剂（聚丙烯酰胺PAM）助凝，或采用磁混凝沉淀技术（磁粉+石灰+PAM）。沉淀污泥（含磷酸钙、氢氧化钙、碳酸钙、有机物等）含水率90%-95%，经浓缩、脱水后可作为磷肥原料（低重金属含量时）或填埋处置。石灰除磷污泥中的磷可以回收（用硫酸溶解，制成磷肥或磷酸盐），但因污泥量较大、磷含量不高（5%-15% P₂O₅），回收经济性较差。
石灰除磷适用于城市污水处理厂二级出水的深度除磷（提标改造），也适用于工业废水（电镀废水含磷（化学镀镍、磷化工艺）、化肥厂含磷废水、屠宰废水、食品加工废水等）的预处理或最终处理。对于含磷浓度很高的废水（TP>50mg/L），石灰法可作为第一级沉淀，后面再配合生物法或吸附法，降低运行成本。石灰除磷的优点是：药剂来源广、价格低（CaO 300-600元/吨，Ca(OH)₂ 400-800元/吨）；反应速度快（几分钟至数十分钟）；沉淀污泥易脱水、沉降性能好；同时能去除部分重金属（Cu、Zn、Pb、Cd）、氟化物和悬浮物，协同净化水质。缺点是：药剂消耗量大（pH需调至10左右），处理后水的pH值需用酸回调（硫酸、盐酸、CO₂），增加成本；污泥产量大（每去除1kg磷产生5-10kg污泥干重），污泥处理处置费用高；对于含氨氮高的废水，pH升高会导致氨挥发，造成大气污染和脱氮损失；出水硫酸根（若用硫酸回调）或氯离子（若用盐酸回调）升高，可能影响后续回用。
在湖泊、水库等富营养化水体的修复中，石灰水用于底泥磷的钝化（钝化技术）。底泥中蓄积的磷（内源磷）在缺氧或微生物作用下会释放到水体，持续维持富营养化状态。向水体表面投加石灰乳（或直接投加消石灰粉），石灰沉入水底，与底泥表层混合，提高底泥pH值，促进磷与钙结合生成羟基磷酸钙，固定于底泥中（钝化），减少磷的释放。同时，石灰可以提高水体的碱度和硬度，抑制蓝藻（喜低CO₂、高pH）的生长。但是，大量投加石灰可能导致水体pH急剧升高（>9），对鱼类和水生生物造成胁迫，因此需控制剂量（每平方米底泥投加50-200g Ca(OH)₂），并监测pH变化（不应超过9）。此方法适用于封闭或半封闭水体（小型湖泊、池塘、公园景观湖）的应急修复，以及底泥疏浚后的辅助处理。
在农村分散式污水处理设施（人工湿地、稳定塘、一体化设备）中，石灰除磷可作为深度处理单元，将出水总磷降至0.5mg/L以下。由于农村地区石灰容易获得（农资店、建材店），且运维简单（人工投加石灰乳），对于缺乏专业技术人员的村镇污水处理站具有吸引力。但也需要注意：石灰乳配制和投加操作需要防护（粉尘、强碱），对操作人员要求较高；冬季低温时石灰乳管道易堵塞、结冰；产生的化学污泥需定期清理。
石灰除磷工艺在技术经济比较中（与铝盐、铁盐除磷相比），对于大型污水处理厂（>10万吨/天），铝盐（聚合氯化铝）和铁盐（聚合硫酸铁）因其投加量小（10-30mg/L）、污泥量少、pH影响小而更常用；对于中小型污水厂（1-10万吨/天）及工业废水，石灰法因其药剂成本低、设备简单、操作灵活而仍有竞争力。随着磷资源日益稀缺，从废水（污泥）中回收磷（鸟粪石法、磷酸钙法）成为研究热点，石灰法产生的磷酸钙污泥可直接作为磷矿的替代品（低品位），具有潜在的资源价值。
生石灰在废水除磷和富营养化治理中的角色，是“化学固定”而非“生物转化”——它将溶解性磷转化为不溶性磷酸钙，从水相转移到固相（污泥）。只要污泥得到妥善处置（填埋、资源化），磷不会重新释放到水体。在“水污染防治行动计划”（“水十条”）和“重点流域水污染防治规划”的推动下，污水处理厂提标改造（TP<0.3mg/L甚至0.1mg/L）需求增加，石灰除磷作为深度除磷技术的一种，将继续为改善水环境质量贡献力量。
