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在废水处理的这个阶段，化学过程用于废水处理。为此，使用化合物来达到法定的水标准值。污水处理厂的化学处理包括中和、消毒、磷酸盐沉淀、除氮、除冰和除锰。中和用于产生规定的 pH 值，这是通过添加酸（例如 HCL）或碱（例如石灰乳）来实现的。
在消毒过程中，通过添加氯或二氧化氯杀死病原体。用紫外线照射废水是添加化学品的一个很好的替代方法，但使用频率较低。去除磷酸盐：我们的废水经常被来自洗涤剂、肥料、食品添加剂和粪便的磷酸盐污染。如果它们留在废水中，它们会导致水体过度施肥和营养丰富，从而导致无用的植物生长（富营养化），对生态系统有害。
通过化学沉淀或絮凝过程去除磷酸盐。磷酸盐沉淀部分是由在集砂器或二级废水处理池中添加铝盐或铁盐引发的。然后将在二次澄清过程中形成的金属磷酸盐团块与活性污泥一起从废水中取出。根据操作模式，磷酸盐也可以在废水中的微生物的帮助下“捕捞”。在这种情况下，我们说的是生物除磷，然而，它仍然很少使用。
化学水净化还包括除氮：它用于从废水中去除对水有害的氮化合物，例如氨和铵。氮化合物会从水中去除重要的氧气，甚至在排放到水体时会导致鱼类死亡。通过硝化和反硝化消除氮：在硝化过程中，铵在厌氧细菌和氧气的加入下转化为亚硝酸盐，然后在第二阶段转化为硝酸盐。随后的反硝化作用也由厌氧微生物的添加引发。它们通过酶活性将硝酸盐分解为氮气，然后将其返回大气。
去铁：为了将废水中的铁含量降低到规定值，铁（II）阳离子通过添加氧气被氧化。为了触发氧化过程，还必须将苛性钠添加到废水中。
锰去除：锰通常以碳酸氢锰的形式存在于废水中。添加氧气会形成难溶的四价锰化合物，可以很容易地从水中去除。
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