工艺技术探讨：化学除磷控制的一些想法

查看全部 · 发表于 2021-4-16 18:28:03

磷在污水厂中是公认为使用化学法较为容易控制的污染指标之一，一般在各个阶段通过调整化学药剂的投加量，就可以有效的进行控制出水总磷的指标。在实际运行中，化学除磷也是污水处理厂使用的最为普遍的除磷方式，虽然生物除磷更为经济和环境友好，但是污水厂综合考虑生物脱氮和除磷的矛盾，往往更倾向于生物脱氮和化学除磷相结合的方式来进行工艺管理。在确定了化学加药除磷的工艺思路以后，运行成本就成为了管控的目标和重点，而运行成本的管控和化学除磷的精准控制有直接的关系，这一期公众号和大家探讨一下化学除磷的控制思路。

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已经对化学除磷的加药方式，加药点都进行了讨论，化学加药可以分为三种加药方式，预加药-在预处理的初沉池投加，同步加药-在生物处理段的曝气池末端投加，后加药-在深度处理单元投加。这几种方式各有利弊，下面的列表可以简单的对这几种加药方式有一些了解：

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无论哪一种加药的方式，都有很大的改进和控制的空间，所有的运行管理人员都希望得到更经济的运行加药模式，因此在运行过程中采取更为有效的加药控制是降低成本的关键。现阶段较多的污水厂采用的是结果控制的模式，通过出水水质的TP的变化，通常是出水在线的TP监测仪的数据来进行加药量的控制。这种反馈控制方式由于加药点和出水监测点还有一段工艺，一般是深度处理段或者消毒池段，因此加药反应会存在一定的滞后性，为了避免因为滞后加药导致这一段时间的出水超标，运营管理人员的调控措施都是保留一个缓冲值，比如标准是0.5mg/L，但是控制在0.3mg/L，中间预留0.2mg/L的空间，在数值达到0.3mg/L的时候，就开始进行药量的调控，这样可以预先控制，消除工艺段带来的滞后性的反馈控制。但是这样也存在一个很重要的问题，那就是这样的控制方式就是过量加药，从工艺保障上来说，这是很稳妥的做法，但是从成本管控上，这样的控制不是很好的节省药剂成本的做法。

如何进行更精准，更节省药剂成本的控制方式来进行加药管理呢？对于一项目的性很强的管理工作，我们要进行很多细节方面的研究，以便取得更有效地管控措施，下面来逐一进行探讨。

1、全流程的磷的检测。

在前面的公众号文章中，介绍了除磷药剂主要是与磷酸根进行反应，生成磷酸盐沉淀，因此判断在整个污水厂各个流程阶段的总磷中的磷酸盐含量的多少，是判断加药效果的重要依据。除磷的金属盐类药剂一般以正磷酸根为主要的反应去除对象，而化验室监测正磷酸盐的方法省去了消解过程，可以快速测定，因此在实际控制中可以考虑使用正磷酸根作为日常快速判定加药的依据。特别是现阶段已经具有在线的磷酸根测量仪表，最短可在5分钟内对水中的正磷酸根进行检测。这样我们就能够使用在线的仪表进行除磷效果的快速测定，从而判断加药量是否足够。

一般的生活污水在经过生化段的生物反应以后，进水中的总磷的各种组分绝大部分都水解转化成正磷酸盐，因此在经过生物段以后进行正磷酸盐的检测会比较接近水中总磷的含量，也就是说在生物池的出口，或者二沉池进行正磷酸盐的检测，往往能取代总磷的检测，加快对水质的检测反应速度，从而更精准的控制加药比例。但是进水总磷的组分复杂，单纯检测正磷酸盐，往往会遗漏掉其他磷组分，因此进水不能以正磷酸盐来替代总磷进行检测，其余的还有污泥中的磷含量，污泥中磷组分相对复杂，必须使用总磷方式进行检测。这样可以对污水处理的全流程进行简化的总磷检测如下表：

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通过全面的磷的检测，以及引入在线的正磷酸盐及总磷的检测设备，可以将控制采纳的更为精细化，也更能精准的把控系统内磷的变化情况，从而采取更有效的措施进行加药的控制。

2、多元控制因子的引入。

实现除磷药剂成本的控制，需要的不仅仅是出水总磷的在线数据，而是更多的参数参与控制，在实际运行中越多的控制参数，会使加药量更加的精准，从而保证了出水水质的稳定，也能够把控制范围缩小到最小，从而节省更多的药剂成本。下面罗列几项参与除磷控制的因子。

A、水量。除磷药剂的投加量是和水中磷的总量相互对应的，污水厂磷的负荷总量是磷浓度和水量乘积，因此水量的变化，对加药量的影响是非常直接的，而城市污水厂的水量受到城镇居民生活习惯的影响，是在不断地变化的。为了匹配加药量，除磷药剂的加药泵的控制系统需要能够调控流量，比如选用变频调速的加药泵，在加药泵的控制上增加PLC控制系统，与系统的水量进行关联，设置变化参数，根据水量来调整加药量。特别是日夜水量变化大的污水厂，四季水量变化大的污水厂，引入水量因子来进行合理调控，可以减少除磷药剂的过度消耗，从而降低药剂成本。

