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反硝化的碳源投加

生物脱氮需要完成硝化和反硝化两个过程。废水中的氨氮首先必须被硝化或转化成亚硝酸盐和硝酸盐，然后在反硝化过程中，硝酸盐将被作为细胞呼吸过程中氧化简单碳化合物的供氧体被还原成氮气。

因此， 以去除硝(xiao)酸盐为(wei)目标的(de)反硝(xiao)化(hua)过(guo)程(cheng)必须要有易生物(wu)降解的(de)碳源(yuan)存在。其来源(yuan)包括进水(shui)中(zhong)溶解性(xing)(xing)BOD、内源(yuan)反硝(xiao)化(hua)过(guo)程(cheng)中(zhong)细胞(bao)的(de)腐烂物(wu)和各类(lei)上清液(ye)回流等。当进水(shui)溶解性(xing)(xing)有机物(wu)不足而脱(tuo)氮要求很高时，则需(xu)要通过(guo)补充化(hua)学物(wu)质以提供(gong)反硝(xiao)化(hua)过(guo)程(cheng)所需(xu)要的(de)碳源(yuan)。

反(fan)硝化(hua)所用的(de)人工碳(tan)源(yuan)有甲醇、乙醇、变(bian)性乙醇、醋(cu)(cu)酸(suan)及醋(cu)(cu)酸(suan)钠(na)等(deng)纯化(hua)学药(yao)剂(ji)，或者是(shi)工业生产过程(cheng)中的(de)废糖、糖蜜和(he)废醋(cu)(cu)酸(suan)溶液等(deng)。其中甲醇的(de)使用最普遍，且被证明是(shi)最合适的(de)碳(tan)源(yuan)。

对于(yu)常规的(de)生(sheng)物(wu)脱(tuo)氮(dan)工艺，甲(jia)醇应(ying)直接投加在(zai)缺(que)氧段，并通过(guo)缺(que)氧段内的(de)搅拌器与(yu)进水(shui)及混合液(ye)充分混合，需(xu)防(fang)止水(shui)流剧烈紊(wen)流导(dao)致甲(jia)醇从液(ye)相中挥发至空气，也应(ying)防(fang)止因多(duo)余的(de)氧气存在(zai)造成部分甲(jia)醇被(bei)细菌好氧呼吸消耗。

如果污水厂采用四阶段或(huo)五(wu)阶段活性(xing)污泥(ni)工艺，在后续的(de)缺氧段（第二缺氧段） 投(tou)加碳源(yuan)可以获得(de)比内源(yuan)呼(hu)吸(xi)更高的(de)反硝化(hua)(hua)速率，能进一步去除硝酸(suan)盐；对于三级反硝化(hua)(hua)系统，如反硝化(hua)(hua)滤(lv)池、反硝化(hua)(hua)好氧生物滤(lv)池等，则补充(chong)碳源(yuan)对于系统的(de)运行非常重要(yao)。

因为反硝化(hua)(hua)过程(cheng)在主体(ti)曝气工艺的下游，进水中(zhong)的所(suo)有(you)溶解(jie)性BOD都已(yi)经被去除，所(suo)以甲醇(chun)通常投加于反硝化(hua)(hua)进水中(zhong)。

甲醇的投加量(liang)受硝酸盐（NO3-N） 、亚硝酸盐（NO2-N）以及溶解氧(yang)影响。甲醇的需(xu)要(yao)量(liang)可以通过式（1）计算。

甲醇需要量：

2.47NO3-N+1.53NO2-N+0.87DO  （1）

实际(ji)运行(xing)中通常按每反(fan)硝化去除1mg/L硝酸(suan)盐投加3mg/L甲醇考虑，然(ran)后根据污水厂的(de)实际(ji)负荷(he)及运行(xing)情况(kuang)进行(xing)调整。甲醇投加量(liang)的(de)正确(que)控(kong)制(zhi)对三(san)级(ji)反(fan)硝化系(xi)统的(de)运行(xing)非(fei)常重要(yao)。

