城鎮(zhèn)污水處理廠污水排放標(biāo)準(zhǔn)和再生水利用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)污水處理廠出水的氮磷含量有嚴(yán)格要求。但目前，由于地下水滲入或者雨污混接等原因，不少污水廠的進(jìn)水中有機(jī)物濃度偏低，因此可能需要添加化學(xué)物質(zhì)以保證脫氮除磷系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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(fā)性脂肪酸，在一些天然水質(zhì)較軟的地區(qū)，需要補(bǔ)充堿度以維持整個(gè)曝氣池硝化過(guò)程所需的pH條件；另外，如果使用化學(xué)除磷，無(wú)論是作為生物除磷過(guò)程的補(bǔ)充還是作為主要的除磷手段，都需要添加金屬鹽和聚合物。

01反硝化的碳源投加

生物脫氮需要完成硝化和反硝化兩個(gè)過(guò)程。廢水中的氨氮首先必須被硝化或轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽和硝酸鹽，然后在反硝化過(guò)程中，硝酸鹽將被作為細(xì)胞呼吸過(guò)程中氧化簡(jiǎn)單碳化合物的供氧體被還原成氮?dú)狻Ｒ虼耍匀コ跛猁}為目標(biāo)的反硝化過(guò)程必須要有易生物降解的碳源存在。其來(lái)源包括進(jìn)水中溶解性BOD、內(nèi)源反硝化過(guò)程中細(xì)胞的腐爛物和各類上清液回流等。當(dāng)進(jìn)水溶解性有機(jī)物不足而脫氮要求很高時(shí)，則需要通過(guò)補(bǔ)充化學(xué)物質(zhì)以提供反硝化過(guò)程所需要的碳源。

對(duì)于常規(guī)的生物脫氮工藝，碳源應(yīng)直接投加在缺氧段，并通過(guò)缺氧段內(nèi)的攪拌器與進(jìn)水及混合液充分混合，需防止水流劇烈紊流導(dǎo)致碳源從液相中揮發(fā)至空氣，也應(yīng)防止因多余的氧氣存在造成部分碳源被細(xì)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藝，在后續(xù)的缺氧段（第二缺氧段）投加碳源可以獲得比內(nèi)源呼吸更高的反硝化速率，能進(jìn)一步去除硝酸鹽；對(duì)于三級(jí)反硝化系統(tǒng)，如反硝化濾池、反硝化好氧生物濾池等，則補(bǔ)充碳源對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行非常重要。因?yàn)榉聪趸^(guò)程在主體曝氣工藝的下游，進(jìn)水中的所有溶解性BOD都已經(jīng)被去除，所以碳源通常投加于反硝化進(jìn)水中。

02生物除磷中揮發(fā)性脂肪酸的投加

生物除磷的機(jī)理是通過(guò)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(guò)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。若自然產(chǎn)生的VFA含量不足，就需要在厭氧段外加VFA。

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。生產(chǎn)性試驗(yàn)表明，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(guò)厭氧段的發(fā)酵過(guò)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5～10mg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。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(guò)投加化學(xué)藥劑將磷沉淀去除。

03堿度的投加

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(guò)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，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(lái)補(bǔ)充堿度。化學(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。

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(guò)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50～100mg/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(guò)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5.56mg的CaCO3。對(duì)于鐵鹽，產(chǎn)生每毫克氫氧化鐵需要消耗2.69mg的CaCO3。氫氧化鈉屬于強(qiáng)堿，若投加過(guò)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。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。

04化學(xué)除磷中的藥劑投加

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(guò)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1所示。若在初沉池中進(jìn)行化學(xué)除磷，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(guò)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5~10min，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(guò)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(guò)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）。

05化學(xué)藥劑投加控制

為了監(jiān)測(cè)并控制化學(xué)藥劑投加，需測(cè)定污水廠出水中氮磷濃度和相關(guān)堿度的指標(biāo)以及污水廠進(jìn)水、處理工藝相關(guān)階段的濃度。通常可在試驗(yàn)室進(jìn)行分析或使用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。化學(xué)藥劑投加量的控制可采用人工控制、自動(dòng)流量控制、通過(guò)流量及進(jìn)水濃度進(jìn)行的自動(dòng)前饋控制，以及通過(guò)流量、進(jìn)水濃度以及出水濃度進(jìn)行的自動(dòng)前饋、反饋控制。

投加化學(xué)藥劑必然會(huì)增加設(shè)施建設(shè)費(fèi)用和日常運(yùn)行費(fèi)用，應(yīng)根據(jù)排放或利用的標(biāo)準(zhǔn)確定是否需要投加化學(xué)藥劑；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Ｗ詈蟊仨殢?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。