脫氮除磷是汙水處理系統的一項重要功能，要保障脫氮除磷處理達標，很重要的一點就是要保證給微生物提供充足的有機物。
例如， 有效的反硝化需要易生物降解的碳源， 生物除磷需要短鏈揮發性脂肪酸， 在一些天然水質較軟的地區， 需要補充鹼度以維持整個曝氣池硝化過程所需的pH條件； 另外， 如果使用化學除磷， 無論是作為生物除磷過程的補充還是作為主要的除磷手段， 都需要添加金屬鹽和聚合物。
本文討論各種藥劑投加方法的基本原理、投加量計算和操作要求。
01 反硝化的碳源投加
1、什麼時候需要加藥劑？
生物脫氮需要完成硝化和反硝化兩個過程。廢水中的氨氮首先必須被硝化或轉化成亞硝酸鹽和硝酸鹽， 然後在反硝化過程中， 硝酸鹽將被作為細胞呼吸過程中氧化簡單碳化合物的供氧體被還原成氮氣。
因此， 以去除硝酸鹽為目標的反硝化過程必須要有易生物降解的碳源存在。其來源包括進水中溶解性BOD、內源反硝化過程中細胞的腐爛物和各類上清液迴流等。當進水溶解性有機物不足而脫氮要求很高時， 則需要通過補充化學物質以提供反硝化過程所需要的碳源。
2、有哪些碳源？投加在哪個位置？
反硝化所用的人工碳源有甲醇、乙醇、變性乙醇、醋酸及醋酸鈉等純化學藥劑， 或者是工業生產過程中的廢糖、糖蜜和廢醋酸溶液等。其中甲醇的使用最普遍， 且被證明是最合適的碳源。
對於常規的生物脫氮工藝， 甲醇應直接投加在缺氧段， 並通過缺氧段內的攪拌器與進水及混合液充分混合， 需防止水流劇烈紊流導致甲醇從液相中揮發至空氣， 也應防止因多餘的氧氣存在造成部分甲醇被細菌好氧呼吸消耗。
如果汙水廠採用四階段或五階段活性汙泥工藝， 在後續的缺氧段（第二缺氧段） 投加碳源可以獲得比內源呼吸更高的反硝化速率， 能進一步去除硝酸鹽； 對於三級反硝化系統， 如反硝化濾池、反硝化好氧生物濾池等， 則補充碳源對於系統的運行非常重要。
因為反硝化過程在主體曝氣工藝的下游，進水中的所有溶解性BOD都已經被去除，所以甲醇通常投加於反硝化進水中。
3、投加量怎麼計算？
甲醇的投加量受硝酸鹽（NO3-N） 、亞硝酸鹽（NO2-N） 以及溶解氧影響。甲醇的需要量可以通過式（1） 計算。
甲醇需要量：
2.47NO3-N+1.53NO2-N+0.87DO （1）
實際運行中通常按每反硝化去除1 mg/L硝酸鹽投加3 mg/L甲醇考慮， 然後根據汙水廠的實際負荷及運行情況進行調整。甲醇投加量的正確控制對三級反硝化系統的運行非常重要。
過量投加不僅浪費化學藥劑而且會增加反硝化系統出水中BOD的濃度。這對於出水BOD濃度要求不高的汙水處理廠， 問題不會太大， 但是對於BOD限值約為5 mg/L或更低的汙水處理廠來說， 則是需要重點考慮的問題。
4、甲醇投加系統的安全措施
甲醇的閃點為12 ℃，是高可燃性物質。甲醇的儲存池、管道及其附件和電氣系統需要考慮相應防爆措施。甲醇投加系統通常宜安裝在室外， 並遠離其他設備。甲醇儲罐應安裝浮動式頂蓋和壓力釋放閥與滅火器。
02 生物除磷中揮發性脂肪酸的投加
1、為什麼需要投加VFA？
生物除磷的機理是通過厭氧區中吸收揮發性脂肪酸（VFA）， 同時釋放出存儲的磷， 而在好氧條件下聚磷細菌吸收過量的磷。為保證聚磷細菌的繁殖以及有效的生物除磷作用， 需要有充足的揮發性脂肪酸。
汙水處理廠的進水中可能有VFA存在， 包括收集系統的停留時間較長、設有多級提升泵站的原水和生物脫氮除磷系統厭氧段中複雜的有機化合物分解產生。若自然產生的VFA含量不足， 就需要在厭氧段外加VFA。
