市政污水精准加药除磷技术研究与应用

奚瑞锋，肖宇梅

（广东省轻纺建筑设计院有限公司，广东 广州 510290）

0 引言

随着我国城市化的不断发展，环境问题已引起全社会的关注，其中，用水量需求增大导致的污水增加的问题尤为突出。

市政污水中含有大量的含磷有机物，其主要来源于人体排泄、含磷洗涤剂、含磷化肥和农药等。磷作为污水处理的重要指标，也是水体富营养化现象最重要的制约因素。磷的超标排放将引起受纳水体磷含量升高，导致水体富营养化，对水体环境造成破坏。

污水除磷工艺可分为两种形式：生物除磷和化学除磷。生物除磷通过聚磷微生物对磷的过量吸收和储存，并形成污泥排出系统，降低水体中磷含量[1]，其反应过程不需要投入任何化学药剂，但会受限于生物活性和污水成分（碳、氮、磷）。化学除磷的原理是在污水处理过程中加入金属盐等物质，通过磷酸盐和金属离子反应形成磷酸盐化合物，生成沉淀排出系统。

市政污水处理氧化沟工艺对总磷的去除效率在50%~75%。为了确保尾水总磷达标排放，主要控制措施为生物化学除磷，即采用生物处理（氧化沟）+化学处理（投加除磷剂）的组合工艺[2]。但传统粗放型运营管理控制体系，易造成除磷剂投加量不足或过量等问题[3]。过量投加不仅造成资源的巨大浪费，还会导致污泥产量增加，出水色度过高等问题。因此，对污水处理深度除磷精细化管理很有必要。

鉴于上述问题，对市政污水实行精细化管理，研究氧化沟工艺精准除磷加药技术，通过二沉池出水浓度的变化，实现除磷加药系统的联动调整，针对不同的污染物浓度，在保证水质达标排放的前提下，联锁控制除磷剂投加泵运行频率，实现加药量自动调节[4]。

1 工作原理

本文以广东省湛江市某污水处理厂为载体，设计开发了精准加药除磷技术。该污水厂一期工程现状主体工艺为“A/A/O 微曝氧化沟MBBR-深床滤池”，出水水质执行广东省《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）中规定的城镇二级污水处理厂第二时段一级排放标准和国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A 标准中的较严者，工艺流程如图1 所示。

图1 工艺流程

该污水厂使用的除磷药剂为聚合硫酸铁（PFS），药剂有效成分含量为11%，平均投加浓度为70 mg/L。目前采用半智能投加方式，即根据进水流量人工调整加药量泵运行频率，但在面临水质变化较大的情况下，对加药量依然难以把控，时有过量投加的风险。

根据PFS 和磷酸盐化学反应式，计算PFS 投加浓度 C；TP二沉池出口与 TP总排放口之差为化学除磷量△TP；C 和 △TP 计算所得理论加药浓度 C理论，并通过实际加药量浓度C实际进行修正。最终确定TP二沉池出口与精准加药量浓度C精准的计算关系，见式（1）。

式中：C——PFS 投加浓度，mg/L；A——投加系数，参考《室外排水设计规范》，取1.5；B——有效含铁量，由式（2）计算所得为 0.03；MFe——铁摩尔质量，取56 g/mol；△TP单位——单位总磷去除量，取 1 mg/L。

相关数据如表1 和表2 所示。

表1 湛江市某城区污水厂TP 实测值

表2 湛江市某城区污水厂PFS 理论及实际投加浓度值

直线回归方程的检验：根据数理统计计算，回归系数见式（3）。

拟合线性回归方程得 C精准=0.5929C理论-27.98（γ=0.85），回归曲线如图 2 所示。经计算 γ=0.85，取α=1%，查数理统计表可知 γ（12）=0.697。因 γ>γ（12）[5]，由此线性回归显著，两者线性相关较好。

图2 PFS 精准投加量与PFS 理论投加量相关性

拟合线性回归方程得 C精准=59.833TP二沉池出口+3.2527（γ=0.83），回归曲线如图 3 所示。经计算 γ=0.83，取 α=1%，查数理统计表可知γ（12）=0.697。因γ>γ（12）[5]，由此线性回归显著，两者线性相关较好。

图3 TP 二沉池出口与 PFS 精准投加量相关性

化学除磷过程反应速度快、对浓度敏感，△TP 和C精准呈较好化学反应的计量关系，如图4 所示。

图4 △TP 和 C 精准随时间变化曲线

2 结语

精准除磷加药技术在传统市政污水处理现有建设的基础上，通过控制方式的科学优化，相比传统化学除磷系统具有降低药耗、简化操作、降低运行成本等优势。

（1）根据 △TP 计算理论加药浓度 C理论，并通过实际加药量浓度C实际进行修正。以广东省湛江市某城区污水厂的实测资料得到C精准=0.5929C理论-27.98（γ=0.85），并通过检验 C理论与 C实际两者线性显著相关（P<0.01）。

（2）通过 TP二沉池出口推测 C精准，其两者线性回归方程为 C精准=59.833TP二沉池出口+3.2527（γ=0.83），并通过检验两者线性显著相关（P<0.01）。

（3）最终确定 TP二沉池出口和 C精准的关系模型，实现TP二沉池出口对除磷剂加药量的联锁控制。

（4）在进水总磷变化大的情况下，加密二沉池出口总磷检测频次，可提高C精准的准确度。

（5）可通过数组（10~20 组）稳定运行数据，以TP二沉池出口、TP总排放口、药剂有效成分、理论加药量等参数，拟定数学模型。

（6）可根据每一组 TP二沉池出口、C实际实测值丰富数据库，修正模型；使得模型随着时间推移，计算精度更高。

（7）通过将除磷剂加药量与污染物浓度变化实时挂钩，针对不同的污染物浓度，在保证水质达标排放的前提下，联锁控制除磷剂投加泵运行频率，实现加药量自动调节，解决除磷剂投加不足或过量投加的问题，对污水厂除磷剂加药实施精细化控制，并提高自动化管理程度。