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污水廠除磷劑加藥除磷技術(shù)研究與應(yīng)用

    發(fā)布時(shí)間:2022年5月6日     點(diǎn)擊數(shù):4947   【

為解決污水處理廠在化學(xué)除磷的過程中,傳統(tǒng)粗放型運(yùn)營(yíng)管理控制體系易造成除磷劑過量投加,導(dǎo)致的資源浪費(fèi)和產(chǎn)泥量增加等問題,本文以湛江市某污水處理廠為例,對(duì)污水處理廠精細(xì)化管理進(jìn)行研究,提出建立精準(zhǔn)除磷加藥數(shù)學(xué)模型,科學(xué)控制市政污水處理廠除磷劑投加量,提高自動(dòng)化管理水平的同時(shí),減少污水處理運(yùn)行成本,為持續(xù)推進(jìn)污水處理提質(zhì)增效打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),以期為同類型工程提供參考。

引言

隨著我國(guó)城市化的不斷發(fā)展,環(huán)境問題已引起全社會(huì)的關(guān)注,其中,用水量需求增大導(dǎo)致的污水增加的問題尤為突出。

市政污水中含有大量的含磷有機(jī)物,其主要來源于人體排泄、含磷洗滌劑、含磷化肥和農(nóng)藥等。磷作為污水處理的重要指標(biāo),也是水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象較重要的制約因素。磷的很標(biāo)排放將引起受納水體磷含量升高,導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化,對(duì)水體環(huán)境造成破壞。

污水除磷工藝可分為兩種形式:生物除磷和化學(xué)除磷。生物除磷通過聚磷微生物對(duì)磷的過量吸收和儲(chǔ)存,并形成污泥排出系統(tǒng),降低水體中磷含量[1],其反應(yīng)過程不需要投入任何化學(xué)藥劑,但會(huì)受限于生物活性和污水成分(碳、氮、磷)?;瘜W(xué)除磷的原理是在污水處理過程中加入金屬鹽等物質(zhì),通過磷酸鹽和金屬離子反應(yīng)形成磷酸鹽化合物,生成沉淀排出系統(tǒng)。

市政污水處理氧化溝工藝對(duì)總磷的去除效率在50%~75%。為了確保尾水總磷達(dá)標(biāo)排放,主要控制措施為生物化學(xué)除磷,即采用生物處理(氧化溝)+化學(xué)處理(投加除磷劑)的組合工藝[2]。但傳統(tǒng)粗放型運(yùn)營(yíng)管理控制體系,易造成除磷劑投加量不足或過量等問題。過量投加不僅造成資源的巨大浪費(fèi),還會(huì)導(dǎo)致污泥產(chǎn)量增加,出水色度過高等問題。因此,對(duì)污水處理深度除磷精細(xì)化管理很有必要。

鑒于上述問題,對(duì)市政污水實(shí)行精細(xì)化管理,研究氧化溝工藝精準(zhǔn)除磷加藥技術(shù),通過二沉池出水濃度的變化,實(shí)現(xiàn)除磷加藥系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)調(diào)整,針對(duì)不同的污染物濃度,在保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放的前提下,聯(lián)鎖控制除磷劑投加泵運(yùn)行頻率,實(shí)現(xiàn)加藥量自動(dòng)調(diào)節(jié)。

工作原理

本文以廣東省湛江市某污水處理廠為載體,設(shè)計(jì)開發(fā)了精準(zhǔn)加藥除磷技術(shù)。該污水廠一期工程現(xiàn)狀主體工藝為“A/A/O微曝氧化溝MBBR-深床濾池”,出水水質(zhì)執(zhí)行廣東省《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)中規(guī)定的城鎮(zhèn)二級(jí)污水處理廠第二時(shí)段一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)中的較嚴(yán)者,工藝流程如圖1所示。

工藝流程 

該污水廠使用的除磷藥劑為聚合硫酸鐵(PFS),藥劑有效成分含量為11%,平均投加濃度為70 mg/L。目前采用半智能投加方式,即根據(jù)進(jìn)水流量人工調(diào)整加藥量泵運(yùn)行頻率,但在面臨水質(zhì)變化較大的情況下,對(duì)加藥量依然難以把控,時(shí)有過量投加的風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)PFS和磷酸鹽化學(xué)反應(yīng)式,計(jì)算PFS投加濃度C;TP二沉池出口與TP總排放口之差為化學(xué)除磷量△TP;C和△TP計(jì)算所得理論加藥濃度C理論,并通過實(shí)際加藥量濃度C實(shí)際進(jìn)行修正。較終確定TP二沉池出口與精準(zhǔn)加藥量濃度C精準(zhǔn)的計(jì)算關(guān)系,見式(1)。

