水处理中如何投加药剂，才能让脱氮除磷更有效？
除氮除磷是污水处理系统的重要功能，要保证处理达标，保证微生物获得充足的有机物质供应十分重要，马不吃草，跑不了多快。
例如有效的反硝化需要可生物降解的碳源，生物除磷需要短链挥发性脂肪酸，而在一些天然水质较软的地区，需要补充碱度以维持整个曝气池硝化过程所需的pH条件。另外，如果采用化学除磷，无论是作为生物除磷过程的补充，还是作为除磷的主要手段，都需要投加金属盐和聚合物。
本文讨论了各种试剂投加方法的基本原理、剂量计算和操作要求。
01 反硝化碳源添加
1、什么情况下需要加药？
生物脱氮需要两个过程：硝化和反硝化。废水中的氨氮必须首先被硝化或转化为亚硝酸盐和硝酸盐。然后，在反硝化过程中，硝酸盐将被还原为氮气，作为细胞呼吸过程中简单碳化合物氧化的氧供体。
因此，以去除硝酸盐为目的的反硝化过程必须有可生物降解的碳源，其来源包括进水中溶解的BOD、内源性反硝化过程中腐烂的细胞以及各种上清液回流。当进水中溶解有机物不足，而反硝化要求很高时，需要补充化学物质来提供反硝化过程所需的碳源。
2. 碳源有哪些？添加在哪里？
反硝化所采用的人工碳源包括甲醇、乙醇、变性乙醇、乙酸、乙酸钠等纯化学试剂，或工业生产过程中的废糖、糖蜜、废乙酸溶液等，其中甲醇是最常用的，也是被证明最合适的碳源。
对于常规的生物反硝化工艺，应将甲醇直接加入缺氧段，通过缺氧段的搅拌器与来水及混合液充分混合。既要防止水流剧烈湍流使甲醇从液相中蒸发到空气中，又要防止过量氧的存在使部分甲醇被细菌有氧呼吸消耗掉。
若污水处理厂采用四级或五级活性污泥工艺，在随后的缺氧阶段（第二缺氧段）补充碳源，可获得高于内源呼吸的反硝化速率，可以进一步去除硝酸盐；对于三级反硝化系统，如反硝化滤池、反硝化好氧生物滤池等，补充碳源对系统的运行非常重要。
由于反硝化过程位于主曝气过程的下游，进水中溶解性BOD已被全部去除，因此通常在反硝化进水中增加甲醇。
3. 如何计算用量？
甲醇的加入量受硝酸盐（NO3-N）、亚硝酸盐（NO2-N）及溶解氧的影响，所需甲醇的量可采用公式（1）计算。
甲醇需求：
2.47NO3-N+1.53NO2-N+0.87DO（1）
实际运行中，通常每反硝化去除1mg/L硝酸盐投加3mg/L甲醇，再根据污水处理厂实际负荷及运行情况进行调整。正确控制甲醇投加量对于三级反硝化系统的运行至关重要。
投加过多不仅浪费药剂，还会使反硝化系统出水中的BOD浓度升高，这对于对出水BOD浓度要求不高的污水处理厂来说问题不大，但对于BOD限值在5mg/L左右或更低的污水处理厂来说，就是需要考虑的问题了。
4.甲醇加药系统安全措施
甲醇闪点为12℃，属于高度易燃物质。甲醇储罐、管道、附件及电气系统均需采取适当的防爆措施。甲醇加药系统通常应安装在室外，远离其他设备。甲醇储罐应配备浮动顶盖、压力释放阀和灭火器。
02 生物除磷中添加挥发性脂肪酸
1.为什么要添加VFA？
生物除磷的机理是在厌氧区吸收挥发性脂肪酸（VFA）同时释放储存的磷，而聚磷菌则在好氧条件下吸收多余的磷。为保证聚磷菌的繁殖和有效的生物除磷，需要充足的挥发性脂肪酸。