2、常用的VFA是什麼？投加量怎麼計算？
對於生物除磷系統而言， 醋酸與丙酸的混合液是外加VFA的最佳選擇。實踐中使用最普遍的是醋酸溶液。若需要投加VFA （例如在進水中增加溶解性BOD， 其中部分將通過厭氧段的發酵過程轉化為可用的VFA）， 則外加VFA的需要量通常為去除每毫克磷需要5～10 mg的VFA。
通常醋酸為冰醋酸（近似100%溶液） 和84%及56%的溶液形態。冰醋酸雖然不像乙醇那樣易揮發，但具有相對較低的閃點（40 ℃） 以及17 ℃的冰點，因此應按規範要求考慮防止燃燒， 同時必須採取措施防止凝固。儲存池、管道以及附件等都需採用金屬材料。
3、醋酸的安全存放措施
醋酸具有腐蝕性， 通常採用316號不鏽鋼。若在溫暖的氣候條件下使用冰醋酸， 由於其相對較低的閃點， 需要考慮採用惰性氣體墊層或浮頂。實際應用中建議採用低濃度的醋酸水溶液。
當然， 投加VFA並不能完全去除系統出水的TP濃度； 如果需要出水TP很低， 仍然需要採用化學除磷，通過投加化學藥劑將磷沉澱去除。
03 鹼度的投加
1、什麼情況需要投加鹼度？
鹼度是衡量汙水對酸的中和能力的指標。鹼度與pH密切相關， 對於生物脫氮除磷工藝的汙水廠至關重要。
硝化過程中鹼度的消耗導致汙水pH下降， 利用鐵鹽或鋁鹽進行化學沉澱除磷也會造成鹼度下降。
pH下降導致硝化反應速率降低， 當pH約為6時硝化停止； pH值低於7時， 聚糖菌會與聚磷菌發生競爭， 影響聚磷菌利用VFA能力， 從而影響生物除磷效果。另外， 鹼度也反映了汙水的緩衝能力， 即應對不同進水水質pH變化的能力。
因此，為保證硝化反應的進行，一些汙水處理廠需要外加鹼度。有許多化學藥品可以用來補充鹼度。化學藥品的選擇受到當地自然條件、當地化學品價格以及操作人員偏好的影響。
2、可以用於補充鹼度的化學物質有哪些？投加量怎麼計算？
可以用於補充鹼度的化學物質有氫氧化鈉（NaOH）、氫氧化鈣（消石灰）［Ca（OH）2］和氧化鈣（生石灰） （CaO） 等。
氫氧化鈉價格較高， 但是與氫氧化鈣相比， 使用操作更方便， 儲存及投加系統的年運行費用較低； 氫氧化鈣通常以固體物質的形式出售， 在使用前必須成漿， 石灰漿池易發生結垢； 氧化鈣需熟化， 熟化操作過程的勞動環境惡劣且勞動強度大， 維持設備運行需耗費大量人力。
補充鹼度投加系統設計時， 一般採用50～100 mg/L（CaCO3計） 作為出水的目標鹼度。實際運行時每個廠都必須進行單獨評估， 以確定多大的出水鹼度能保證出水pH值穩定。
在確定投加量時， 需要考慮後續工藝對出水pH和鹼度的影響。通常氯氣會增加酸度，進一步降低出水的pH值； 次氯酸鈉會增加鹼度； 用鐵鹽或鋁鹽沉澱除磷， 當好氧池中鋁鹽或鐵鹽過量投加時， 產生氫氧化物沉澱會增加鹼度消耗。
通常對於鋁鹽， 產生每毫克氫氧化鋁需要消耗5.56 mg 的CaCO
3。對於鐵鹽， 產生每毫克氫氧化鐵需要消耗2.69 mg的CaCO3。
3、氫氧化鈉的安全存放措施
氫氧化鈉屬於強鹼， 若投加過量， 會造成pH明顯上升。稀釋後的氫氧化鈉溶液必須在低於0 ℃的條件下冷凍保存。50%的氫氧化鈉溶液的冰點約為12.8 ℃， 因此其儲存池及管道必須加熱並保溫。一旦液體溫度低於12.8 ℃， 氫氧化鈉將結晶並從溶液中析出。發生結晶的氫氧化鈉很難被再次溶解。氫氧化鈉用廠內供水或飲用水進行現場稀釋， 在混合點易出現結垢現象。
