污水廠化學(xué)除磷的控制思路(下)

  磷在污水廠中是公認(rèn)為使用化學(xué)法較為容易控制的污染指標(biāo)之一，一般在各個(gè)階段通過調(diào)整化學(xué)藥劑的投加量，就可以有效的進(jìn)行控制出水總磷的指標(biāo)。在實(shí)際運(yùn)行中，化學(xué)除磷也是污水廠使用的最為普遍的除磷方式，雖然生物除磷更為經(jīng)濟(jì)和環(huán)境友好，但是污水廠綜合考慮生物脫氮和除磷的矛盾，往往更傾向于生物脫氮和化學(xué)除磷相結(jié)合的方式來進(jìn)行工藝管理。在確定了化學(xué)加藥除磷的工藝思路以后，運(yùn)行成本就成為了管控的目標(biāo)和重點(diǎn)，而運(yùn)行成本的管控和化學(xué)除磷的精準(zhǔn)控制有直接的關(guān)系，這一期公眾號(hào)和大家探討一下化學(xué)除磷的控制思路。

  在之前的公眾號(hào)的文章里，已經(jīng)對化學(xué)除磷的加藥方式，加藥點(diǎn)都進(jìn)行了討論，化學(xué)加藥可以分為三種加藥方式，預(yù)加藥-在預(yù)處理的初沉池投加，同步加藥-在生物處理段的曝氣池末端投加，后加藥-在深度處理單元投加。這幾種方式各有利弊，下面的列表可以簡單的對這幾種加藥方式有一些了解：

   無論哪一種加藥的方式，都有很大的改進(jìn)和控制的空間，所有的運(yùn)行管理人員都希望得到更經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行加藥模式，因此在運(yùn)行過程中采取更為有效的加藥控制是降低成本的關(guān)鍵。現(xiàn)階段較多的污水廠采用的是結(jié)果控制的模式，通過出水水質(zhì)的TP的變化，通常是出水在線的TP監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)來進(jìn)行加藥量的控制。這種反饋控制方式由于加藥點(diǎn)和出水監(jiān)測點(diǎn)還有一段工藝，一般是深度處理段或者消毒池段，因此加藥反應(yīng)會(huì)存在一定的滯后性，為了避免因?yàn)闇蠹铀帉?dǎo)致這一段時(shí)間的出水超標(biāo)，運(yùn)營管理人員的調(diào)控措施都是保留一個(gè)緩沖值，就是標(biāo)準(zhǔn)是0.5mg/L，但是控制在0.3mg/L，中間預(yù)留0.2mg/L的空間，在數(shù)值達(dá)到0.3mg/L的時(shí)候，就開始進(jìn)行藥量的調(diào)控，這樣可以預(yù)先控制，消除工藝段帶來的滯后性的反饋控制。但是這樣也存在一個(gè)很重要的問題，那就是這樣的控制方式就是過量加藥，從工藝保障上來說，這是很穩(wěn)妥的做法，但是從成本管控上，這樣的控制不是很好的節(jié)省藥劑成本的做法。

   如何進(jìn)行更精準(zhǔn)，更節(jié)省藥劑成本的控制方式來進(jìn)行加藥管理呢？對于一項(xiàng)目的性很強(qiáng)的管理工作，我們要進(jìn)行很多細(xì)節(jié)方面的研究，以便取得更有效地管控措施，下面來逐一進(jìn)行探討。

   1、全流程的磷的檢測。

   在前面的公眾號(hào)文章中，介紹了除磷藥劑主要是與磷酸根進(jìn)行反應(yīng)，生成磷酸鹽沉淀，因此判斷在整個(gè)污水廠各個(gè)流程階段的總磷中的磷酸鹽含量的多少，是判斷加藥效果的重要依據(jù)。除磷的金屬鹽類藥劑一般以正磷酸根為主要的反應(yīng)去除對象，而化驗(yàn)室監(jiān)測正磷酸鹽的方法省去了消解過程，可以快速測定，因此在實(shí)際控制中可以考慮使用正磷酸根作為日?？焖倥卸铀幍囊罁?jù)。特別是現(xiàn)階段已經(jīng)具有在線的磷酸根測量儀表，最短可在5分鐘內(nèi)對水中的正磷酸根進(jìn)行檢測。這樣我們就能夠使用在線的儀表進(jìn)行除磷效果的快速測定，從而判斷加藥量是否足夠。

