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為解決污水處理廠在化學(xué)除磷的過程中，傳統(tǒng)粗放型運營管理控制體系易造成除磷劑過量投加，導(dǎo)致的資源浪費和產(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，提高自動化管理水平的同時，減少污水處理運行成本，為持續(xù)推進(jìn)污水處理提質(zhì)增效打下堅實基礎(chǔ)，以期為同類型工程提供參考。

引言

隨著我國城市化的不斷發(fā)展，環(huán)境問題已引起全社會的關(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)致水體富營養(yǎng)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。生物除磷通過聚磷微生物對磷的過量吸收和儲存，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，但會受限于生物活性和污水成分（碳、氮、磷）。化學(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)粗放型運營管理控制體系，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，還會導(dǎo)致污泥產(chǎn)量增加，出水色度過高等問題。因此，對污水處理深度除磷精細(xì)化管理很有必要。

鑒于上述問題，對市政污水實行精細(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，實現(xiàn)除磷加藥系統(tǒng)的聯(lián)動調(diào)整，針對不同的污染物濃度，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行頻率，實現(xiàn)加藥量自動調(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)二級污水處理廠第二時段一級排放標(biāo)準(zhǔn)和國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級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，時有過量投加的風(fēng)險。

根據(jù)PFS和磷酸鹽化學(xué)反應(yīng)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，并通過實際加藥量濃度C實際進(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)計規(guī)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(shù)據(jù)如表1和表2所示。

表1 湛江市某城區(qū)污水廠TP實測值 

表2 湛江市某城區(qū)污水廠PFS理論及實際投加濃度值 

直線回歸方程的檢驗：根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計計算，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，x與y無關(guān)；當(dāng)0<γ<1時，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)計算γ=0.85，取α=1%，查數(shù)理統(tǒng)計表可知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)計算γ=0.83，取α=1%，查數(shù)理統(tǒng)計表可知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、對濃度敏感，△TP和C精準(zhǔn)呈較好化學(xué)反應(yīng)的計量關(guān)系，如圖4所示。

圖4△TP和C精準(zhǔn)隨時間變化曲線 

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、簡化操作、降低運行成本等優(yōu)勢。

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

(2）通過TP二沉池出口推測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，實現(xiàn)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(zhǔn)的準(zhǔn)確度。

(5）可通過數(shù)組（10～20組）穩(wěn)定運行數(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實際實測值豐富數(shù)據(jù)庫，修正模型；使得模型隨著時間推移，計算精度更高。

(7）通過將除磷劑加藥量與污染物濃度變化實時掛鉤，針對不同的污染物濃度，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行頻率，實現(xiàn)加藥量自動調(diào)節(jié)，解決除磷劑投加不足或過量投加的問題，對污水廠除磷劑加藥實施精細(xì)化控制，并提高自動化管理程度。