VFA 可能存在于污水处理厂的进水中，包括收集系统、多级提升站中停留时间较长的原水，以及生物脱氮除磷系统厌氧段中复杂有机化合物的分解。如果天然存在的 VFA 含量不足，则需要在厌氧段添加 VFA。
2、常用的VFA有哪些？如何计算用量？
对于生物除磷系统，乙酸和丙酸的混合液是投加VFA的最佳选择，实际应用中最常用的是乙酸溶液。如果需要投加VFA（例如为了提高进水中溶解的BOD，其中一部分在厌氧阶段通过发酵过程转化为可用的VFA），通常每脱除1mg磷需要投加5~10mg的VFA。
通常乙酸以冰醋酸（约100%溶液）和84%、56%溶液形式存在。冰醋酸虽然不像乙醇那样易挥发，但闪点较低（40℃），凝固点为17℃。因此，按规范要求应考虑防止燃烧，必须采取防止凝固的措施。储罐、管道及附件必须全部采用金属材料。
3. 醋酸的安全储存措施
醋酸具有腐蚀性，通常使用 316 不锈钢。如果在温暖气候下使用冰醋酸，由于其闪点相对较低，应考虑使用惰性气体垫或浮顶。在实际应用中，建议在水中使用低浓度的醋酸。
当然，投加VFA并不能完全去除系统出水的TP浓度；如果需要将出水TP降到很低，仍然需要进行化学除磷，通过投加化学药剂，将磷沉淀除去。
03 碱度用量
1、什么情况下需要加碱度？
碱度是衡量污水酸中和能力的指标，碱度与pH值密切相关，对于采用生物脱氮除磷工艺的污水厂来说至关重要。
硝化过程中碱度的消耗，导致废水pH值下降，用铁盐或铝盐进行化学沉淀、除磷，也会导致碱度下降。
pH值降低导致硝化反应速率降低，当pH值为6左右时，硝化作用停止。当pH值低于7时，多糖聚积菌会与多磷酸盐聚积菌发生竞争，影响多磷酸盐聚积菌利用VFA的能力，进而影响生物除磷效果。另外，碱度还体现了污水的缓冲能力，即应对进水水质不同pH值变化的能力。
因此，为了保证硝化反应的进行，有些污水处理厂需要补充碱度。有许多化学品可用于补充碱度。化学品的选择受当地自然条件、当地化学品价格和操作员偏好的影响。
2. 用什么药剂可以补充碱度？如何计算用量？
可用于补充碱度的化学物质包括氢氧化钠（NaOH）、氢氧化钙（熟石灰）[Ca(OH)2]和氧化钙（生石灰）（CaO）。
氢氧化钠价格较贵，但与氢氧化钙相比，使用操作更简便，储存及加药系统年运行费用较低；氢氧化钙通常以固体物质形式出售，使用前必须制成浆液，石灰浆池容易结垢；氧化钙需经过熟化，熟化操作过程工作环境、劳动强度恶劣，需要大量人力维护设备运行。
在设计碱度补充系统时，一般以50-100mg/L（CaCO3）作为出水目标碱度，实际运行过程中需对各厂进行单独评估，确定多大的出水碱度才可以保证出水pH值稳定。
在确定投加量时，需考虑后续工艺对出水pH值、碱度的影响。氯通常可增加酸性，进一步降低出水pH值；次氯酸钠可增加碱度；铁盐或铝盐用于沉淀除磷。当好氧池中过量加入铝盐或铁盐时，会产生氢氧化物沉淀，增加碱度消耗。
一般情况下，铝盐生产1mg氢氧化铝要消耗5.56mg CaCO3，铁盐生产1mg氢氧化铁要消耗2.69mg CaCO3。
3.氢氧化钠的安全储存措施