过量投(tou)加(jia)不(bu)(bu)(bu)仅浪费(fei)化学(xue)药剂而且会增加(jia)反硝化系(xi)统出(chu)水(shui)中(zhong)BOD的浓度。这对于出(chu)水(shui)BOD浓度要求不(bu)(bu)(bu)高(gao)的污(wu)水(shui)处(chu)(chu)理厂，问题(ti)不(bu)(bu)(bu)会太(tai)大(da)，但(dan)是对于BOD限值(zhi)约为5mg/L或更低的污(wu)水(shui)处(chu)(chu)理厂来说，则是需要重点考虑(lv)的问题(ti)。

甲(jia)醇的闪点为12 ℃，是高可(ke)燃性物质。甲(jia)醇的储存池、管(guan)道及其附件和电气系统需要考虑(lv)相(xiang)应(ying)防爆措施。甲(jia)醇投加系统通(tong)常宜安装在室(shi)外，并远离其他设(she)备。甲(jia)醇储罐应(ying)安装浮动式顶盖和压力(li)释放阀与灭(mie)火器。

污(wu)水(shui)处理厂的(de)进水(shui)中可能(neng)有VFA存在(zai)，包(bao)括收集系统(tong)的(de)停(ting)留时间(jian)较长、设有多级提升泵(beng)站(zhan)的(de)原(yuan)水(shui)和生(sheng)物(wu)脱氮(dan)除磷系统(tong)厌(yan)氧段中复杂的(de)有机化(hua)合物(wu)分解产(chan)生(sheng)。若自然产(chan)生(sheng)的(de)VFA含量不足，就需(xu)要在(zai)厌(yan)氧段外加VFA。

对于生(sheng)物除磷(lin)系(xi)统而言(yan)，醋酸(suan)与丙酸(suan)的(de)(de)混(hun)合液(ye)是外(wai)加VFA的(de)(de)最(zui)佳选择。实(shi)践中使用(yong)最(zui)普遍的(de)(de)是醋酸(suan)溶(rong)液(ye)。若(ruo)需(xu)要投加VFA （例如在进水中增(zeng)加溶(rong)解性BOD，其中部分将通过(guo)(guo)厌氧(yang)段的(de)(de)发酵过(guo)(guo)程转化(hua)为可用(yong)的(de)(de)VFA），则(ze)通常去(qu)除每(mei)毫克磷(lin)需(xu)要外(wai)加VFA 5～10 mg。

通(tong)常醋酸(suan)为冰醋酸(suan)（近似100%溶液(ye)）和84%及56%的(de)溶液(ye)形态(tai)。冰醋酸(suan)虽(sui)然不像乙醇那样(yang)易挥发，但具有相对(dui)较低的(de)闪(shan)点（40 ℃）以及17 ℃的(de)冰点，因此应按规范要求考虑防(fang)止燃烧，同时必须采取(qu)措施(shi)防(fang)止凝固。储存(cun)池、管道以及附件(jian)等都需采用金(jin)属材料。

醋(cu)(cu)酸(suan)具有腐蚀性(xing)，通(tong)常(chang)采(cai)(cai)用316号不锈钢。若(ruo)在温暖的气(qi)候条(tiao)件下使用冰醋(cu)(cu)酸(suan)，由于其相对(dui)较低(di)的闪点，需(xu)要考虑(lv)采(cai)(cai)用惰性(xing)气(qi)体垫层(ceng)或(huo)浮顶。实际应(ying)用中(zhong)建议(yi)采(cai)(cai)用低(di)浓度的醋(cu)(cu)酸(suan)水溶液。

当(dang)然，投(tou)加VFA并不能完全去除系(xi)统出(chu)水(shui)的TP浓度；如(ru)果需要出(chu)水(shui)TP很低，仍然需要采(cai)用化(hua)学除磷，通(tong)过投(tou)加化(hua)学药剂将(jiang)磷沉淀(dian)去除。

