水處理中(zhōng)如何投加藥劑，才能讓脫氮除磷更有效？

例如， 有效的反硝化需要易生(shēng)物(wù)降解的碳源， 生(shēng)物(wù)除磷需要短鏈揮發性脂肪酸， 在一(yī)些天然水質較軟的地區， 需要補充堿度以維持整個曝氣池硝化過程所需的pH條件；另外(wài)， 如果使用化學除磷， 無論是作爲生(shēng)物(wù)除磷過程的補充還是作爲主要的除磷手段， 都需要添加金屬鹽和聚合物(wù)。

本文讨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、什麽時候需要加藥劑？

生(shēng)物(wù)脫氮需要完成硝化和反硝化兩個過程。廢水中(zhōng)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(zhōng)， 硝酸鹽将被作爲細胞呼吸過程中(zhōng)氧化簡單碳化合物(wù)的供氧體(tǐ)被還原成氮氣。

因此， 以去(qù)除硝酸鹽爲目标的反硝化過程必須要有易生(shēng)物(wù)降解的碳源存在。其來源包括進水中(zhōng)溶解性BOD、内源反硝化過程中(zhōng)細胞的腐爛物(wù)和各類上清液回流等。當進水溶解性有機物(wù)不足而脫氮要求很高時， 則需要通過補充化學物(wù)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(gōng)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(gōng)業生(shēng)産過程中(zhōng)的廢糖、糖蜜和廢醋酸溶液等。其中(zhōng)甲醇的使用最普遍， 且被證明是最合适的碳源。

對于常規的生(shēng)物(wù)脫氮工(gōng)藝， 甲醇應直接投加在缺氧段， 并通過缺氧段内的攪拌器與進水及混合液充分(fēn)混合， 需防止水流劇烈紊流導緻甲醇從液相中(zhōng)揮發至空氣， 也應防止因多餘的氧氣存在造成部分(fēn)甲醇被細菌好氧呼吸消耗。

如果污水廠采用四階段或五階段活性污泥工(gōng)藝， 在後續的缺氧段（第二缺氧段） 投加碳源可以獲得比内源呼吸更高的反硝化速率， 能進一(yī)步去(qù)除硝酸鹽；對于三級反硝化系統， 如反硝化濾池、反硝化好氧生(shēng)物(wù)濾池等， 則補充碳源對于系統的運行非常重要。

因爲反硝化過程在主體(tǐ)曝氣工(gōng)藝的下(xià)遊，進水中(zhōng)的所有溶解性BOD都已經被去(qù)除，所以甲醇通常投加于反硝化進水中(zhōng)。

3、投加量怎麽計算？

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(zhōng)通常按每反硝化去(qù)除1 mg/L硝酸鹽投加3 mg/L甲醇考慮， 然後根據污水廠的實際負荷及運行情況進行調整。甲醇投加量的正确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(fèi)化學藥劑而且會增加反硝化系統出水中(zhōng)BOD的濃度。這對于出水BOD濃度要求不高的污水處理廠， 問題不會太大(dà)， 但是對于BOD限值約爲5 mg/L或更低的污水處理廠來說， 則是需要重點考慮的問題。

4、甲醇投加系統的安全措施

甲醇的閃點爲12 ℃，是高可燃性物(wù)質。甲醇的儲存池、管道及其附件和電(diàn)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(wài)， 并遠離(lí)其他設備。甲醇儲罐應安裝浮動式頂蓋和壓力釋放(fàng)閥與滅火(huǒ)器。

02  生(shēng)物(wù)除磷中(zhōng)揮發性脂肪酸的投加

1、爲什麽需要投加VFA？

生(shēng)物(wù)除磷的機理是通過厭(yàn)氧區中(zhōng)吸收揮發性脂肪酸（VFA）， 同時釋放(fàng)出存儲的磷， 而在好氧條件下(xià)聚磷細菌吸收過量的磷。爲保證聚磷細菌的繁殖以及有效的生(shēng)物(wù)除磷作用， 需要有充足的揮發性脂肪酸。