一般的生活污水在經(jīng)過生化段的生物反應(yīng)以后，進(jìn)水中的總磷的各種組分絕大部分都水解轉(zhuǎn)化成正磷酸鹽，因此在經(jīng)過生物段以后進(jìn)行正磷酸鹽的檢測會(huì)比較接近水中總磷的含量，也就是說在生物池的出口，或者二沉池進(jìn)行正磷酸鹽的檢測，往往能取代總磷的檢測，加快對水質(zhì)的檢測反應(yīng)速度，從而更精準(zhǔn)的控制加藥比例。但是進(jìn)水總磷的組分復(fù)雜，單純檢測正磷酸鹽，往往會(huì)遺漏掉其他磷組分，因此進(jìn)水不能以正磷酸鹽來替代總磷進(jìn)行檢測，其余的還有污泥中的磷含量，污泥中磷組分相對復(fù)雜，必須使用總磷方式進(jìn)行檢測。這樣可以對污水處理的全流程進(jìn)行簡化的總磷檢測如下表：

   通過全面的磷的檢測，以及引入在線的正磷酸鹽及總磷的檢測設(shè)備，可以將控制采納的更為精細(xì)化，也更能精準(zhǔn)的把控系統(tǒng)內(nèi)磷的變化情況，從而采取更有效的措施進(jìn)行加藥的控制。

   2、多元控制因子的引入。

   實(shí)現(xiàn)除磷藥劑成本的控制，需要的不僅僅是出水總磷的在線數(shù)據(jù)，而是更多的參數(shù)參與控制，在實(shí)際運(yùn)行中越多的控制參數(shù)，會(huì)使加藥量更加的精準(zhǔn)，從而保證了出水水質(zhì)的穩(wěn)定，也能夠把控制范圍縮小到最小，從而節(jié)省更多的藥劑成本。下面羅列幾項(xiàng)參與除磷控制的因子。

   A、水量。除磷藥劑的投加量是和水中磷的總量相互對應(yīng)的，污水廠磷的負(fù)荷總量是磷濃度和水量乘積，因此水量的變化，對加藥量的影響是非常直接的，而城市污水廠的水量受到城鎮(zhèn)居民生活習(xí)慣的影響，是在不斷地變化的。為了匹配加藥量，除磷藥劑的加藥泵的控制系統(tǒng)需要能夠調(diào)控流量，比如選用變頻調(diào)速的加藥泵，在加藥泵的控制上增加PLC控制系統(tǒng)，與系統(tǒng)的水量進(jìn)行關(guān)聯(lián)，設(shè)置變化參數(shù)，根據(jù)水量來調(diào)整加藥量。特別是日夜水量變化大的污水廠，四季水量變化大的污水廠，引入水量因子來進(jìn)行合理調(diào)控，可以減少除磷藥劑的過度消耗，從而降低藥劑成本。

   B、生物除磷效果。生物除磷一直是各個(gè)污水廠較為頭疼的控制因素，生物除磷的影響因素較多，聚磷菌對生存環(huán)境的溶解氧，進(jìn)水中的易降解的有機(jī)物VFA，回流污泥中的聚磷菌的數(shù)量，厭氧區(qū)的化合態(tài)的氧氣，污泥齡SRT等等都有很復(fù)雜的控制要求，這也是多數(shù)污水廠無法精準(zhǔn)控制生物除磷的主要原因，更多的污水廠愿意使用化學(xué)除磷來對出水總磷進(jìn)行更可靠的保障。但是在實(shí)際運(yùn)行中對生物除磷的效果的判定還是要進(jìn)行的，運(yùn)行管理人員在厭氧段引入正磷酸鹽的化驗(yàn)，和進(jìn)水的正磷酸鹽進(jìn)行對比，可以檢測生物釋放磷的效果。由于化學(xué)除磷是生成穩(wěn)定的化合物，不再釋放，因此厭氧區(qū)磷的升高是收到聚磷菌的磷釋放造成的，因此在日常管理中，我們對生物除磷的效果，可以通過檢測厭氧區(qū)的磷升高的幅度來判斷生物除磷的效果，根據(jù)磷釋放的情況，進(jìn)行剩余污泥排放的調(diào)控。

   C、過程中磷的檢測數(shù)值。通過正磷酸鹽的檢測，我們可以快速的測定磷，甚至可以通過在線的設(shè)備來實(shí)時(shí)監(jiān)測磷的變化，這樣可以根據(jù)各個(gè)階段不同的磷含量來進(jìn)行加藥量的反饋控制，過程控制相對最終出水的總磷控制要更快更有效，也更及時(shí)的對總磷的變化進(jìn)行藥量的調(diào)整。在實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)廠內(nèi)實(shí)際的投加點(diǎn)位的選擇不同磷的測試點(diǎn)，根據(jù)測試點(diǎn)的磷的測定數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的控制除磷藥劑的投加。在不同的投藥點(diǎn)要確定不同的控制指標(biāo)，在全流程越靠后的位置，指標(biāo)控制的會(huì)越低，這樣可以保證出水磷的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，如果出水指標(biāo)以一級(jí)A 的0.5mg/L控制，在生化段之前投加，初沉池出水控制P指標(biāo)在3mg/L，在生化段中投加，二沉池出水控制指標(biāo)要在0.5mg/L，在深度處理段投加，出水指標(biāo)控制在0.2~0.3mg/L。分階段分指標(biāo)的控制，可以兼顧各個(gè)階段不同的功能，同時(shí)也有效的降低了藥劑的消耗量，生物除磷的效果也能得到發(fā)揮。

