污水厂化学除磷的控制思路（下）
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北极星水处理网：磷是污水处理厂公认较容易用化学方法控制的污染指标之一，一般通过调节各阶段化学药剂的投加量，可以有效控制出水的总磷指标。实际运行中，化学除磷也是污水处理厂最常采用的除磷方式。虽然生物除磷更为经济环保，但污水处理厂综合考虑生物脱氮与除磷之间的矛盾，往往倾向于将生物脱氮与化学除磷结合起来进行工艺管理。在确定化学投加除磷的工艺思路后，运行成本就成为管控的目标和重点，而运行成本的控制直接关系到化学除磷的精准控制。本期公众号就和大家探讨一下化学除磷的控制思路。
在之前的微信文章中，我们讨论过化学除磷的加药方式和加药点。化学加药可分为三种加药方式：预加药——在预处理的初沉池加药、同步加药——在生物处理段曝气池末端加药、后加药——在深度处理单元加药。这几种方式各有优缺点，下面列出来可以让大家对这些加药方式有个简单的了解：
无论采用哪种加药方式，都存在很大的改进和控制空间，所有运行管理人员都希望得到更加经济的运行加药方式，因此在运行过程中采取更有效的加药控制是降低成本的关键。目前更多的污水处理厂采用结果控制方式，通过出水水质TP的变化来控制加药量，通常是出水在线TP监测的数据。这种反馈控制方式由于加药点与出水监测点之间存在一个过程，一般为深度处理段或消毒池段，加药反应存在一定的滞后性。为了避免由于加药延迟而导致这段时间内出水超标，运行管理人员的控制措施是留有一个缓冲值，即标准是0.5mg/L，但控制在0.3mg/L，中间预留了0.2mg/L的空间。 当该值达到0.3mg/L时，再进行投药调节，这样就可以把工艺段引起的反馈控制提前控制，消除反馈控制的滞后性。但是，这样做也有一个很重要的问题，就是这种控制方式是过量加药。从工艺保证的角度来说，这是一种很安全的做法，但是从成本控制的角度来说，这种控制方式并不是一个节省药剂成本的好办法。
如何才能更精准的管理加药，节省更多的成本？对于管理性较强的项目，需要进行大量细致的研究，才能得出更有效的控制措施。下面我们一一进行探讨。
1.全过程检测磷。
在之前的微信文章中介绍过，除磷药剂主要与磷酸盐发生反应，生成磷酸盐沉淀。因此判断整个污水处理厂各工艺阶段总磷中磷酸盐的含量，是判断投加效果的重要依据。除磷用金属盐药剂一般以正磷酸盐为主要反应去除对象，而实验室方法监测正磷酸盐省略了消解过程，可以快速测定。因此在实际控制中，可以把正磷酸盐作为日常快速确定投加量的依据。特别地，现阶段已经有在线磷酸盐测量仪器，最短5分钟就可以检测出水中的正磷酸盐。这样，我们就可以利用在线仪器快速判断除磷的效果，从而判断投加量是否足够。
一般生活污水经过生化段的生物反应后，进水中总磷的各组分大部分被水解转化成正磷酸盐。因此经过生物段后检测正磷酸盐会更接近水中的总磷含量。也就是说在生物池或二沉池出口检测正磷酸盐往往可以代替总磷的检测，加快水质的检测反应速度，从而更准确地控制投加比例。但进水中总磷的组分复杂，单纯检测正磷酸盐往往会遗漏其他磷组分，因此进水中不能用正磷酸盐代替总磷进行检测，剩下的就是污泥中的磷含量。污泥中的磷组分相对复杂，必须采用总磷法进行检测。这样，整个污水处理工艺的总磷检测就可以简化如下表所示：
通过全面的磷检测，引入在线正磷酸盐、总磷检测设备，可以使得控制更加精细化，更加准确地控制系统中磷的变化，从而采取更加有效的措施控制加药。
2.引入多种控制因素。
要实现除磷药剂成本的控制，不仅需要有出水总磷的在线数据，还需要更多的参数参与控制。实际运行中，控制参数越多，投加越准确，从而保证出水水质的稳定性，同时也将控制范围缩小到最小，从而节省更多的药剂成本。以下是除磷控制涉及的几个因素。
A、水量。除磷剂的投加量与水中的磷总量相对应，污水处理厂的总磷负荷是磷浓度与水量的乘积，因此水量的变化对投加量有非常直接的影响。城镇污水处理厂的水量受城镇居民生活习惯的影响，是不断变化的。为了与投加量相匹配，除磷剂加药泵的控制系统需要能够调节流量，如采用变频调速加药泵，在加药泵的控制上增加PLC控制系统，并与系统水量相联系，设定变化参数，根据水量调整投加量。特别是对于昼夜水量变化大的污水处理厂，以及四季水量变化大的污水处理厂，引入水量因素进行合理调控，可以减少除磷剂的过量消耗，从而降低药剂成本。
