污水處理中的化學世界

化學與日常生活息息相關，當中涉及不少化學品應用。污水處理過程中運用了多種化學品，以去除污水中的污染物、抑制氣味及消毒。在此向大家介紹一些污水處理常用的化學品。

硝酸鈣(Calcium nitrate, Ca(NO₃)₂)的有效成分是硝酸根離子(NO₃^-)，鈣離子(Ca²⁺)則是配角，前者亦可配搭其他金屬離子(如鈉離子(Na⁺)、鉀離子(K⁺))，但硝酸鉀及硝酸鈉均是強力助燃劑，用於製造黑色火藥，是受管制的危險品，因此硝酸鈣是較安全的選擇。硝酸鈣透過提高氧化還原電位，從而抑制微生物將硫酸根離子(SO₄^2-) 轉化成硫化物(S^2-)的生物反應，以防硫化物及氣味產生。硝酸鈣在上游污水收集系統投放，防止硫化氫產生，其劑量取決於污水的停留時間。

氣味控制

污水氣味的主要成分是硫化氫(H₂S)。在缺氧環境下，微生物會將污水的硫酸根離子(SO₄^2-)^註轉化成硫化物(S^2-)。在較低酸鹼值情況下，污水或污泥中的硫化物多以硫化氫形態存在，並在空氣中釋放。（註: 香港通常使用含高濃度天然硫酸鹽的海水沖廁，所以污水中帶有很多硫酸根離子。）

每種化學品作用不一，因此其投入點亦有所不同，如硝酸鈣用於預防硫化物產生，因此投放在上游污水收集系統；而三氯化鐵則用於抑制消化缸內的游離硫化物，因此主要投放在進入消化缸前的污泥中。

三氯化鐵(Ferric chloride, FeCl₃)可說是污水處理廠中的多功能法寶，用於化學輔助一級處理(Chemically Enhanced Primary Treatment, CEPT)、除味，以及協助污泥脫水。三氯化鐵帶很強的正電荷，能中和污水膠體顆粒及微細懸浮物表面的電荷，從而產生凝結作用(Coagulation)，減少或消除它們之間相互的排斥力，令其易於聚集一起；配合仿如大漁網的聚合物(Polymer)進行絮凝作用(Flocculation)，擴大污水中已聚集的小懸浮物成更大顆粒，使其更易沉澱。這種利用化學品輔助污染物沉澱的過程稱為「化學輔助一級處理」。昂船洲污水處理廠及小蠔灣污水處理廠均利用三氯化鐵作「化學輔助一級處理」，以消除污水中約80%懸浮物(TSS)和70％生化需氧量(BOD)。此法較傳統只能消除污水中約50%懸浮物和30％生化需氧量的一級處理方法更為有效。三氯化鐵的凝結作用更能令污泥中的懸浮物水分子在後續的脫水過程中更易排走。此外，含海水的污水中有硫酸根離子，若不加處理，污泥厭氧消化過程會產生不少硫化物(S^2-)。三氯化鐵中的三價鐵離子(Fe³⁺)可氧化硫化物，並以硫化亞鐵(FeS)形式將之沉澱，以抑制消化缸的游離硫化物，減少污泥氣味。

次氯酸鈉(Sodium hypochlorite, NaOCI) 此化學名稱一般人可能感覺比較陌生，但其俗名「漂白水」，相信很多人都聽過。次氯酸鈉在污水處理廠內最主要用於殺菌消毒，目前全港污水處理量最大的昂船洲污水處理廠便以此溶液作大腸桿菌消毒，消除放流水中至少99%細菌。次氯酸鈉溶液中的次氯酸根離子(OCI^-)是強氧化劑，會先與水中具還原性的物質進行反應，再與易被氧化的有機化合物作反應，並與氨(NH₃)結合成部分的「總餘氯」作消毒。一般而言，次氯酸鈉的消毒效能視乎水中的「總餘氯」量，以及其與污水的接觸時間。要確保徹底消毒，工作人員須憑經驗，小心調節及優化化學品劑量。次氯酸鈉另用於化學洗滌器，利用次氯酸根離子把硫化物氧化消除，以達致除味效果。

最後提提大家，大部分化學品都是刺激性物質，部分甚至屬腐蝕性或有毒。大家應認識相關安全標籤，在使用化學品時佩戴合適的個人防護設備，更重要是千萬不要胡亂混合化學品。

污水處理部1
化驗師
陳嘉慧