脫氮除磷如何正確加投藥劑-旭日（rì）東

脫氮除磷是汙水處理係統的一項重要功能，要保障脫氮除磷處理達（dá）標（biāo），很重要的（de）一點（diǎn）就是要保證給（gěi）微（wēi）生物提供（gòng）充足的有機物。又想馬兒跑得快，又想馬兒不吃草是不行的。
例如， 有效的（de）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（suān）， 在一些天然水質較軟（ruǎn）的地區， 需要（yào）補充堿度以維（wéi）持整個曝氣池硝化過程所（suǒ）需的pH條件； 另（lìng）外， 如果使用化學（xué）除磷， 無論是作為（wéi）生物除磷過程的補充還是作為（wéi）主要的除磷手段， 都需要添加金（jīn）屬鹽和聚（jù）合物。
本文討論各種藥劑投加方法的基本原理、投加量計算（suàn）和操作要求。



01  反硝化的碳源投加（jiā）
1、什麽時候需要加藥劑？
生物（wù）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（guò）程中氧（yǎng）化簡單碳化合物的供氧體（tǐ）被還原成氮氣。
因此， 以去（qù）除硝酸鹽（yán）為目標的反硝化過程必須要有易生物降（jiàng）解的碳源存在。其來源包括進水中（zhōng）溶解性（xìng）BOD、內源反硝化過（guò）程中細胞的腐爛物和各類上清液回流等。當進水溶解性有機物不足而脫氮要（yào）求很高時， 則需要通過補充化學物質以提（tí）供反硝化過程所需（xū）要的（de）碳源。
2、有哪（nǎ）些碳源？投加在哪（nǎ）個位置？
反（fǎn）硝（xiāo）化（huà）所用的人工碳（tàn）源有甲醇、乙醇、變（biàn）性乙醇、醋酸及醋酸鈉等純化學藥劑， 或者是工業生產過程（chéng）中（zhōng）的廢糖、糖蜜和廢醋酸溶液等。其中甲醇的使用（yòng）最（zuì）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（duàn）， 並通過缺氧段內的攪拌器與進（jìn）水（shuǐ）及（jí）混（hún）合液充分混合， 需（xū）防止水（shuǐ）流劇烈紊流導（dǎo）致甲醇（chún）從液相中揮發至空氣， 也應防止因多餘的氧（yǎng）氣（qì）存在造（zào）成（chéng）部分甲醇被細菌好氧呼吸消耗。
如果汙水廠采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（fǎn）硝化速率， 能進一步去除硝酸鹽； 對（duì）於三級反（fǎn）硝化係統， 如反硝（xiāo）化濾池、反硝化好氧生物濾池（chí）等， 則補充碳源對（duì）於係統的（de）運行非常重要。
因為反硝化過程在主體曝氣工藝的下遊，進水中的所有溶解性BOD都已經被去（qù）除，所以甲醇通常投加於反硝化進水中。
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（kě）以通過式（1） 計算。
甲醇需（xū）要量（liàng）：
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（fù）荷及運行（háng）情況進行調整。甲醇（chún）投加量的（de）正（zhèng）確控製對三級反（fǎn）硝化係統的運行非常重要。
過量投加不僅浪費化學藥（yào）劑而且會增加反硝化係統出水中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（wū）水處理（lǐ）廠來說， 則是需（xū）要重點考（kǎo）慮（lǜ）的問題。
4、甲醇投加係統的安全措施
甲醇的閃點為（wéi）12 ℃，是高可燃性物質。甲醇的儲存池、管道及其附件（jiàn）和電氣係統需要考慮相應防爆措施。甲（jiǎ）醇（chún）投加係統通常宜安裝在室外， 並遠離其他設備。甲醇儲（chǔ）罐應安裝浮動式頂蓋和壓力（lì）釋放閥與滅（miè）火器（qì）。



