脫氮除磷系統(tǒng)藥劑投加的正確方式
【純水設(shè)備www.zzdsjc.com】脫氮除磷是污水處理系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能。為了保證反硝化除磷的標(biāo)準(zhǔn)，確保微生物獲得足夠的有機(jī)質(zhì)是非常重要的。有效的反硝化需要可生物降解的碳源，生物除磷需要短鏈揮發(fā)性脂肪酸，在一些天然水質(zhì)較軟的地區(qū)，需要補(bǔ)充堿度來維持整個(gè)曝氣罐硝化過程所需的pH條件。此外，如果使用化學(xué)除磷，作為生物除磷過程的補(bǔ)充，并作為主要的除磷方法，添加金屬鹽和聚合物。本文論述了加藥方法的基本原理、計(jì)算方法和操作要求。
一是添加脫氮碳源
1. 我什么時(shí)候需要更多的藥?
生物反硝化需要硝化和反硝化。廢水中的氨氮必須先被硝化或轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，然后在反硝化過程中，硝酸鹽被還原為氮作為供氧體純水設(shè)備，在細(xì)胞呼吸過程中氧化簡(jiǎn)單的碳化合物。
因此，以去除硝酸鹽為目的的反硝化過程必須有易于生物降解的碳源。其來源包括水中溶解的BOD、內(nèi)源性反硝化過程中的衰變細(xì)胞和各種上清液的回流。當(dāng)水中沒有足夠的溶解有機(jī)物，需要反硝化時(shí)，反硝化過程所需的碳源需要通過化學(xué)補(bǔ)充來提供。
2. 碳的來源是什么?投到哪里?
用于反硝化的人工碳源包括純化學(xué)試劑，如甲醇、乙醇、變性乙醇、乙酸和乙酸鈉，或工業(yè)生產(chǎn)中的廢糖、糖蜜和廢醋酸溶液。甲醇是最常見的碳源，也是最適宜的碳源。
傳統(tǒng)的生物脫氮工藝中，甲醇應(yīng)直接添加到缺氧階段去離子水設(shè)備，在缺氧階段通過攪拌器與進(jìn)水和混合液體充分混合。防止水流劇烈的湍流將甲醇從液相揮發(fā)到空氣中，防止過量的氧氣導(dǎo)致部分甲醇被細(xì)菌的有氧呼吸消耗。
如果污水廠采用四段或五段活性污泥工藝，在后續(xù)的缺氧階段(第二缺氧階段)添加碳源，反硝化速率可高于內(nèi)源呼吸。對(duì)于三階段反硝化系統(tǒng)，如反硝化過濾器和反硝化好氧生物過濾器，補(bǔ)充碳源對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行非常重要。
由于反硝化過程位于主曝氣過程的下游純水設(shè)備，水中溶解的BOD全部被去除，反硝化水中通常添加甲醇。
3、投加量怎么計(jì)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(jì)算。
甲醇需要量：
2.47NO3-N+1.53NO2-N+0.87DO （1）
實(shí)際運(yùn)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， 然后根據(jù)污水廠的實(shí)際負(fù)荷及運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整。甲醇投加量的正確控制對(duì)三級(jí)反硝化系統(tǒng)的運(yùn)行非常重要。
過量投加不僅浪費(fèi)化學(xué)藥劑而且會(huì)增加反硝化系統(tǒng)出水中BOD的濃度。這對(duì)于出水BOD濃度要求不高的污水處理廠， 問題不會(huì)太大， 但是對(duì)于BOD限值約為5 mg/L或更低的污水處理廠來說， 則是需要重點(diǎn)考慮的問題。
4、甲醇投加系統(tǒng)的安全措施
甲醇的閃點(diǎn)為12 ℃，是高可燃性物質(zhì)。甲醇的儲(chǔ)存池、管道及其附件和電氣系統(tǒng)需要考慮相應(yīng)防爆措施。甲醇投加系統(tǒng)通常宜安裝在室外， 并遠(yuǎn)離其他設(shè)備。甲醇儲(chǔ)罐應(yīng)安裝浮動(dòng)式頂蓋和壓力釋放閥與滅火器。
二、生物除磷中揮發(fā)性脂肪酸的投加
1、為什么需要投加VFA？
生物除磷的機(jī)理是通過厭氧區(qū)中吸收揮發(fā)性脂肪酸（VFA）， 同時(shí)釋放出存儲(chǔ)的磷， 而在好氧條件下聚磷細(xì)菌吸收過量的磷。為保證聚磷細(xì)菌的繁殖以及有效的生物除磷作用， 需要有充足的揮發(fā)性脂肪酸。
污水處理廠的進(jìn)水中可能有VFA存在， 包括收集系統(tǒng)的停留時(shí)間較長(zhǎng)、設(shè)有多級(jí)提升泵站的原水和生物脫氮除磷系統(tǒng)厭氧段中復(fù)雜的有機(jī)化合物分解產(chǎn)生純水設(shè)備。若自然產(chǎn)生的VFA含量不足， 就需要在厭氧段外加VFA。
2、常用的VFA是什么？投加量怎么計(jì)算？