硝化过(guo)程中碱(jian)度(du)的消耗(hao)导致污(wu)水pH下(xia)降，利用铁盐(yan)或铝盐(yan)进行(xing)化学(xue)沉淀除磷也会造成碱(jian)度(du)下(xia)降。

pH下降导致硝化反应速率降低(di)，当pH约为6时(shi)硝化停止；pH值低(di)于7时(shi)，聚(ju)(ju)糖菌会与聚(ju)(ju)磷菌发生(sheng)竞争，影(ying)响聚(ju)(ju)磷菌利用VFA能力(li)，从而影(ying)响生(sheng)物除磷效(xiao)果。另外，碱度也反映了污水(shui)的(de)缓冲(chong)能力(li)，即应对不同进水(shui)水(shui)质pH变化的(de)能力(li)。

因此，为保证(zheng)硝(xiao)化反应(ying)的进行，一些污水处理(li)厂需要外(wai)加(jia)碱度。有许多化学药品可以用来(lai)补充(chong)碱度。化学药品的选择受到当地自然(ran)条件(jian)、当地化学品价(jia)格(ge)以及操(cao)作人员偏好的影响。

可以用于补充碱度的(de)化学(xue)物质有氢(qing)氧化钠（NaOH）、氢(qing)氧化钙（消石灰）［Ca（OH）2］和(he)氧化钙（生石灰）（CaO） 等(deng)。

氢氧(yang)(yang)化(hua)钠价格较高，但是与氢氧(yang)(yang)化(hua)钙(gai)相比(bi)，使(shi)用(yong)操作更(geng)方便，储存及投(tou)加系统的(de)(de)年运行费(fei)用(yong)较低；氢氧(yang)(yang)化(hua)钙(gai)通(tong)常以固体物质(zhi)的(de)(de)形式(shi)出(chu)售，在使(shi)用(yong)前必(bi)须成(cheng)浆(jiang)，石灰浆(jiang)池易发生(sheng)结垢；氧(yang)(yang)化(hua)钙(gai)需熟化(hua)，熟化(hua)操作过(guo)程的(de)(de)劳动环境恶(e)劣(lie)且(qie)劳动强度大，维持设备运行需耗(hao)费(fei)大量人力。

补充碱(jian)度(du)投加系统设(she)计(ji)时，一般采用50～100 mg/L（CaCO3计(ji)）作为出(chu)水(shui)(shui)的目标碱(jian)度(du)。实际运行(xing)时每个厂(chang)都(dou)必须进行(xing)单独评估，以确定(ding)多大的出(chu)水(shui)(shui)碱(jian)度(du)能保证出(chu)水(shui)(shui)pH值稳(wen)定(ding)。

在确(que)定(ding)投(tou)加(jia)量时(shi)，需要考虑后续工(gong)艺对出水pH和(he)碱(jian)(jian)度的影(ying)响。通常(chang)氯气会增加(jia)酸度，进一(yi)步降低出水的pH值；次氯酸钠会增加(jia)碱(jian)(jian)度；用铁盐(yan)(yan)(yan)或铝盐(yan)(yan)(yan)沉(chen)淀除磷，当好氧(yang)池(chi)中铝盐(yan)(yan)(yan)或铁盐(yan)(yan)(yan)过量投(tou)加(jia)时(shi)，产生氢氧(yang)化物(wu)沉(chen)淀会增加(jia)碱(jian)(jian)度消耗。

通常(chang)对(dui)于(yu)铝盐，产生(sheng)每毫(hao)(hao)克氢(qing)氧化(hua)铝需(xu)要消耗(hao)5.56mg 的CaCO3。对(dui)于(yu)铁盐，产生(sheng)每毫(hao)(hao)克氢(qing)氧化(hua)铁需(xu)要消耗(hao)2.69mg的CaCO3。

