污水处理厂化学除磷策略

使用闭环控制策略，沉淀剂用量可减少25％
节约潜力
化学除磷
节约潜力
沉淀剂 污泥处置
Anschlussgr鲞e [EW]
处E置ntsorgung (€/tTS)
C计on算si如de下ra：tions: PA沉活rceti淀 性cviep剂saSun：butsb:4t4s：0t0:％%1133FF.,e88e3％%C3Cl，l, 113300€€//tt ßß==11.,55;; 11.,88ggrr pP//EEWW//TTaagg fSTf节aST=vS约=i2n2,g沉5.5Pk淀gkreg剂TcTSip1Si/t0a/k％tgkiogFnFe1e0 %
limiti限ng值value
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0 20.9
22.9
24.9
26.9
FFee-溶M液en（gle/2h[0）l/0h0] 1600 1200 800 400 0
28.9 Da日tu期m 30.9
控制策略
根据PO4-P负荷调整药剂投加量
沉淀剂
Q
X
pre
c PO4-Pload
污水处理厂 化学除磷策略
化学除磷
工艺类型
前置沉淀
同步沉淀
M+
M+
M+
初沉池
厌氧 缺氧 好氧
后置沉淀
M+
M+
二沉池
接触过滤
絮凝池
M+：金属沉淀剂
化学除磷
前置沉淀
优点 • 降低了生物处理阶段的负荷 • 由于先进行了化学除磷，所以活性污泥反应池中的无机污泥含量不会增加
缺点 • 不是所有的磷都被水解（有些以多磷酸盐的形式存在） • 有机负荷的降低会影响反硝化功能 • 产生的污泥量较大（相比同步沉淀而言） • 同沉淀剂的竞争反应使沉淀剂用量增加
5
5,5
6
ßB（emta o[lmMoel M/meo/ml PoltoPt）tot]
化学除磷
ß值的定义
定义(DWA－－德国水协)
• ß = mol Me / mol Ptot Ptot 沉淀反应池进水中的总磷 Me 沉淀剂
• ß = 1,5 • ß > 1,5 • ß< 1
达到限制Ptot=2 mg/l (当 Q <= 2 Qt时) 的推荐值 达到限制Ptot< 1～2 mg/l的必要条件 把生物处理阶段当作沉淀反应池的处理厂采用此ß值
200 300 400 500
C价os格t 分An析a：lyser:
in包cl括. l人ab工our: 5.628,-€
n不o 包lab括o人ur工:
3.288,-€
600 700
生物除B磷io-P[%]
30
50
16.300
22.700
13.900
19.400
12.100
16.900
10.700
15.000
100
90
80
PPOO44-P El去im除in率atio（n [％%]）
70
60
50
ß 0,34 + 1,08 ln(PO4-Po/PO4-Pe)
40
30
20
10
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
Bße（tam[omloMl Mee/m/mool lPPOO44--P）]
成本估算
根据PO4-Po （沉淀前PO4-P）和PO4-Pe （沉淀后PO4-P ）确定ß值
P os t-P后re置c i沉p it淀ation
100
90
80
PPOO44--PP E去lim除in率atio（n％[%）]
70
60
50
40
30
ß 0,43 + 1,31 ln(PO4-Po/PO4-Pe)
20
缺点 • 费用较高
控制策略
前馈控制和反馈控制的结合
举例
1PP,O 0O044--PP（[mmgg//ll]） 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00
8.10
10.10
12.10
出水浓度非常稳定 药剂用量降低约18 %
14.10
FFee溶-M液en（gle2/h.[0）l/0h0] 1.600 1.200 800 400 0
以下因素导致边界条件的变化 • 进水的磷含量 • 生物处理阶段磷的吸收 • 竞争反应 • 沉淀剂
在线监测和控制可以使过程清晰化化
化学除磷
ß值的定义
定义 (DWA－－德国水协)
• ß = mol Me / mol Ptot Ptot 沉淀反应池进水中的总磷 Me 金属沉淀剂