因此， 稀釋系統混合點處的管道接口應設計成易清洗的形式； 氫氧化鈉的投加點也容易發生結垢， 建議氫氧化鈉投加於迴流汙泥管， 因迴流汙泥管中流量較大， 可以保護管線防止結垢。
04 化學除磷中的藥劑投加
1、化學除磷的投加位置
化學除磷的基本原理是將溶解性的磷轉化為化學沉澱物， 在汙泥沉澱過程中去除。用於廢水中化學沉澱除磷的化學物質有鐵鹽、鋁鹽和鈣鹽， 其中鐵鹽較為常用。
化學除磷藥劑的投加量需結合整個處理系統進行考慮。應充分利用生物除磷作用對磷的吸收， 使化學藥劑得到有效利用， 並使汙泥的產量最小化。
根據出水中的磷濃度的不同目標， 化學藥劑可以在不同的投加點投加， 如圖1所示。若在初沉池中進行化學除磷，還需要考慮下游微生物對磷的需求。若投加藥劑去除了過量的磷， 則生物系統將面臨營養物質缺乏的問題。
鐵或亞鐵化合物可以在初沉池前投加， 並在初沉池中沉澱。鐵鹽的除磷效果取決於反應時間的長短。完全反應需要5 ~ 10 min， 因此需要鐵鹽與汙水的混合反應區以形成難溶沉澱物。
若沒有條件設置混合反應區， 則需將藥劑投加在更上游的區域， 以保證足夠的停留時間。鐵鹽也可以在二沉池前投加， 鐵鹽沉澱物在沉澱池上游形成， 並在沉澱池中從系統中分離。
亞鐵鹽在曝氣池前投加， 因為亞鐵離子氧化成鐵離子需要消耗額外的氧氣； 過量投加會增加出水中的離子濃度， 因此亞鐵離子不能在二沉池中投加。過量或未反應的亞鐵離子一旦被帶入消毒系統， 將消耗氯氣， 同時形成沉澱（提高出水總懸浮固體TSS濃度）。
此外， 若採用紫外線消毒系統， 鐵會干擾紫外線的吸收， 在燈管上形成淤積， 加快燈管的清洗頻率。建議每個汙水處理廠進行小試， 以確定達到出水溶解性磷目標值所需的實際摩爾投加量。
2、化學除磷的投加量
通常磷沉澱所需的鐵鹽摩爾投加量基於出水期望的溶解性磷濃度而非進水磷濃度。若初沉池將磷的濃度降低到1 mg/L，需要投加的鐵鹽Fe3＋ ∶ P的摩爾比為1.67 ∶ 1或質量比3 ∶ 1； 在二級處理系統中去除0.5 mg/L溶解性磷需要投加的鐵鹽Fe3＋ ∶ P的摩爾比2.27 ∶ 1或質量比4.1 ∶ 1。
此外， 投加鐵離子無法使出水中溶解性磷濃度低於0.10 mg/L。要達到這個濃度， 則需要投加的鐵鹽與磷的摩爾比為12 ∶ 1。
3、藥劑存儲和操作問題
鐵鹽或亞鐵鹽呈酸性， 因此需考慮存儲和操作的問題。可用玻璃纖維增強塑料（FRP） 或聚乙烯存儲池來存儲氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵或硫酸亞鐵。計量泵可採用蠕動泵、螺桿泵或隔膜泵。應儘量在接近投加點附近添加， 以減少電鍍作用的影響。泵體需採用聚氯乙烯（PVC） 材料。管道、閥門及配件需採用PVC或過氯乙烯（CPVC） 材料。
最後總結 3 點：
1、投加化學藥劑肯定會增加設施建設費用和日常運行費用， 所以是否需要投加化學藥劑應根據排放或利用的標準確定；
2、藥劑的有效利用取決於準確的投加劑量和適當的混合措施；
3、最後必須強調要做好可靠的防護措施， 保證運行維護人員的安全和健康。
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