污水廠化學除磷的控制思路（下）
磷在污水處理廠中是公認為使用化學法較為容易控制的污染指標之一，一般在各個階段通過調整化學藥劑的投加量，就可以有效的進行控制出水總磷的指標。在實際運行中，化學除磷也是污水廠使用的最為普遍的除磷方式，雖然生物除磷更為經濟和環境友好，但是污水廠綜合考慮生物脫氮和除磷的矛盾，往往更傾向于生物脫氮和化學除磷相結合的方式來進行工藝管理。在確定了化學加藥除磷的工藝思路以后，運行成本就成為了管控的目標和重點，而運行成本的管控和化學除磷的精準控制有直接的關系，這一期公眾號和大家探討一下化學除磷的控制思路。
在之前的公眾號的文章里，已經對化學除磷的加藥方式，加藥點都進行了討論，化學加藥可以分為三種加藥方式，預加藥-在預處理的初沉池投加，同步加藥-在生物處理段的曝氣池末端投加，后加藥-在深度處理單元投加。這幾種方式各有利弊，下面的列表可以簡單的對這幾種加藥方式有一些了解：
無論哪一種加藥的方式，都有很大的改進和控制的空間，所有的運行管理人員都希望得到更經濟的運行加藥模式，因此在運行過程中采取更為有效的加藥控制是降低成本的關鍵。現階段較多的污水廠采用的是結果控制的模式，通過出水水質的TP的變化，通常是出水在線的TP監測儀的數據來進行加藥量的控制。這種反饋控制方式由于加藥點和出水監測點還有一段工藝，一般是深度處理段或者消毒池段，因此加藥反應會存在一定的滯后性，為了避免因為滯后加藥導致這一段時間的出水超標，運營管理人員的調控措施都是保留一個緩沖值，就是標準是0.5mg/L，但是控制在0.3mg/L，中間預留0.2mg/L的空間，在數值達到0.3mg/L的時候，就開始進行藥量的調控，這樣可以預先控制，消除工藝段帶來的滯后性的反饋控制。但是這樣也存在一個很重要的問題，那就是這樣的控制方式就是過量加藥，從工藝保障上來說，這是很穩妥的做法，但是從成本管控上，這樣的控制不是很好的節省藥劑成本的做法。
如何進行更精準，更節省藥劑成本的控制方式來進行加藥管理呢？對于一項目的性很強的管理工作，我們要進行很多細節方面的研究，以便取得更有效地管控措施，下面來逐一進行探討。
1、全流程的磷的檢測。
在前面的公眾號文章中，介紹了除磷藥劑主要是與磷酸根進行反應，生成磷酸鹽沉淀，因此判斷在整個污水廠各個流程階段的總磷中的磷酸鹽含量的多少，是判斷加藥效果的重要依據。除磷的金屬鹽類藥劑一般以正磷酸根為主要的反應去除對象，而化驗室監測正磷酸鹽的方法省去了消解過程，可以快速測定，因此在實際控制中可以考慮使用正磷酸根作為日常快速判定加藥的依據。特別是現階段已經具有在線的磷酸根測量儀表，最短可在5分鐘內對水中的正磷酸根進行檢測。這樣我們就能夠使用在線的儀表進行除磷效果的快速測定，從而判斷加藥量是否足夠。
一般的生活污水在經過生化段的生物反應以后，進水中的總磷的各種組分絕大部分都水解轉化成正磷酸鹽，因此在經過生物段以后進行正磷酸鹽的檢測會比較接近水中總磷的含量，也就是說在生物池的出口，或者二沉池進行正磷酸鹽的檢測，往往能取代總磷的檢測，加快對水質的檢測反應速度，從而更精準的控制加藥比例。但是進水總磷的組分復雜，單純檢測正磷酸鹽，往往會遺漏掉其他磷組分，因此進水不能以正磷酸鹽來替代總磷進行檢測，其余的還有污泥中的磷含量，污泥中磷組分相對復雜，必須使用總磷方式進行檢測。這樣可以對污水處理的全流程進行簡化的總磷檢測如下表：
通過全面的磷的檢測，以及引入在線的正磷酸鹽及總磷的檢測設備，可以將控制采納的更為精細化，也更能精準的把控系統內磷的變化情況，從而采取更有效的措施進行加藥的控制。
2、多元控制因子的引入。
實現除磷藥劑成本的控制，需要的不僅僅是出水總磷的在線數據，而是更多的參數參與控制，在實際運行中越多的控制參數，會使加藥量更加的精準，從而保證了出水水質的穩定，也能夠把控制范圍縮小到最小，從而節省更多的藥劑成本。下面羅列幾項參與除磷控制的因子。
A、水量。除磷藥劑的投加量是和水中磷的總量相互對應的，污水廠磷的負荷總量是磷濃度和水量乘積，因此水量的變化，對加藥量的影響是非常直接的，而城市污水廠的水量受到城鎮居民生活習慣的影響，是在不斷地變化的。為了匹配加藥量，除磷藥劑的加藥泵的控制系統需要能夠調控流量，比如選用變頻調速的加藥泵，在加藥泵的控制上增加PLC控制系統，與系統的水量進行關聯，設置變化參數，根據水量來調整加藥量。特別是日夜水量變化大的污水廠，四季水量變化大的污水廠，引入水量因子來進行合理調控，可以減少除磷藥劑的過度消耗，從而降低藥劑成本。