對(duì)于生物除磷系統(tǒng)而言， 醋酸與丙酸的混合液是外加VFA的最佳選擇。實(shí)踐中使用最普遍的是醋酸溶液。若需要投加VFA （例如在進(jìn)水中增加溶解性BOD， 其中部分將通過厭氧段的發(fā)酵過程轉(zhuǎn)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(tài)。冰醋酸雖然不像乙醇那樣易揮發(fā)，但具有相對(duì)較低的閃點(diǎn)（40 ℃） 以及17 ℃的冰點(diǎn)，因此應(yīng)按規(guī)范要求考慮防止燃燒， 同時(shí)必須采取措施防止凝固。儲(chǔ)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
醋酸具有腐蝕性， 通常采用316號(hào)不銹鋼。若在溫暖的氣候條件下使用冰醋酸， 由于其相對(duì)較低的閃點(diǎn)， 需要考慮采用惰性氣體墊層或浮頂。實(shí)際應(yīng)用中建議采用低濃度的醋酸水溶液。
當(dāng)然， 投加VFA并不能完全去除系統(tǒng)出水的TP濃度；如果需要出水TP很低， 仍然需要采用化學(xué)除磷，通過投加化學(xué)藥劑將磷沉淀去除。
三、堿度的投加
1、什么情況需要投加堿度？
堿度是衡量污水對(duì)酸的中和能力的指標(biāo)。堿度與pH密切相關(guān)， 對(duì)于生物脫氮除磷工藝的污水廠至關(guān)重要。
硝化過程中堿度的消耗導(dǎo)致污水pH下降， 利用鐵鹽或鋁鹽進(jìn)行化學(xué)沉淀除磷也會(huì)造成堿度下降。
pH下降導(dǎo)致硝化反應(yīng)速率降低， 當(dāng)pH約為6時(shí)硝化停止；pH值低于7時(shí)， 聚糖菌會(huì)與聚磷菌發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)， 影響聚磷菌利用VFA能力去離子水設(shè)備， 從而影響生物除磷效果。另外， 堿度也反映了污水的緩沖能力， 即應(yīng)對(duì)不同進(jìn)水水質(zhì)pH變化的能力。
因此，為保證硝化反應(yīng)的進(jìn)行，一些污水處理廠需要外加堿度。有許多化學(xué)藥品可以用來補(bǔ)充堿度�；瘜W(xué)藥品的選擇受到當(dāng)?shù)刈匀粭l件、當(dāng)?shù)鼗瘜W(xué)品價(jià)格以及操作人員偏好的影響。
2、可以用于補(bǔ)充堿度的化學(xué)物質(zhì)有哪些純水設(shè)備？投加量怎么計(jì)算？
可以用于補(bǔ)充堿度的化學(xué)物質(zhì)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(jià)格較高， 但是與氫氧化鈣相比， 使用操作更方便， 儲(chǔ)存及投加系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)用較低；氫氧化鈣通常以固體物質(zhì)的形式出售， 在使用前必須成漿， 石灰漿池易發(fā)生結(jié)垢；氧化鈣需熟化， 熟化操作過程的勞動(dòng)環(huán)境惡劣且勞動(dòng)強(qiáng)度大， 維持設(shè)備運(yùn)行需耗費(fèi)大量人力。
補(bǔ)充堿度投加系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)， 一般采用50～100 mg/L（CaCO3計(jì)） 作為出水的目標(biāo)堿度。實(shí)際運(yùn)行時(shí)每個(gè)廠都必須進(jìn)行單獨(dú)評(píng)估， 以確定多大的出水堿度能保證出水pH值穩(wěn)定。
在確定投加量時(shí)， 需要考慮后續(xù)工藝對(duì)出水pH和堿度的影響。通常氯氣會(huì)增加酸度，進(jìn) 一步降低出水的pH值；次氯酸鈉會(huì)增加堿度；用鐵鹽或鋁鹽沉淀除磷， 當(dāng)好氧池中鋁鹽或鐵鹽過量投加時(shí)， 產(chǎn)生氫氧化物沉淀會(huì)增加堿度消耗。
通常對(duì)于鋁鹽， 產(chǎn)生每毫克氫氧化鋁需要消耗5.56 mg 的CaCO3。對(duì)于鐵鹽， 產(chǎn)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
氫氧化鈉屬于強(qiáng)堿， 若投加過量， 會(huì)造成pH明顯上升。稀釋后的氫氧化鈉溶液必須在低于0 ℃的條件下冷凍保存。50%的氫氧化鈉溶液的冰點(diǎn)約為12.8 ℃， 因此其儲(chǔ)存池及管道必須加熱并保溫。一旦液體溫度低于12.8 ℃， 氫氧化鈉將結(jié)晶并從溶液中析出。發(fā)生結(jié)晶的氫氧化鈉很難被再次溶解。純水設(shè)備氫氧化鈉用廠內(nèi)供水或飲用水進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)稀釋， 在混合點(diǎn)易出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。