氢氧化钠是强碱，如果加入过量，pH会明显上升。稀释的氢氧化钠溶液必须在0℃以下冷冻保存。50%氢氧化钠溶液的凝固点约为12.8℃，因此其储罐及管线必须加热保温。一旦液温低于12.8℃，氢氧化钠就会从溶液中结晶析出。结晶的氢氧化钠很难再溶解。氢氧化钠在现场用厂用水或饮用水稀释，在混合点容易发生结垢。
因此稀释系统混合点处的管道接口应设计成易于清洗；氢氧化钠添加点也容易结垢。建议将氢氧化钠添加到回流污泥管中。由于回流污泥管中的流量很大，可以保护管道不结垢。
04 化学除磷药剂投加
1.化学除磷投加地点
化学除磷的基本原理是在污泥沉淀过程中将可溶性磷转化为化学沉淀物去除。废水化学沉淀除磷所用的化学物质有铁盐、铝盐和钙盐等，其中较常用的是铁盐。
化学除磷药剂的投加应结合整个处理系统综合考虑，充分利用生物除磷对磷的吸收，有效利用化学药剂，最大限度减少污泥的产生。
根据出水磷浓度的不同目标，可以在不同的投加点投加化学药剂，如图1所示。若在初沉池进行化学除磷，还需考虑下游微生物对磷的需求，投加药剂若除磷量过大，生物系统将面临营养不足的问题。
可在初沉池前投加亚铁或亚铁化合物，在初沉池中沉淀。铁盐的除磷效果取决于反应时间的长短，完全反应需5~10分钟，因此需有铁盐与污水的混合反应区，形成不溶性沉淀。
若没有条件设置混合反应区，则需要在上游区域投加药剂，以保证足够的停留时间。也可以在二沉池前投加铁盐，铁盐沉淀在沉淀池上游形成，在沉淀池中与体系分离。
亚铁盐投加于曝气池前，因为亚铁离子氧化为三价铁离子需要消耗额外的氧气，投加量过大会提高出水中的离子浓度，因此二沉池不能投加亚铁离子。过量或未反应的亚铁离子一旦被带入消毒系统，就会消耗氯气形成沉淀（提高出水中的总悬浮物TSS浓度）。
此外，若采用紫外线消毒系统，铁元素会干扰紫外线的吸收，并在灯管上形成沉积物，增加灯管清洗频率。建议各污水处理厂进行中试，以确定达到目标出水溶解磷值所需的实际摩尔投加量。
2.化学除磷投加量
通常磷沉淀所需的铁盐摩尔投加量是根据期望出水中溶解磷浓度而不是进水磷浓度来决定的。若初沉池将磷浓度降低到1mg/L，所需的铁盐Fe3+∶P摩尔比按质量比为1.67∶1或3∶1；二级处理系统去除0.5mg/L溶解磷所需的铁盐Fe3+∶P摩尔比按质量比为2.27∶1或4.1∶1。
另外，投加铁离子并不能使出水中可溶性磷浓度降低到0.10mg/L以下，要达到此浓度，投加的铁盐与磷的摩尔比应为12:1。
3.药品储存及操作问题
三价铁或亚铁盐呈酸性，因此需要考虑储存和处理问题。玻璃纤维增强塑料（FRP）或聚乙烯储罐可用于储存三氯化铁、氯化亚铁、硫酸亚铁或硫酸亚铁。计量泵可以是蠕动泵、螺杆泵或隔膜泵。尽可能靠近加药点添加，以减少电镀的影响。泵体必须由聚氯乙烯（PVC）制成。管道、阀门和配件必须由 PVC 或全氯乙烯（CPVC）材料制成。
最后总结三点：
1、投加化学药剂势必增加设施建设成本和日常运行成本，因此应根据排放或利用标准确定是否投加化学药剂；
2、本剂的有效使用依赖于准确的用量和适当的混合措施；
3、最后必须强调的是，必须采取可靠的防护措施，确保操作和维护人员的安全和健康。