污水處理廠的進水中(zhōng)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(shēng)物(wù)脫氮除磷系統厭(yàn)氧段中(zhōng)複雜(zá)的有機化合物(wù)分(fēn)解産生(shēng)。若自然産生(shēng)的VFA含量不足， 就需要在厭(yàn)氧段外(wài)加VFA。

2、常用的VFA是什麽？投加量怎麽計算？

對于生(shēng)物(wù)除磷系統而言， 醋酸與丙酸的混合液是外(wài)加VFA的最佳選擇。實踐中(zhōng)使用最普遍的是醋酸溶液。若需要投加VFA （例如在進水中(zhōng)增加溶解性BOD， 其中(zhōng)部分(fēn)将通過厭(yàn)氧段的發酵過程轉化爲可用的VFA）， 則通常去(qù)除每毫克磷需要外(wài)加VFA 5～10 mg。

通常醋酸爲冰醋酸（近似100%溶液） 和84%及56%的溶液形态。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， 同時必須采取措施防止凝固。儲存池、管道以及附件等都需采用金屬材料。

3、醋酸的安全存放(fàng)措施

醋酸具有腐蝕性， 通常采用316号不鏽鋼。若在溫暖的氣候條件下(xià)使用冰醋酸， 由于其相對較低的閃點， 需要考慮采用惰性氣體(tǐ)墊層或浮頂。實際應用中(zhōng)建議采用低濃度的醋酸水溶液。

當然， 投加VFA并不能完全去(qù)除系統出水的TP濃度；如果需要出水TP很低， 仍然需要采用化學除磷，通過投加化學藥劑将磷沉澱去(qù)除。

03  堿度的投加

1、什麽情況需要投加堿度？

堿度是衡量污水對酸的中(zhōng)和能力的指标。堿度與pH密切相關， 對于生(shēng)物(wù)脫氮除磷工(gōng)藝的污水廠至關重要。

硝化過程中(zhōng)堿度的消耗導緻污水pH下(xià)降， 利用鐵鹽或鋁鹽進行化學沉澱除磷也會造成堿度下(xià)降。

pH下(xià)降導緻硝化反應速率降低， 當pH約爲6時硝化停止；pH值低于7時， 聚糖菌會與聚磷菌發生(shēng)競争， 影響聚磷菌利用VFA能力， 從而影響生(shēng)物(wù)除磷效果。另外(wài)， 堿度也反映了污水的緩沖能力， 即應對不同進水水質pH變化的能力。

因此，爲保證硝化反應的進行，一(yī)些污水處理廠需要外(wài)加堿度。有許多化學藥品可以用來補充堿度。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(yuán)偏好的影響。

2、可以用于補充堿度的化學物(wù)質有哪些？投加量怎麽計算？

可以用于補充堿度的化學物(wù)質有氫氧化鈉（NaOH）、氫氧化鈣（消石灰）［Ca（OH）2］和氧化鈣（生(shēng)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(fèi)用較低；氫氧化鈣通常以固體(tǐ)物(wù)質的形式出售， 在使用前必須成漿， 石灰漿池易發生(shēng)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(dà)， 維持設備運行需耗費(fèi)大(dà)量人力。

補充堿度投加系統設計時， 一(yī)般采用50～100 mg/L（CaCO3計） 作爲出水的目标堿度。實際運行時每個廠都必須進行單獨評估， 以确定多大(dà)的出水堿度能保證出水pH值穩定。

在确定投加量時， 需要考慮後續工(gōng)藝對出水pH和堿度的影響。通常氯氣會增加酸度，進一(yī)步降低出水的pH值；次氯酸鈉會增加堿度；用鐵鹽或鋁鹽沉澱除磷， 當好氧池中(zhōng)鋁鹽或鐵鹽過量投加時， 産生(shēng)氫氧化物(wù)沉澱會增加堿度消耗。

通常對于鋁鹽， 産生(shēng)每毫克氫氧化鋁需要消耗5.56 mg 的CaCO₃。對于鐵鹽， 産生(shēng)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(fàng)措施