B、生物除磷效果。生物除磷一直是各污水处理厂头疼的问题，影响生物除磷的因素很多，如聚磷菌生存环境中的溶解氧、进水中易降解有机物VFA、回流污泥中的聚磷菌数量、厌氧区化学态氧、污泥龄SRT等，有非常复杂的控制要求。这也是大多数污水处理厂不能准确控制生物除磷的主要原因。更多的污水处理厂愿意采用化学除磷，为出水总磷提供更可靠的保障。但在实际运行中，必须确定生物除磷的效果。运行管理人员在厌氧段引入正磷酸盐检测，与进水中正磷酸盐对比，检测生物磷释放的效果。由于化学除磷生成稳定的化合物，不再释放，厌氧区磷的增加正是由聚磷菌释放磷引起的。 因此在日常管理中可以通过检测厌氧区磷的增幅来判断生物除磷的效果，并根据磷的释放情况来调控剩余污泥的排放。
C、工艺过程中的磷检测值。通过正磷酸盐的检测，可以快速测定磷，甚至可以通过在线设备实时监测磷的变化，这样可以根据各阶段不同的磷含量进行反馈控制投药量。工艺控制比最终出水的总磷控制更加快速有效，针对总磷的变化可以更及时地调整投药量。实际运行中，根据厂内实际投加点选择不同的磷测试点，根据测试点的磷测定数据实时控制除磷药剂的投加量。不同的投加点应确定不同的控制指标，整个工艺过程中位置越靠后，指标控制越低，确保出水磷稳定达标。如出水指标控制为一级A的0.5mg/L，则投加于生化阶段前，初沉池出水P指标控制为3mg/L。 在生化阶段投加，二沉池出水控制指标应为0.5mg/L。在深度处理阶段投加，出水指标控制在0.2~0.3mg/L。分阶段、分指标控制，可以兼顾各阶段的不同功能，同时也能有效减少药剂的消耗，还能发挥生物除磷的效果。
D、药剂的确定。污水处理厂对除磷药剂的选择决定了药剂投加后的效果。在确定药剂时，要在整个污水处理厂的整个流程中和各个推测点取样，然后在实验室进行投药量的小试，测试除磷效果，确定最佳投药配比。不同的药剂在不同的使用场所会有不同的效果。生化阶段使用铁盐对微生物的副作用较小，但铝盐的长期积累会对微生物产生一定的影响，深度处理阶段投加铁盐会因铁盐过量而造成铁离子污染，如水体染色、流经的通道中铁离子沉积染色、MBR膜铁离子污染等。铝盐更适合深度处理。在实验室确定投药量后，还要综合考虑投药后的实际影响，确定最佳投药方式和投药品种。
各污水处理厂可根据自身实际运行情况选择增加更多的控制因素。作为用化学药剂去除总磷的方式，利用计算公式可以准确去除，引入计算机控制是实现精确控制、降低成本的最佳途径。目前，污水处理厂的自动控制系统大多以启停的监控和上位机控制为主，不应认为是真正的自动控制，这与微生物处理本身的复杂性有很大关系。污水处理厂化学除磷各因素的监控和控制条件比较成熟，在一些自动控制设计系统中，有条件的污水处理厂可以进行除磷、加药的自动控制设计。
在控制系统中，可以将进水流量和出水中正磷酸盐含量结合起来进行计算控制，一种比较简单的控制计算思路是：
其中：q为需要调整的投药量l/s，注意这里有正负值，如果测量值大于设定值，则为正值，代表需要加大投药量；反之为负值，则代表投药量过大，需要减小。
Q为进水流量，可从进水流量计监测，通过数据记录可以预测和判断进水量的长期变化。注意这里的单位统一为l/s
P测定是在线监测磷酸盐P-PO4含量
P设定为设定的正磷酸盐含量P-PO4。可根据加药点的不同设定，采取不同的控制量，避免加药量过大。
31是磷的原子量，计算时须将其换算成化学摩尔数，通过化学反应式确定需要加入的药量。
β为反应比例系数，一般为1.5
M为加入化学药剂中主要金属元素的原子量，在除磷化学反应中，PO4-与金属盐的摩尔比为1:1，所以这里为金属盐的分子量。
η%为脱磷剂浓度百分比
P%为脱磷剂溶液浓度百分比
该控制公式将进水流量与加药段出水总磷进行联合控制，控制既有事前变化，又有事后结果，对除磷药剂的精准投加起到了很好的控制作用，投加量随水质水量的变化而变化，避免了除磷药剂的浪费，实现了有效的成本控制。
除磷目前是污水处理厂主要成本支出方向，而对于未来污水处理厂的精细化运营，成本的精准控制，需要对除磷药剂的投入进行更加深入的探索和研究，不断开拓自动控制系统在污水处理厂的实际应用，从而更好地实现污水处理厂的精细化管理，真正实现精准控制，将污水处理厂的管理提升到一个新的水平。