B、生物除磷效果。生物除磷一直是各个污水厂较为头疼的控制因素，生物除磷的影响因素较多，聚磷菌对生存环境的溶解氧，进水中的易降解的有机物VFA，回流污泥中的聚磷菌的数量，厌氧区的化合态的氧气，污泥龄SRT等等都有很复杂的控制要求，这也是多数污水厂无法精准控制生物除磷的主要原因，更多的污水厂愿意使用化学除磷来对出水总磷进行更可靠的保障。但是在实际运行中对生物除磷的效果的判定还是要进行的，运行管理人员在厌氧段引入正磷酸盐的化验，和进水的正磷酸盐进行对比，可以检测生物释放磷的效果。由于化学除磷是生成稳定的化合物，不再释放，因此厌氧区磷的升高是收到聚磷菌的磷释放造成的，因此在日常管理中，我们对生物除磷的效果，可以通过检测厌氧区的磷升高的幅度来判断生物除磷的效果，根据磷释放的情况，进行剩余污泥排放的调控。

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C、过程中磷的检测数值。通过正磷酸盐的检测，我们可以快速的测定磷，甚至可以通过在线的设备来实时监测磷的变化，这样可以根据各个阶段不同的磷含量来进行加药量的反馈控制，过程控制相对最终出水的总磷控制要更快更有效，也更及时的对总磷的变化进行药量的调整。在实际运行中，根据厂内实际的投加点位的选择不同磷的测试点，根据测试点的磷的测定数据实时的控制除磷药剂的投加。在不同的投药点要确定不同的控制指标，在全流程越靠后的位置，指标控制的会越低，这样可以保证出水磷的稳定达标，如果出水指标以一级A 的0.5mg/L控制，在生化段之前投加，初沉池出水控制P指标在3mg/L，在生化段中投加，二沉池出水控制指标要在0.5mg/L，在深度处理段投加，出水指标控制在0.2~0.3mg/L。分阶段分指标的控制，可以兼顾各个阶段不同的功能，同时也有效的降低了药剂的消耗量，生物除磷的效果也能得到发挥。

D、药剂的确定。污水厂对除磷药剂的选择决定了药剂投加后效果的好坏，在确定药剂的时候，在污水处理厂的全流程进行取样，在各个投机点进行取样，然后在实验室进行投加量的小试检测除磷效果，确定出最佳的投药比例。药剂的不同在不同的使用地点也会产生不同的使用效果，生化段使用铁盐对微生物的副作用较小，但是铝盐的长期积累会对微生物造成一定的影响，而深度处理段铁盐的投加会产生多余的铁盐造成的铁离子的污染，比如对水体的染色，对流经的渠道产生铁离子的沉积染色，对MBR膜产生铁离子的污染等等，深度处理使用铝盐更适合。在实验室确定投药量以后，也要结合药品投加后产生的实际影响进行综合考虑，确定最佳的投药方式和投药品种。

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更多的控制因子，各个污水厂可以根据自己的实际运行情况进行选择添加，作为一个化学药剂去除的总磷的方式，可以精准的使用计算公式来进行去除的，引入计算机控制是实现精准控制，降低成本的最佳方法。现阶段的污水厂的自控体系大部分都是以监视和上位机控制起停的方式为主，应该还不能算是真正实现自动控制，这与微生物处理本身的复杂性有很大的关系。污水厂中的化学除磷的各个因子可监视和可控的的条件更为成熟，在一些自控设计体系中，有条件的污水厂可以进行除磷加药的自控设计。

在控制系统里，可以结合进水的流量和出水的正磷酸盐的含量来进行计算控制，一种较为简单的控制的计算思路为：

其中：q为需要调整的加药量l/s，注意这里有正负之分，如果测定值大于设定值，就是正值，也就意味着需要增加加药量；反之为负的时候，说明加药量过大，需要减少加药量。

Q为进水流量，可以从进水流量计进行监测进水的流量，并可以通过数据记录，对长期进水水量的变化进行预测和判断。注意这里的单位都统一成为l/s

P测定为在线监测的正磷酸盐的含量P-PO4

P设定为设定的正磷酸盐的含量P-PO4，可根据加药点的设置的不同采取不同的控制量，避免药量的过度投加。

31是磷的原子量，在计算中要换算成化学摩尔数，利用化学反应式来确定加药量的多少。

β 是反应比例系数，一般为1.5

M 是投加化学药剂主要金属元素的原子量，除磷的化学反应中PO4-和金属盐类都是1：1的摩尔比，因此这里就是金属盐类的分子量。

η% 是除磷剂的药品浓度百分比

P% 是除磷剂配置的溶液浓度的百分比

这个控制公式结合了进水流量和投加段出水的总磷来共同进行控制，控制有前置变化和后置结果共同参与控制，对除磷药剂的精准投加起到了良好的控制作用，使加药量随着水质水量的变化而进行变化，避免了除磷剂的药量浪费，实现成本的有效控制。

除磷是当前污水厂的主要成本支出方向，作为今后污水厂精细化运行，精准管控成本上，在除磷药剂的投加上，我们还要进行更深入的探索和研究，不断的开发自控系统在污水厂的实际应用，也更好的把污水厂的管理精细化，真正实现精准管控，将污水厂的管理提升一个新的层次。