02  生物（wù）除磷中揮（huī）發性（xìng）脂肪酸的投加
1、為什麽需要投加VFA？
生（shēng）物除磷的機理是通過（guò）厭氧區（qū）中吸收揮發性脂肪（fáng）酸（VFA）， 同時釋（shì）放出存儲的磷（lín）， 而在好氧（yǎng）條件下（xià）聚磷細菌吸收（shōu）過量的磷。為保（bǎo）證聚磷細菌的繁殖以及有效的生物除（chú）磷作用， 需要有充足的揮發（fā）性脂肪酸。
汙水處理廠的（de）進水中可能有VFA存（cún）在（zài）， 包括收（shōu）集係統的停留時間較長、設有多級提升泵站的原水和生物脫氮除磷係統厭氧段中複雜的有（yǒu）機化合（hé）物（wù）分解產生（shēng）。若自然產生的VFA含量不（bú）足， 就需要在厭氧段外加VFA。
2、常用的（de）VFA是什（shí）麽？投加量怎麽計算？
對於生物除磷係統而言， 醋酸與（yǔ）丙酸的混合液是外加VFA的最佳選擇（zé）。實踐（jiàn）中使用最普（pǔ）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（wéi）可用的VFA）， 則外加VFA的需要量通常為去除每毫克磷需（xū）要5～10 mg的VFA。
通常醋酸為冰（bīng）醋酸（近（jìn）似100%溶液） 和84%及56%的溶液形態。冰（bīng）醋酸雖然不像乙醇那樣易揮發，但具（jù）有相對較低（dī）的閃（shǎn）點（40 ℃） 以及（jí）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、醋酸的安全存放措施
醋酸具有腐（fǔ）蝕性， 通常采用316號不（bú）鏽鋼。若在（zài）溫暖（nuǎn）的氣候條件下使用冰醋酸， 由於其相對較低的閃點， 需要（yào）考慮采用惰性氣體（tǐ）墊層（céng）或浮（fú）頂。實際應（yīng）用中建議采用低濃度的醋酸水溶液。
當然， 投加VFA並不能完全去除係統出水的TP濃度； 如果需要出水TP很低， 仍然需要采（cǎi）用化學（xué）除磷，通過投加（jiā）化學藥劑將磷沉澱（diàn）去除。



03  堿度的投加
1、什麽情況需（xū）要投加堿度？
堿度是衡量汙水對酸的中和能力的（de）指標。堿度與pH密切相關， 對於生物脫氮除磷工藝的汙水廠至關重要。
硝化過程中堿度的消耗導致汙水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降。
pH下降導致硝化反應速率降低， 當pH約為6時硝化（huà）停止； pH值低（dī）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（lì）， 從而影響生物除磷效果。另外（wài）， 堿度也反映了汙水的緩（huǎn）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（de）進行，一些汙水處理廠（chǎng）需要外加堿度（dù）。有許多化學藥品可以用來補充堿度。化學藥品的選擇（zé）受到當地自然條件、當（dāng）地化學品價格以及操作人員（yuán）偏（piān）好（hǎo）的影響。
2、可以用於補（bǔ）充堿度的化學（xué）物質有哪些？投加量怎（zěn）麽計算？
可以用於補充堿（jiǎn）度的化學物質有氫氧化鈉（NaOH）、氫氧化鈣（gài）（消石灰）［Ca（OH）2］和氧化鈣（生石灰） （CaO） 等。
氫氧化鈉（nà）價（jià）格較高， 但是（shì）與氫氧化鈣相比， 使（shǐ）用操作更方便， 儲存及投加係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（shòu）， 在使用前必須成漿， 石灰漿池易發（fā）生結垢； 氧化鈣需熟化， 熟化操作過（guò）程的勞動（dòng）環境惡劣且勞動強度大， 維持設備運行需耗費大量人力。
補（bǔ）充堿度投加係統設計時， 一（yī）般采用50～100 mg/L（CaCO3計） 作為（wéi）出水（shuǐ）的目標堿度。實際運行時每個（gè）廠都（dōu）必須（xū）進行單獨評（píng）估， 以確定多大的出水堿度能保（bǎo）證出（chū）水pH值穩定。
在確定投加量時， 需要考慮後續工藝對（duì）出水pH和堿度的影響。通（tōng）常氯氣會增加酸度，進一步降低出水的pH值； 次氯（lǜ）酸鈉會增加（jiā）堿（jiǎn）度； 用鐵鹽或鋁鹽沉澱除磷， 當好（hǎo）氧（yǎng）池中鋁鹽或鐵鹽過量投加（jiā）時， 產生（shēng）氫氧化物沉澱會增加堿度消耗。
通常對於（yú）鋁鹽， 產生每毫克氫（qīng）氧化鋁需要消耗（hào）5.56 mg 的CaCO₃。對於鐵鹽， 產生每毫克氫氧化鐵需要消耗2.69 mg的（de）CaCO₃。
3、氫氧化鈉的安全存放措施
氫氧（yǎng）化鈉屬於強堿， 若投加過量， 會造成pH明顯上升。稀釋後的氫氧化（huà）鈉溶液必須在低於0 ℃的條件下冷凍保存（cún）。50%的氫氧（yǎng）化鈉溶液的冰（bīng）點約為12.8 ℃， 因此其儲存池及管道必須（xū）加（jiā）熱並保溫。一旦（dàn）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（jìn）行現場稀釋， 在混合點（diǎn）易出現結垢現象。
因此， 稀釋係統混合點處的（de）管道接口應設計成易清洗的（de）形式； 氫氧化鈉的投加點也容易發生結垢， 建議氫氧化（huà）鈉投加（jiā）於（yú）回流汙泥管（guǎn）， 因回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（zhōng）的藥劑（jì）投加
1、化（huà）學除（chú）磷的投（tóu）加位置
化（huà）學除磷的（de）基本原理是將溶解性的磷轉化為化學沉澱（diàn）物（wù）， 在汙泥沉澱過程中去除。用於廢（fèi）水中化學沉澱除磷的化學（xué）物質（zhì）有鐵鹽、鋁鹽（yán）和（hé）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（gè）處理係統進行考（kǎo）慮。應充分利用生（shēng）物除磷作用對磷（lín）的吸（xī）收， 使化（huà）學藥（yào）劑得到有效利用， 並使汙泥的產量最小（xiǎo）化。
根據出水中的磷濃度（dù）的不同（tóng）目標， 化學藥劑可以在（zài）不同的（de）投加點投加， 如圖1所示。若在初沉池中進行化學除磷，還（hái）需要（yào）考慮下遊微生物對磷的需求。若投加藥劑去除（chú）了過量的磷， 則生物係統將麵臨營養物質缺乏的問題。