• ß = 1,5 • ß > 1,5 • ß< 1
达到限制Ptot=2 mg/l (当 Q <= 2 Qt时) 的推荐值 达到限制Ptot< 1～2 mg/l的必要条件 把生物处理阶段当作沉淀反应池的处理厂采用此ß值
节约潜力
化学除磷
节约潜力
沉淀剂 污泥处置
FM = Pges,0 ß (1-Bio-P) fstö
FM：沉淀剂
mit: Pges,0 : P需t要o e去li除m的ina磷te [kg P] ß : ßß-值Value
P re c ip ita tio n前in置ra沉w淀w a s te rw a te r
100
90
80
PtPottot去E li除mi率nat（io％n [）%]
70
60
50
ß -0,2 + 1,52 ln(Ptot,o/Ptot,e)
Hale Waihona Puke Baidu
40
30
20
10
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
沉淀剂
计量泵
污水
沉淀过程
设定值 w: w = Limit - cSS ·cP,SS - safety
设定值 PO4-P
需要具备的条件 • PO4-P的在线监测
优点 • 过程控制
控制策略
PO4-P浓度的闭环控制
举例
1PP,O 0O44--PP （[mmgg//ll]）
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0 9.10
天
Relative相c对on消su耗mp量tion (i（.c.以t.f反ee馈db 控ac制kw 为a基rd)准）
100% 167% 156% 136%
监测技术和样品准备系统
- 正磷酸盐 (PO4-P) - 总磷酸盐 (Ptot)
PHOSPHAXsigma的结构
样品消解后采用钼蓝法测定
样品准备
FILTRAX和SIGMATAX2
SEDITAX2 • 准备样品用于测定Ptot 和 TOC • 实现样品的均一化
化学除磷的控制策略
-控制策略 -根据流量控制药剂投加量 -前溃、反馈控制
-成本效益
控制策略
根据时段调整药剂投加量
举例 • 9月26日PO4-P超标
1PP,O0O44--PP （[mmgg//ll]）
边界条件 • 为了后续生物处理过程的需要，需要保证有1～2mg/l的剩余磷浓度
化学除磷
同步沉淀
优点 • 回流使沉淀剂得以更有效的利用 • 考虑所有的生物影响 • 可以在生物处理的曝气阶段使用二价铁作为沉淀剂 • 改善污泥容积指数
缺点 • 增加无机污泥的含量 （影响污泥龄） • 影响碱度，影响硝化过程
10
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
ßBe（tam[moloMl Mee/m/moollPPOO44-PP]）
成本估算
同步沉淀、后沉淀中污泥的产生量
specT.S TSS产S-生P r量od（ucgtiTonS [S/ggT SMeS /g） M e]
6 5,5
5 4,5
4 3,5
9.600
13.400
8.700
12.200
70 37.900 32.300 28.100 24.900 22.400 20.300
反馈控制 – 最佳策略!
反馈控制
出水中的磷酸盐浓度 (mg/l PO4-P)
PO4
Stand标ar准d d偏e差via一tio般n为is 0ty.0p3icmalg0/l.P03Om4-Pg/l PO4-P.
Fe
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ßB（etam[oml oMl Me/em/mool lPPOO44--PP）]
成本估算
根据PO4-Po （沉淀前PO4-P）和PO4-Pe （沉淀后PO4-P ）确定ß值
沉淀处的PO4-P浓度 （mg/l）
1,75
2,1
ß （mol Me/mol PO4-P）
16.10 Da日tu期m 18.10
反馈控制 – 最佳策略!
反馈控制
出水中的磷酸盐浓度 (mg/l PO4-P)
PO4
Stand标ar准d d偏e差via一tio般n为is 0ty.0p3icmalg0/l.P03Om4-Pg/l PO4-P.