   D、藥劑的確定。污水廠對除磷藥劑的選擇決定了藥劑投加后效果的好壞，在確定藥劑的時(shí)候，在污水處理廠的全流程進(jìn)行取樣，在各個(gè)投機(jī)點(diǎn)進(jìn)行取樣，然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行投加量的小試檢測除磷效果，確定出最佳的投藥比例。藥劑的不同在不同的使用地點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生不同的使用效果，生化段使用鐵鹽對微生物的副作用較小，但是鋁鹽的長期積累會(huì)對微生物造成一定的影響，而深度處理段鐵鹽的投加會(huì)產(chǎn)生多余的鐵鹽造成的鐵離子的污染，比如對水體的染色，對流經(jīng)的渠道產(chǎn)生鐵離子的沉積染色，對MBR膜產(chǎn)生鐵離子的污染等等，深度處理使用鋁鹽更適合。在實(shí)驗(yàn)室確定投藥量以后，也要結(jié)合藥品投加后產(chǎn)生的實(shí)際影響進(jìn)行綜合考慮，確定最佳的投藥方式和投藥品種。

   更多的控制因子，各個(gè)污水廠可以根據(jù)自己的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行選擇添加，作為一個(gè)化學(xué)藥劑去除的總磷的方式，可以精準(zhǔn)的使用計(jì)算公式來進(jìn)行去除的，引入計(jì)算機(jī)控制是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，降低成本的最佳方法。現(xiàn)階段的污水廠的自控體系大部分都是以監(jiān)視和上位機(jī)控制起停的方式為主，應(yīng)該還不能算是真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，這與微生物處理本身的復(fù)雜性有很大的關(guān)系。污水廠中的化學(xué)除磷的各個(gè)因子可監(jiān)視和可控的的條件更為成熟，在一些自控設(shè)計(jì)體系中，有條件的污水廠可以進(jìn)行除磷加藥的自控設(shè)計(jì)。

   在控制系統(tǒng)里，可以結(jié)合進(jìn)水的流量和出水的正磷酸鹽的含量來進(jìn)行計(jì)算控制，一種較為簡單的控制的計(jì)算思路為：

   其中：q為需要調(diào)整的加藥量l/s，注意這里有正負(fù)之分，如果測定值大于設(shè)定值，就是正值，也就意味著需要增加加藥量；反之為負(fù)的時(shí)候，說明加藥量過大，需要減少加藥量。

   Q為進(jìn)水流量，可以從進(jìn)水流量計(jì)進(jìn)行監(jiān)測進(jìn)水的流量，并可以通過數(shù)據(jù)記錄，對長期進(jìn)水水量的變化進(jìn)行預(yù)測和判斷。注意這里的單位都統(tǒng)一成為l/s

   P測定為在線監(jiān)測的正磷酸鹽的含量P-PO4

   P設(shè)定為設(shè)定的正磷酸鹽的含量P-PO4，可根據(jù)加藥點(diǎn)的設(shè)置的不同采取不同的控制量，避免藥量的過度投加。

   31是磷的原子量，在計(jì)算中要換算成化學(xué)摩爾數(shù)，利用化學(xué)反應(yīng)式來確定加藥量的多少。

   β 是反應(yīng)比例系數(shù)，一般為1.5

   M 是投加化學(xué)藥劑主要金屬元素的原子量，除磷的化學(xué)反應(yīng)中PO4-和金屬鹽類都是1：1的摩爾比，因此這里就是金屬鹽類的分子量。

   η% 是除磷劑的藥品濃度百分比

   P% 是除磷劑配置的溶液濃度的百分比

   這個(gè)控制公式結(jié)合了進(jìn)水流量和投加段出水的總磷來共同進(jìn)行控制，控制有前置變化和后置結(jié)果共同參與控制，對除磷藥劑的精準(zhǔn)投加起到了良好的控制作用，使加藥量隨著水質(zhì)水量的變化而進(jìn)行變化，避免了除磷劑的藥量浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)成本的有效控制。

除磷是當(dāng)前污水廠的主要成本支出方向，作為今后污水廠精細(xì)化運(yùn)行，精準(zhǔn)管控成本上，在除磷藥劑的投加上，我們還要進(jìn)行更深入的探索和研究，不斷的開發(fā)自控系統(tǒng)在污水廠的實(shí)際應(yīng)用，也更好的把污水廠的管理精細(xì)化，真正實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管控，將污水廠的管理提升一個(gè)新的層次。