氢氧(yang)化(hua)钠(na)(na)属于(yu)(yu)强(qiang)碱(jian)，若投加过量(liang)，会(hui)造成pH明(ming)显(xian)上升。稀释后(hou)的(de)(de)氢氧(yang)化(hua)钠(na)(na)溶液(ye)必须在低于(yu)(yu)0 ℃的(de)(de)条件下冷冻(dong)保存。50%的(de)(de)氢氧(yang)化(hua)钠(na)(na)溶液(ye)的(de)(de)冰点(dian)约为(wei)12.8 ℃，因此其储存池及(ji)管道必须加热并(bing)保温。一旦(dan)液(ye)体温度低于(yu)(yu)12.8 ℃，氢氧(yang)化(hua)钠(na)(na)将结晶并(bing)从溶液(ye)中(zhong)析出。发生结晶的(de)(de)氢氧(yang)化(hua)钠(na)(na)很难(nan)被(bei)再次溶解(jie)。氢氧(yang)化(hua)钠(na)(na)用厂内(nei)供水或饮用水进行现场稀释，在混合(he)点(dian)易出现结垢现象。

因此，稀释系统混合点(dian)处的管(guan)(guan)道(dao)接口应设计成易(yi)(yi)清洗(xi)的形式；氢氧(yang)化钠的投(tou)加(jia)点(dian)也(ye)容易(yi)(yi)发生(sheng)结(jie)垢，建议氢氧(yang)化钠投(tou)加(jia)于回流(liu)污泥管(guan)(guan)，因回流(liu)污泥管(guan)(guan)中(zhong)流(liu)量较大，可(ke)以保护管(guan)(guan)线防(fang)止结(jie)垢。

化学除(chu)磷的(de)(de)基本(ben)原理是(shi)将溶解(jie)性的(de)(de)磷转化为(wei)化学沉淀(dian)(dian)物(wu)，在污泥沉淀(dian)(dian)过程中去除(chu)。用(yong)于(yu)废水中化学沉淀(dian)(dian)除(chu)磷的(de)(de)化学物(wu)质(zhi)有铁盐(yan)、铝(lv)盐(yan)和钙盐(yan)，其中铁盐(yan)较(jiao)为(wei)常用(yong)。

化(hua)学除(chu)磷药(yao)剂的投加量需结合整个处理系统进行考虑(lv)。应充(chong)分利用生(sheng)物除(chu)磷作用对(dui)磷的吸收，使(shi)化(hua)学药(yao)剂得到有效利用，并使(shi)污(wu)泥的产量最小化(hua)。

根据出(chu)水中的(de)磷(lin)(lin)浓度(du)的(de)不(bu)同(tong)目(mu)标，化学(xue)药剂可以在(zai)(zai)不(bu)同(tong)的(de)投(tou)加点投(tou)加，如图1所示(shi)。若(ruo)在(zai)(zai)初(chu)沉(chen)池(chi)中进行化学(xue)除磷(lin)(lin)，还需要(yao)考虑下(xia)游微生物对磷(lin)(lin)的(de)需求。若(ruo)投(tou)加药剂去除了过量的(de)磷(lin)(lin)，则生物系统将面临营养物质缺乏的(de)问题。

铁(tie)或亚铁(tie)化合物可以(yi)在初(chu)(chu)沉(chen)池(chi)前(qian)投加，并在初(chu)(chu)沉(chen)池(chi)中沉(chen)淀。铁(tie)盐的除(chu)磷效果(guo)取决(jue)于反(fan)应时间的长短。完全(quan)反(fan)应需要5 ~ 10 min，因此需要铁(tie)盐与(yu)污水的混合反(fan)应区以(yi)形成难溶沉(chen)淀物。

若没有条件(jian)设(she)置混(hun)合反应区(qu)，则(ze)需将药剂投加(jia)在更(geng)上游的区(qu)域，以保证足够的停留时间。铁(tie)盐也可以在二(er)沉(chen)池前投加(jia)，铁(tie)盐沉(chen)淀物在沉(chen)淀池上游形成，并(bing)在沉(chen)淀池中从(cong)系统中分离。