鐵或亞鐵（tiě）化（huà）合物可以在初沉池前投加（jiā）， 並在初沉池中沉澱。鐵鹽的除磷效果（guǒ）取（qǔ）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（nán）溶沉澱物。
若沒有條件設（shè）置混合反應區， 則需（xū）將藥劑（jì）投加在更上遊的區域（yù）， 以保證足夠的停留時間。鐵鹽也（yě）可以（yǐ）在二沉池前投加， 鐵鹽沉澱物在沉澱池上遊形成， 並在沉澱（diàn）池中從係統（tǒng）中（zhōng）分離。
亞鐵鹽在曝氣池前（qián）投加， 因為亞鐵離子氧化成鐵離子需（xū）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（fǎn）應的亞鐵離子一旦被帶入消毒係統， 將消耗氯氣， 同時形成沉（chén）澱（提（tí）高出水總（zǒng）懸浮固體TSS濃度）。


此外（wài）， 若采用紫外線消毒係統， 鐵會幹擾紫外線的吸（xī）收， 在燈管上形成淤積， 加（jiā）快燈管的清洗頻率。建議每個汙水處理廠進行小試（shì）， 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（huà）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（fēi）進水磷濃度。若初沉池將磷的（de）濃度降低到1 mg/L，需要投加（jiā）的鐵鹽Fe^3＋ ∶ P的摩爾比為1.67 ∶ 1或質量比3 ∶ 1； 在二級處（chù）理係統中去除0.5 mg/L溶解性磷需要投加的鐵鹽Fe^3＋ ∶ P的摩（mó）爾（ěr）比（bǐ）2.27 ∶ 1或質量比4.1 ∶ 1。
此外， 投加鐵（tiě）離（lí）子無法使出水中溶解性（xìng）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（wèn）題
鐵鹽或亞鐵鹽呈酸性， 因此需（xū）考慮存儲和操作的問題。可用玻璃纖維增（zēng）強塑料（FRP） 或聚乙（yǐ）烯存儲池來存儲氯化鐵（tiě）、氯化亞鐵、硫（liú）酸鐵或硫酸（suān）亞鐵。計量泵（bèng）可采（cǎi）用蠕動泵、螺杆泵或隔膜泵。應盡量在接近投加點附近添加， 以減少電鍍作用的影響。泵體需采用聚氯乙（yǐ）烯（PVC） 材料。管道、閥門及配件需采用PVC或過氯乙烯（CPVC） 材料。
最（zuì）後總結 3 點：
1、投加化學藥劑肯定會增（zēng）加設施（shī）建設費用和日常（cháng）運行費用， 所以是否需（xū）要投（tóu）加化學（xué）藥劑應根據（jù）排放（fàng）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（zuò）好可靠的防護措（cuò）施， 保證運行維護（hù）人員的（de）安全和健康。