策St略rategy
F反ee馈d控ba制ckwardcontrol 剂量C保on持sta 不nt变dosing F 剂lo量wp 与ro流po量rti保on持al正do比sing 前F馈ee控df制orwardcontrol
策St略rategy
F反ee馈d控ba制ckwardcontrol 剂量C保on持sta 不nt变dosing F 剂lo量wp 与ro流po量rti保on持al正do比sing 前F馈ee控df制orwardcontrol
A 平vg 均. d 剂os量ing (l/min) 0.42 0.66 0.62 0.54
A 平vg 均. d 剂os量ing (l/min) 0.42 0.66 0.62 0.54
天
R 相el对ativ 消e耗co量nsumption (（i.c以.t.反fee馈d控ba制ck为wa基rd准) ）
100% 167% 156% 136%
化学除磷的成本估算工具
成本估算
R根e据qPuitorte,od（ß沉-v淀a前luPetiont）d和epPetont,de e（n沉ce淀o后fPPtotot）t,o确an定dßP值tot,e
11.10
13.10
闭环控制开始
出水PO4-P平均浓度提高
15.10 考虑流量
FFee-M 溶e液n（gel/h[2l）/0h0]0 1600 1200 800 400 0
17.10 D日at期um 19.10
控制策略
PO4-P浓度的闭环控制
1 Q
沉淀剂
计量泵
X
Q
污水
沉淀过程
设定值 w: w = Limit - cSS ·cP,SS - safety
化学除磷
后置沉淀
优点 • 明确的条件
多磷酸盐已水解为磷酸盐 可被生物去除的磷已被去除 • 不会影响生物处理过程
缺点 • 相比其它方式费用更高 • 很可能造成铁或铝的过量 • 为了避免过滤负荷过大，只有少量的磷可以被去除
后置沉淀一般和同步沉淀或前置沉淀结合使用
化学除磷
对沉淀进行控制的原因
对化学沉淀进行优化可以从以下几个方面节约成本 • 沉淀剂 • 污泥脱水 • 污泥处置 • 达标
3 2,5
2 1,5
1 0,5
0 0
Prod同uc步tio沉n 淀of和TS后S沉fo淀r S中imTuSlSta（ne总ou固s体- a）nd的P产os生t-P量recipitation
Al Fe/Al 1:2
Fe Fe Fe Al W asser+P+Fe n. Sampson Fe/Al 1:2
设定值 PO4-P
需要具备的条件 • PO4-P和流量 (Q)的在线监测
优点 • 过程控制
控制策略
前馈控制和反馈控制的结合
X
沉淀剂
Qprec PO4-Pload
计量泵
Q
PO4-P
污水
+
X
沉淀过程
设定值 PO4-P
需要具备的条件 • PO4-P和流量 (Q)的在线监测
优点 • 结合了前馈控制和反馈控制 • 快速响应负荷的变化 • 闭环控制
计量泵
Q PO4-P 污水
QPr 沉淀过程
Fe用量的计算 QPr = K·Q·ß·55,8/30,9 ·1/·1/GFE·PO4-P
需要具备的条件 • PO4-P和流量 (Q)的在线监测
优点 • 快速响应负荷的变化
缺点 • 没有过程控制 • 前置沉淀：必须考虑磷的吸
收 • 竞争反应
控制策略
PO4-P浓度的闭环控制
Bio-P : D生e物gr除ee磷o的f e效fic率iency Bio-P
fStö: : S化to学ic剂hi量om因e子tric Factor
TS = Pges,0 ß (1-Bio-P) fstö fTS mit:
TS：污泥
Pges,0 ß
Bio-P
fStö: fTS
: P需t要o e去li除m的ina磷te [kg P] : ßß-值Value : D生e物gr除ee磷o的f e效fic率iency Bio-P : S化to学ic剂hi量om因e子tric Factor : F污ac泥to产r 量fo系r S数ludgeproduction
定义 (Wedi et. al.) • ß = mol Me / mol PO4-P PO4-P：药剂投加点处以正磷酸盐形式存在的磷
该定义得到的ß值偏高!
成本估算
根据PO4-Po （沉淀前PO4-P）和PO4-Pe （沉淀后PO4-P ）确定ß值
Simultane同ou步s 沉Pr淀ecipitation