亚(ya)铁(tie)盐在(zai)曝气(qi)(qi)池(chi)前投(tou)加，因为亚(ya)铁(tie)离子(zi)氧(yang)化成铁(tie)离子(zi)需要消(xiao)耗额外的氧(yang)气(qi)(qi)；过(guo)量投(tou)加会增加出水(shui)(shui)中的离子(zi)浓度，因此(ci)亚(ya)铁(tie)离子(zi)不能在(zai)二沉(chen)池(chi)中投(tou)加。过(guo)量或未(wei)反应的亚(ya)铁(tie)离子(zi)一旦被带入消(xiao)毒系统(tong)，将消(xiao)耗氯(lv)气(qi)(qi)，同时形成沉(chen)淀（提高出水(shui)(shui)总(zong)悬浮(fu)固体(ti)TSS浓度）。

此(ci)外，若采用紫(zi)外线消毒(du)系统，铁会干扰紫(zi)外线的吸收，在灯(deng)管上形成淤积，加(jia)快灯(deng)管的清洗频率。建议每个污水(shui)处理厂进行小试，以(yi)确定达到出水(shui)溶解性磷目标(biao)值所需(xu)的实际摩尔投加(jia)量。

通常磷沉(chen)淀(dian)所需(xu)的(de)铁盐(yan)摩(mo)尔投加量基于出水期(qi)望的(de)溶(rong)解性(xing)磷浓度而非进水磷浓度。若(ruo)初沉(chen)池将磷的(de)浓度降低到1mg/L，需(xu)要(yao)投加的(de)铁盐(yan)Fe3＋∶P的(de)摩(mo)尔比为1.67∶1或(huo)质(zhi)量比3∶1；在二级(ji)处理系统中去除0.5mg/L溶(rong)解性(xing)磷需(xu)要(yao)投加的(de)铁盐(yan)Fe3＋∶P的(de)摩(mo)尔比2.27∶1或(huo)质(zhi)量比4.1∶1。

此(ci)外， 投加(jia)铁(tie)离子无法使出水中溶(rong)解性磷浓(nong)(nong)度(du)低于(yu)0.10 mg/L。要达到这个浓(nong)(nong)度(du)， 则需要投加(jia)的铁(tie)盐与磷的摩(mo)尔(er)比为12∶1。

铁(tie)(tie)盐(yan)或(huo)亚铁(tie)(tie)盐(yan)呈(cheng)酸性(xing)，因(yin)此需(xu)(xu)(xu)考(kao)虑(lv)存(cun)储和操作的(de)问题。可用(yong)(yong)玻(bo)璃纤维(wei)增(zeng)强塑料(liao)（FRP） 或(huo)聚乙烯(xi)存(cun)储池来存(cun)储氯(lv)(lv)(lv)化(hua)(hua)铁(tie)(tie)、氯(lv)(lv)(lv)化(hua)(hua)亚铁(tie)(tie)、硫(liu)酸铁(tie)(tie)或(huo)硫(liu)酸亚铁(tie)(tie)。计量(liang)泵(beng)可采(cai)用(yong)(yong)蠕动泵(beng)、螺杆(gan)泵(beng)或(huo)隔膜(mo)泵(beng)。应(ying)尽量(liang)在接近(jin)(jin)投加(jia)点附近(jin)(jin)添加(jia)，以减(jian)少电镀作用(yong)(yong)的(de)影响。泵(beng)体需(xu)(xu)(xu)采(cai)用(yong)(yong)聚氯(lv)(lv)(lv)乙烯(xi)（PVC）材(cai)料(liao)。管道、阀门(men)及(ji)配件(jian)需(xu)(xu)(xu)采(cai)用(yong)(yong)PVC或(huo)过氯(lv)(lv)(lv)乙烯(xi)（CPVC）材(cai)料(liao)。在工作或(huo)处理任(ren)何铁(tie)(tie)盐(yan)溶液时，操作人(ren)员需(xu)(xu)(xu)穿戴手套和护(hu)面罩等个人(ren)防护(hu)装备。