污水厂除磷剂加药除磷技术研究与应用

为解决污水处理厂在化学除磷的过程中，传统粗放型运营管理控制体系易造成除磷剂过量投加，导致的资源浪费和产泥量增加等问题，本文以湛江市某污水处理厂为例，对污水处理厂精细化管理进行研究，提出建立精准除磷加药数学模型，科学控制市政污水处理厂除磷剂投加量，提高自动化管理水平的同时，减少污水处理运行成本，为持续推进污水处理提质增效打下坚实基础，以期为同类型工程提供参考。

引言

随着我国城市化的不断发展，环境问题已引起全社会的关注，其中，用水量需求增大导致的污水增加的问题尤为突出。

市政污水中含有大量的含磷有机物，其主要来源于人体排泄、含磷洗涤剂、含磷化肥和农药等。磷作为污水处理的重要指标，也是水体富营养化现象较重要的制约因素。磷的很标排放将引起受纳水体磷含量升高，导致水体富营养化，对水体环境造成破坏。

污水除磷工艺可分为两种形式：生物除磷和化学除磷。生物除磷通过聚磷微生物对磷的过量吸收和储存，并形成污泥排出系统，降低水体中磷含量[1]，其反应过程不需要投入任何化学药剂，但会受限于生物活性和污水成分（碳、氮、磷）。化学除磷的原理是在污水处理过程中加入金属盐等物质，通过磷酸盐和金属离子反应形成磷酸盐化合物，生成沉淀排出系统。

市政污水处理氧化沟工艺对总磷的去除效率在50%～75%。为了确保尾水总磷达标排放，主要控制措施为生物化学除磷，即采用生物处理（氧化沟）+化学处理（投加除磷剂）的组合工艺[2]。但传统粗放型运营管理控制体系，易造成除磷剂投加量不足或过量等问题。过量投加不仅造成资源的巨大浪费，还会导致污泥产量增加，出水色度过高等问题。因此，对污水处理深度除磷精细化管理很有必要。

鉴于上述问题，对市政污水实行精细化管理，研究氧化沟工艺精准除磷加药技术，通过二沉池出水浓度的变化，实现除磷加药系统的联动调整，针对不同的污染物浓度，在保证水质达标排放的前提下，联锁控制除磷剂投加泵运行频率，实现加药量自动调节。

工作原理

本文以广东省湛江市某污水处理厂为载体，设计开发了精准加药除磷技术。该污水厂一期工程现状主体工艺为“A/A/O微曝氧化沟MBBR-深床滤池”，出水水质执行广东省《水污染物排放限值》（DB44/26—2001）中规定的城镇二级污水处理厂第二时段一级排放标准和国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准中的较严者，工艺流程如图1所示。

工艺流程 

该污水厂使用的除磷药剂为聚合硫酸铁（PFS），药剂有效成分含量为11%，平均投加浓度为70 mg/L。目前采用半智能投加方式，即根据进水流量人工调整加药量泵运行频率，但在面临水质变化较大的情况下，对加药量依然难以把控，时有过量投加的风险。

根据PFS和磷酸盐化学反应式，计算PFS投加浓度C;TP二沉池出口与TP总排放口之差为化学除磷量△TP;C和△TP计算所得理论加药浓度C理论，并通过实际加药量浓度C实际进行修正。较终确定TP二沉池出口与精准加药量浓度C精准的计算关系，见式（1）。

式中：C———PFS投加浓度，mg/L;A———投加系数，参考《室外排水设计规范》，取1.5;B———有效含铁量，由式（2）计算所得为0.03;MFe———铁摩尔质量，取56 g/mol；△TP单位———单位总磷去除量，取1 mg/L。

式中：X———PFS有效成分含量，为11%;MFe2(SO4)3———硫酸铁摩尔质量，取400 g/mol。

相关数据如表1和表2所示。

表1 湛江市某城区污水厂TP实测值 

表2 湛江市某城区污水厂PFS理论及实际投加浓度值 

直线回归方程的检验：根据数理统计计算，回归系数见式（3）。

式中：Lxx=∑xi2-(∑x i)2/n,Lxy=∑xiyi-(∑x i)(∑y i)/n,Lyy=∑(yi-y—i)2,yi—=∑yi/n。当γ=0时，x与y无关；当0<γ<1时，说明x与y存在线性关系；γ>0为正相关，γ<0为负相关。

拟合线性回归方程得C精准=0.5929C理论-27.98（γ=0.85），回归曲线如图2所示。经计算γ=0.85，取α=1%，查数理统计表可知γ（12)=0.697。因γ>γ（12)，由此线性回归显著，两者线性相关较好。

图2 PFS精准投加量与PFS理论投加量相关性

拟合线性回归方程得C精准=59.833TP二沉池出口+3.2527（γ=0.83），回归曲线如图3所示。经计算γ=0.83，取α=1%，查数理统计表可知γ（12)=0.697。因γ>γ（12)，由此线性回归显著，两者线性相关较好。

图3 TP二沉池出口与PFS精准投加量相关性

化学除磷过程反应速度快、对浓度敏感，△TP和C精准呈较好化学反应的计量关系，如图4所示。

图4△TP和C精准随时间变化曲线 

结语

精准除磷加药技术在传统市政污水处理现有建设的基础上，通过控制方式的科学优化，相比传统化学除磷系统具有降低药耗、简化操作、降低运行成本等优势。

(1）根据△TP计算理论加药浓度C理论，并通过实际加药量浓度C实际进行修正。以广东省湛江市某城区污水厂的实测资料得到C精准=0.5929C理论-27.98（γ=0.85），并通过检验C理论与C实际两者线性显著相关（P<0.01）。

(2）通过TP二沉池出口推测C精准，其两者线性回归方程为C精准=59.833TP二沉池出口+3.2527（γ=0.83），并通过检验两者线性显著相关（P<0.01）。

(3）较终确定TP二沉池出口和C精准的关系模型，实现TP二沉池出口对除磷剂加药量的联锁控制。

(4）在进水总磷变化大的情况下，加密二沉池出口总磷检测频次，可提高C精准的准确度。

(5）可通过数组（10～20组）稳定运行数据，以TP二沉池出口、TP总排放口、药剂有效成分、理论加药量等参数，拟定数学模型。

(6）可根据每一组TP二沉池出口、C实际实测值丰富数据库，修正模型；使得模型随着时间推移，计算精度更高。

(7）通过将除磷剂加药量与污染物浓度变化实时挂钩，针对不同的污染物浓度，在保证水质达标排放的前提下，联锁控制除磷剂投加泵运行频率，实现加药量自动调节，解决除磷剂投加不足或过量投加的问题，对污水厂除磷剂加药实施精细化控制，并提高自动化管理程度。