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為解決污水處理廠(chǎng)在化學(xué)除磷的過(guò)程中，傳統粗放型運營(yíng)管理控制體系易造成除磷劑過(guò)量投加，導致的資源浪費和產(chǎn)泥量增加等問(wèn)題，本文以湛江市某污水處理廠(chǎng)為例，對污水處理廠(chǎng)精細化管理進(jìn)行研究，提出建立精準除磷加藥數學(xué)模型，科學(xué)控制市政污水處理廠(chǎng)除磷劑投加量，提高自動(dòng)化管理水平的同時(shí)，減少污水處理運行成本，為持續推進(jìn)污水處理提質(zhì)增效打下堅實(shí)基礎，以期為同類(lèi)型工程提供參考。

引言

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

市政污水中含有大量的含磷有機物，其主要來(lái)源于人體排泄、含磷洗滌劑、含磷化肥和農藥等。磷作為污水處理的重要指標，也是水體富營(yíng)養化現象較重要的制約因素。磷的很標排放將引起受納水體磷含量升高，導致水體富營(yíng)養化，對水體環(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(guò)聚磷微生物對磷的過(guò)量吸收和儲存，并形成污泥排出系統，降低水體中磷含量[1]，其反應過(guò)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(guò)程中加入金屬鹽等物質(zhì)，通過(guò)磷酸鹽和金屬離子反應形成磷酸鹽化合物，生成沉淀排出系統。

市政污水處理氧化溝工藝對總磷的去除效率在50%～75%。為了確保尾水總磷達標排放，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]。但傳統粗放型運營(yíng)管理控制體系，易造成除磷劑投加量不足或過(guò)量等問(wèn)題。過(guò)量投加不僅造成資源的巨大浪費，還會(huì )導致污泥產(chǎn)量增加，出水色度過(guò)高等問(wèn)題。因此，對污水處理深度除磷精細化管理很有必要。

鑒于上述問(wèn)題，對市政污水實(shí)行精細化管理，研究氧化溝工藝精準除磷加藥技術(shù)，通過(guò)二沉池出水濃度的變化，實(shí)現除磷加藥系統的聯(lián)動(dòng)調整，針對不同的污染物濃度，在保證水質(zhì)達標排放的前提下，聯(lián)鎖控制除磷劑投加泵運行頻率，實(shí)現加藥量自動(dòng)調節。

工作原理

本文以廣東省湛江市某污水處理廠(chǎng)為載體，設計開(kāi)發(fā)了精準加藥除磷技術(shù)。該污水廠(chǎng)一期工程現狀主體工藝為“A/A/O微曝氧化溝MBBR-深床濾池”，出水水質(zhì)執行廣東省《水污染物排放限值》（DB44/26—2001）中規定的城鎮二級污水處理廠(chǎng)第二時(shí)段一級排放標準和國家《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準中的較嚴者，工藝流程如圖1所示。

工藝流程 

該污水廠(chǎng)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，即根據進(jìn)水流量人工調整加藥量泵運行頻率，但在面臨水質(zhì)變化較大的情況下，對加藥量依然難以把控，時(shí)有過(guò)量投加的風(fēng)險。

根據PFS和磷酸鹽化學(xué)反應式，計算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計算所得理論加藥濃度C理論，并通過(guò)實(shí)際加藥量濃度C實(shí)際進(jìn)行修正。較終確定TP二沉池出口與精準加藥量濃度C精準的計算關(guān)系，見(jiàn)式（1）。

式中：C———PFS投加濃度，mg/L;A———投加系數，參考《室外排水設計規范》，取1.5;B———有效含鐵量，由式（2）計算所得為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)數據如表1和表2所示。

表1 湛江市某城區污水廠(chǎng)TP實(shí)測值 

表2 湛江市某城區污水廠(chǎng)PFS理論及實(shí)際投加濃度值 

直線(xiàn)回歸方程的檢驗：根據數理統計計算，回歸系數見(jiàn)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γ=0時(shí)，x與y無(wú)關(guān)；當0<γ<1時(shí)，說(shuō)明x與y存在線(xiàn)性關(guān)系；γ>0為正相關(guān)，γ<0為負相關(guān)。

擬合線(xiàn)性回歸方程得C精準=0.5929C理論-27.98（γ=0.85），回歸曲線(xiàn)如圖2所示。經(jīng)計算γ=0.85，取α=1%，查數理統計表可知γ（12)=0.697。因γ>γ（12)，由此線(xiàn)性回歸顯著(zhù)，兩者線(xiàn)性相關(guān)較好。

圖2 PFS精準投加量與PFS理論投加量相關(guān)性

擬合線(xiàn)性回歸方程得C精準=59.833TP二沉池出口+3.2527（γ=0.83），回歸曲線(xiàn)如圖3所示。經(jīng)計算γ=0.83，取α=1%，查數理統計表可知γ（12)=0.697。因γ>γ（12)，由此線(xiàn)性回歸顯著(zhù)，兩者線(xiàn)性相關(guān)較好。

圖3 TP二沉池出口與PFS精準投加量相關(guān)性

化學(xué)除磷過(guò)程反應速度快、對濃度敏感，△TP和C精準呈較好化學(xué)反應的計量關(guān)系，如圖4所示。

圖4△TP和C精準隨時(shí)間變化曲線(xiàn) 

結語(yǔ)

精準除磷加藥技術(shù)在傳統市政污水處理現有建設的基礎上，通過(guò)控制方式的科學(xué)優(yōu)化，相比傳統化學(xué)除磷系統具有降低藥耗、簡(jiǎn)化操作、降低運行成本等優(yōu)勢。

(1）根據△TP計算理論加藥濃度C理論，并通過(guò)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污水廠(chǎng)的實(shí)測資料得到C精準=0.5929C理論-27.98（γ=0.85），并通過(guò)檢驗C理論與C實(shí)際兩者線(xiàn)性顯著(zhù)相關(guān)（P<0.01）。

(2）通過(guò)TP二沉池出口推測C精準，其兩者線(xiàn)性回歸方程為C精準=59.833TP二沉池出口+3.2527（γ=0.83），并通過(guò)檢驗兩者線(xiàn)性顯著(zhù)相關(guān)（P<0.01）。

(3）較終確定TP二沉池出口和C精準的關(guān)系模型，實(shí)現TP二沉池出口對除磷劑加藥量的聯(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頻次，可提高C精準的準確度。

(5）可通過(guò)數組（10～20組）穩定運行數據，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，擬定數學(xué)模型。

(6）可根據每一組TP二沉池出口、C實(shí)際實(shí)測值豐富數據庫，修正模型；使得模型隨著(zhù)時(shí)間推移，計算精度更高。

(7）通過(guò)將除磷劑加藥量與污染物濃度變化實(shí)時(shí)掛鉤，針對不同的污染物濃度，在保證水質(zhì)達標排放的前提下，聯(lián)鎖控制除磷劑投加泵運行頻率，實(shí)現加藥量自動(dòng)調節，解決除磷劑投加不足或過(guò)量投加的問(wèn)題，對污水廠(chǎng)除磷劑加藥實(shí)施精細化控制，并提高自動(dòng)化管理程度。