氫氧化鈉屬于強堿， 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于0 ℃的條件下(xià)冷凍保存。50%的氫氧化鈉溶液的冰點約爲12.8 ℃， 因此其儲存池及管道必須加熱并保溫。一(yī)旦液體(tǐ)溫度低于12.8 ℃， 氫氧化鈉将結晶并從溶液中(zhōng)析出。發生(shēng)結晶的氫氧化鈉很難被再次溶解。氫氧化鈉用廠内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(shēng)結垢， 建議氫氧化鈉投加于回流污泥管， 因回流污泥管中(zhōng)流量較大(dà)， 可以保護管線防止結垢。

04  化學除磷中(zhōng)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将溶解性的磷轉化爲化學沉澱物(wù)， 在污泥沉澱過程中(zhōng)去(qù)除。用于廢水中(zhōng)化學沉澱除磷的化學物(wù)質有鐵鹽、鋁鹽和鈣鹽， 其中(zhōng)鐵鹽較爲常用。

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(fēn)利用生(shēng)物(wù)除磷作用對磷的吸收， 使化學藥劑得到有效利用， 并使污泥的産量最小(xiǎo)化。

根據出水中(zhōng)的磷濃度的不同目标， 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(zhōng)進行化學除磷，還需要考慮下(xià)遊微生(shēng)物(wù)對磷的需求。若投加藥劑去(qù)除了過量的磷， 則生(shēng)物(wù)系統将面臨營養物(wù)質缺乏的問題。

鐵或亞鐵化合物(wù)可以在初沉池前投加， 并在初沉池中(zhōng)沉澱。鐵鹽的除磷效果取決于反應時間的長短。完全反應需要5 ~ 10 min， 因此需要鐵鹽與污水的混合反應區以形成難溶沉澱物(wù)。

若沒有條件設置混合反應區， 則需将藥劑投加在更上遊的區域， 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(wù)在沉澱池上遊形成， 并在沉澱池中(zhōng)從系統中(zhōng)分(fēn)離(lí)。

亞鐵鹽在曝氣池前投加， 因爲亞鐵離(lí)子氧化成鐵離(lí)子需要消耗額外(wài)的氧氣；過量投加會增加出水中(zhōng)的離(lí)子濃度， 因此亞鐵離(lí)子不能在二沉池中(zhōng)投加。過量或未反應的亞鐵離(lí)子一(yī)旦被帶入消毒系統， 将消耗氯氣， 同時形成沉澱（提高出水總懸浮固體(tǐ)TSS濃度）。

此外(wài)， 若采用紫外(wài)線消毒系統， 鐵會幹擾紫外(wài)線的吸收， 在燈管上形成淤積， 加快燈管的清洗頻(pín)率。建議每個污水處理廠進行小(xiǎo)試， 以确定達到出水溶解性磷目标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于出水期望的溶解性磷濃度而非進水磷濃度。若初沉池将磷的濃度降低到1 mg/L，需要投加的鐵鹽Fe^3＋ ∶ P的摩爾比爲1.67 ∶ 1或質量比3 ∶ 1；在二級處理系統中(zhōng)去(qù)除0.5 mg/L溶解性磷需要投加的鐵鹽Fe^3＋ ∶ P的摩爾比2.27 ∶ 1或質量比4.1 ∶ 1。

此外(wài)， 投加鐵離(lí)子無法使出水中(zhōng)溶解性磷濃度低于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爲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。計量泵可采用蠕動泵、螺杆泵或隔膜泵。應盡量在接近投加點附近添加， 以減少電(diàn)鍍作用的影響。泵體(tǐ)需采用聚氯乙烯（PVC） 材料。管道、閥門及配件需采用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(fèi)用和日常運行費(fèi)用， 所以是否需要投加化學藥劑應根據排放(fàng)或利用的标準确定；

2、藥劑的有效利用取決于準确的投加劑量和适當的混合措施；

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(yuán)的安全和健康。