B、生物除磷效果。生物除磷一直是各個污水廠較為頭疼的控制因素，生物除磷的影響因素較多，聚磷菌對生存環境的溶解氧，進水中的易降解的有機物VFA，回流污泥中的聚磷菌的數量，厭氧區的化合態的氧氣，污泥齡SRT等等都有很復雜的控制要求，這也是多數污水廠無法精準控制生物除磷的主要原因，更多的污水廠愿意使用化學除磷來對出水總磷進行更可靠的保障。但是在實際運行中對生物除磷的效果的判定還是要進行的，運行管理人員在厭氧段引入正磷酸鹽的化驗，和進水的正磷酸鹽進行對比，可以檢測生物釋放磷的效果。由于化學除磷是生成穩定的化合物，不再釋放，因此厭氧區磷的升高是收到聚磷菌的磷釋放造成的，因此在日常管理中，我們對生物除磷的效果，可以通過檢測厭氧區的磷升高的幅度來判斷生物除磷的效果，根據磷釋放的情況，進行剩余污泥排放的調控。
C、過程中磷的檢測數值。通過正磷酸鹽的檢測，我們可以快速的測定磷，甚至可以通過在線的設備來實時監測磷的變化，這樣可以根據各個階段不同的磷含量來進行加藥量的反饋控制，過程控制相對最終出水的總磷控制要更快更有效，也更及時的對總磷的變化進行藥量的調整。在實際運行中，根據廠內實際的投加點位的選擇不同磷的測試點，根據測試點的磷的測定數據實時的控制除磷藥劑的投加。在不同的投藥點要確定不同的控制指標，在全流程越靠后的位置，指標控制的會越低，這樣可以保證出水磷的穩定達標，如果出水指標以一級A 的0.5mg/L控制，在生化段之前投加，初沉池出水控制P指標在3mg/L，在生化段中投加，二沉池出水控制指標要在0.5mg/L，在深度處理段投加，出水指標控制在0.2~0.3mg/L。分階段分指標的控制，可以兼顧各個階段不同的功能，同時也有效的降低了藥劑的消耗量，生物除磷的效果也能得到發揮。
D、藥劑的確定。污水廠對除磷藥劑的選擇決定了藥劑投加后效果的好壞，在確定藥劑的時候，在污水處理廠的全流程進行取樣，在各個投機點進行取樣，然后在實驗室進行投加量的小試檢測除磷效果，確定出最佳的投藥比例。藥劑的不同在不同的使用地點也會產生不同的使用效果，生化段使用鐵鹽對微生物的副作用較小，但是鋁鹽的長期積累會對微生物造成一定的影響，而深度處理段鐵鹽的投加會產生多余的鐵鹽造成的鐵離子的污染，比如對水體的染色，對流經的渠道產生鐵離子的沉積染色，對MBR膜產生鐵離子的污染等等，深度處理使用鋁鹽更適合。在實驗室確定投藥量以后，也要結合藥品投加后產生的實際影響進行綜合考慮，確定最佳的投藥方式和投藥品種。
更多的控制因子，各個污水廠可以根據自己的實際運行情況進行選擇添加，作為一個化學藥劑去除的總磷的方式，可以精準的使用計算公式來進行去除的，引入計算機控制是實現精準控制，降低成本的最佳方法。現階段的污水廠的自控體系大部分都是以監視和上位機控制起停的方式為主，應該還不能算是真正實現自動控制，這與微生物處理本身的復雜性有很大的關系。污水廠中的化學除磷的各個因子可監視和可控的的條件更為成熟，在一些自控設計體系中，有條件的污水廠可以進行除磷加藥的自控設計。
在控制系統里，可以結合進水的流量和出水的正磷酸鹽的含量來進行計算控制，一種較為簡單的控制的計算思路為：
其中：q為需要調整的加藥量l/s，注意這里有正負之分，如果測定值大于設定值，就是正值，也就意味著需要增加加藥量；反之為負的時候，說明加藥量過大，需要減少加藥量。
Q為進水流量，可以從進水流量計進行監測進水的流量，并可以通過數據記錄，對長期進水水量的變化進行預測和判斷。注意這里的單位都統一成為l/s
P測定為在線監測的正磷酸鹽的含量P-PO4
P設定為設定的正磷酸鹽的含量P-PO4，可根據加藥點的設置的不同采取不同的控制量，避免藥量的過度投加。
31是磷的原子量，在計算中要換算成化學摩爾數，利用化學反應式來確定加藥量的多少。
β 是反應比例系數，一般為1.5
M 是投加化學藥劑主要金屬元素的原子量，除磷的化學反應中PO4-和金屬鹽類都是1：1的摩爾比，因此這里就是金屬鹽類的分子量。
η% 是除磷劑的藥品濃度百分比
P% 是除磷劑配置的溶液濃度的百分比
這個控制公式結合了進水流量和投加段出水的總磷來共同進行控制，控制有前置變化和后置結果共同參與控制，對除磷藥劑的精準投加起到了良好的控制作用，使加藥量隨著水質水量的變化而進行變化，避免了除磷劑的藥量浪費，實現成本的有效控制。
除磷是當前污水廠的主要成本支出方向，作為今后污水廠精細化運行，精準管控成本上，在除磷藥劑的投加上，我們還要進行更深入的探索和研究，不斷的開發自控系統在污水廠的實際應用，也更好的把污水廠的管理精細化，真正實現精準管控，將污水廠的管理提升一個新的層次。
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