因此， 稀釋系統(tǒng)混合點(diǎn)處的管道接口應(yīng)設(shè)計(jì)成易清洗的形式；氫氧化鈉的投加點(diǎn)也容易發(fā)生結(jié)垢， 建議氫氧化鈉投加于回流污泥管， 因回流污泥管中流量較大， 可以保護(hù)管線防止結(jié)垢。
四、化學(xué)除磷中的藥劑投加
1、化學(xué)除磷的投加位置
化學(xué)除磷的基本原理是將溶解性的磷轉(zhuǎn)化為化學(xué)沉淀物， 在污泥沉淀過程中去除。用于廢水中化學(xué)沉淀除磷的化學(xué)物質(zhì)有鐵鹽、鋁鹽和鈣鹽， 其中鐵鹽較為常用。
化學(xué)除磷藥劑的投加量需結(jié)合整個(gè)處理系統(tǒng)進(jìn)行考慮。應(yīng)充分利用生物除磷作用對(duì)磷的吸收， 使化學(xué)藥劑得到有效利用， 并使污泥的產(chǎn)量最小化。
根據(jù)出水中的磷濃度的不同目標(biāo)， 化學(xué)藥劑可以在不同的投加點(diǎn)投加， 如圖所示。若在初沉池中進(jìn)行化學(xué)除磷去離子水設(shè)備，還需要考慮下游微生物對(duì)磷的需求。若投加藥劑去除了過量的磷， 則生物系統(tǒng)將面臨營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏的問題。
鐵或亞鐵化合物可以在初沉池前投加， 并在初沉池中沉淀。鐵鹽的除磷效果取決于反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短。完全反應(yīng)需要5 ~ 10 min， 因此需要鐵鹽與污水的混合反應(yīng)區(qū)以形成難溶沉淀物。
若沒有條件設(shè)置混合反應(yīng)區(qū)， 則需將藥劑投加在更上游的區(qū)域， 以保證足夠的停留時(shí)間。鐵鹽也可以在二沉池前投加， 鐵鹽沉淀物在沉淀池上游形成， 并在沉淀池中從系統(tǒng)中分離。
亞鐵鹽在曝氣池前投加， 因?yàn)閬嗚F離子氧化成鐵離子需要消耗額外的氧氣；過量投加會(huì)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(yīng)的亞鐵離子一旦被帶入消毒系統(tǒng)， 將消耗氯氣， 同時(shí)形成沉淀（提高出水總懸浮固體TSS濃度）。
此外， 若采用紫外線消毒系統(tǒng)， 鐵會(huì)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(gè)污水處理廠進(jìn)行小試，純水設(shè)備以確定達(dá)到出水溶解性磷目標(biāo)值所需的實(shí)際摩爾投加量。
2、化學(xué)除磷的投加量
通常磷沉淀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(jìn)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(zhì)量比3 ∶ 1；在二級(jí)處理系統(tǒng)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(zhì)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于0.10 mg/L。要達(dá)到這個(gè)濃度， 則需要投加的鐵鹽與磷的摩爾比為12 ∶ 1。
3、藥劑存儲(chǔ)和操作問題
鐵鹽或亞鐵鹽呈酸性， 因此需考慮存儲(chǔ)和操作的問題。可用玻璃纖維增強(qiáng)塑料（FRP） 或聚乙烯存儲(chǔ)池來存儲(chǔ)氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵或硫酸亞鐵。計(jì)量泵可采用蠕動(dòng)泵、螺桿泵或隔膜泵。應(yīng)盡量在接近投加點(diǎn)附近添加， 以減少電鍍作用的影響。泵體需采用聚氯乙烯（PVC） 材料。管道、閥門及配件需采用PVC或過氯乙烯（CPVC） 材料。
五、化學(xué)藥劑投加要點(diǎn)
1、投加化學(xué)藥劑肯定會(huì)增加設(shè)施建設(shè)費(fèi)用和日常運(yùn)行費(fèi)用去離子水設(shè)備， 所以是否需要投加化學(xué)藥劑應(yīng)根據(jù)排放或利用的標(biāo)準(zhǔn)確定；
2、藥劑的有效利用取決于準(zhǔn)確的投加劑量和適當(dāng)?shù)幕旌洗胧?/span>
3、最后必須強(qiáng)調(diào)要做好可靠的防護(hù)措施， 保證運(yùn)行維護(hù)人員的安全和健康。
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