式中:C———PFS投加濃度,mg/L;A———投加系數(shù),參考《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》,取1.5;B———有效含鐵量,由式(2)計(jì)算所得為0.03;MFe———鐵摩爾質(zhì)量,取56 g/mol;△TP單位———單位總磷去除量,取1 mg/L。

式中:X———PFS有效成分含量,為11%;MFe2(SO4)3———硫酸鐵摩爾質(zhì)量,取400 g/mol。

相關(guān)數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

表1 湛江市某城區(qū)污水廠TP實(shí)測(cè)值 

表2 湛江市某城區(qū)污水廠PFS理論及實(shí)際投加濃度值 

直線回歸方程的檢驗(yàn):根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)計(jì)算,回歸系數(shù)見式(3)。

式中:Lxx=∑xi2-(∑x i)2/n,Lxy=∑xiyi-(∑x i)(∑y i)/n,Lyy=∑(yi-y—i)2,yi—=∑yi/n。當(dāng)γ=0時(shí),x與y無關(guān);當(dāng)0<γ<1時(shí),說明x與y存在線性關(guān)系;γ>0為正相關(guān),γ<0為負(fù)相關(guān)。

擬合線性回歸方程得C精準(zhǔn)=0.5929C理論-27.98(γ=0.85),回歸曲線如圖2所示。經(jīng)計(jì)算γ=0.85,取α=1%,查數(shù)理統(tǒng)計(jì)表可知γ(12)=0.697。因γ>γ(12),由此線性回歸顯著,兩者線性相關(guān)較好。

圖2 PFS精準(zhǔn)投加量與PFS理論投加量相關(guān)性

擬合線性回歸方程得C精準(zhǔn)=59.833TP二沉池出口+3.2527(γ=0.83),回歸曲線如圖3所示。經(jīng)計(jì)算γ=0.83,取α=1%,查數(shù)理統(tǒng)計(jì)表可知γ(12)=0.697。因γ>γ(12),由此線性回歸顯著,兩者線性相關(guān)較好。

圖3 TP二沉池出口與PFS精準(zhǔn)投加量相關(guān)性

化學(xué)除磷過程反應(yīng)速度快、對(duì)濃度敏感,△TP和C精準(zhǔn)呈較好化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系,如圖4所示。

圖4△TP和C精準(zhǔn)隨時(shí)間變化曲線 

結(jié)語

精準(zhǔn)除磷加藥技術(shù)在傳統(tǒng)市政污水處理現(xiàn)有建設(shè)的基礎(chǔ)上,通過控制方式的科學(xué)優(yōu)化,相比傳統(tǒng)化學(xué)除磷系統(tǒng)具有降低藥耗、簡(jiǎn)化操作、降低運(yùn)行成本等優(yōu)勢(shì)。

(1)根據(jù)△TP計(jì)算理論加藥濃度C理論,并通過實(shí)際加藥量濃度C實(shí)際進(jìn)行修正。以廣東省湛江市某城區(qū)污水廠的實(shí)測(cè)資料得到C精準(zhǔn)=0.5929C理論-27.98(γ=0.85),并通過檢驗(yàn)C理論與C實(shí)際兩者線性顯著相關(guān)(P<0.01)。

(2)通過TP二沉池出口推測(cè)C精準(zhǔn),其兩者線性回歸方程為C精準(zhǔn)=59.833TP二沉池出口+3.2527(γ=0.83),并通過檢驗(yàn)兩者線性顯著相關(guān)(P<0.01)。

(3)較終確定TP二沉池出口和C精準(zhǔn)的關(guān)系模型,實(shí)現(xiàn)TP二沉池出口對(duì)除磷劑加藥量的聯(lián)鎖控制。

(4)在進(jìn)水總磷變化大的情況下,加密二沉池出口總磷檢測(cè)頻次,可提高C精準(zhǔn)的準(zhǔn)確度。

(5)可通過數(shù)組(10~20組)穩(wěn)定運(yùn)行數(shù)據(jù),以TP二沉池出口、TP總排放口、藥劑有效成分、理論加藥量等參數(shù),擬定數(shù)學(xué)模型。

(6)可根據(jù)每一組TP二沉池出口、C實(shí)際實(shí)測(cè)值豐富數(shù)據(jù)庫(kù),修正模型;使得模型隨著時(shí)間推移,計(jì)算精度更高。

(7)通過將除磷劑加藥量與污染物濃度變化實(shí)時(shí)掛鉤,針對(duì)不同的污染物濃度,在保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放的前提下,聯(lián)鎖控制除磷劑投加泵運(yùn)行頻率,實(shí)現(xiàn)加藥量自動(dòng)調(diào)節(jié),解決除磷劑投加不足或過量投加的問題,對(duì)污水廠除磷劑加藥實(shí)施精細(xì)化控制,并提高自動(dòng)化管理程度。

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