CN113443779B - 一种市政污水处理系统精准加药除磷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种市政污水处理系统精准加药除磷的方法，构建市政污水处理系统加药除磷前的污水磷浓度与除磷剂添加量之间的关系模型；在保证水质达标排放的前提下，控制器根据TP在线监测仪检测所得的污水磷浓度，利用所述的关系模型计算得到除磷剂添加量；根据除磷剂添加量与除磷加药泵流量之间的关系式计算得到所需的除磷加药泵流量；控制器根据除磷加药泵流量计的读数与所需的除磷加药泵流量比较，通过控制除磷加药泵变频器对除磷加药泵的转速进行调控，使除磷加药泵流量计的读数与所需的除磷加药泵流量一致，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，对除磷剂加药实施精细化控制，并提高自动化管理程度。

Description

一种市政污水处理系统精准加药除磷的方法

技术领域

本发明涉及市政污水处理领域，具体是涉及一种市政污水处理系统精准加药除磷的方法。

背景技术

随着我国城市化的不断发展，环境问题已引起全社会关注和重视，其中，用水量需求增大推动污水产生量增长的问题尤为突出。

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子。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。其反应过程不需要投入任何化学药剂，但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，并生成沉淀排出系统。

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。但传统粗放型运营管理控制体系，易造成除磷剂投加量忽高忽低、投加量不足或过量的问题。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，出水色度高等问题。因此，对污水处理深度除磷精细化管理很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提出一种市政污水处理系统精准加药除磷的方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种市政污水处理系统精准加药除磷的方法，包括以下步骤：

步骤S100：构建市政污水处理系统加药除磷前的污水磷浓度与除磷剂添加量之间的关系模型；

步骤S200：在保证水质达标排放的前提下，控制器根据TP在线监测仪检测所得的污水磷浓度，利用所述的关系模型计算得到除磷剂添加量；

步骤S300：根据除磷剂添加量与除磷加药泵流量之间的关系式计算得到所需的除磷加药泵流量；

步骤S400：控制器根据除磷加药泵流量计的读数与所需的除磷加药泵流量比较，通过控制除磷加药泵变频器对除磷加药泵的转速进行调控，使除磷加药泵流量计的读数与所需的除磷加药泵流量一致。

进一步地，所述步骤S100的市政污水处理系统中，污水依次流过粗格栅、提升泵站、细格栅、沉砂池、氧化沟、二沉池、深床滤池和紫外消毒渠，除磷加药泵的加药输出管路与二沉池与深床滤池之间的排水管路上的加药点连通；加药输出管路上设有磷加药泵流量计，TP在线监测仪位于二沉池的出水口处。

进一步地，所述步骤S100中，除磷剂采用的是聚合硫酸铁(PFS)。

进一步地，所述步骤S100中，所述关系模型的创建方法包括以下步骤：

步骤S101：根据磷酸盐化学反应式，建立聚合硫酸铁(PFS)的理论加药浓度C_理论与化学除磷量△TP之间的模型，化学除磷量△TP为TP_{二沉池出口}与TP_总排放口之差，TP_{二沉池出口}为加药除磷前的污水磷浓度，TP_总排放口为加药除磷后的污水磷浓度；

步骤S102：根据步骤S101中的模型，运行市政污水处理系统进行除磷加药实验得到数组稳定运行的实验数据，实验数据包括加药除磷前的污水磷浓度TP _{二沉池出口}、加药除磷后的污水磷浓度TP_总排放口、理论加药浓度C_理论和实际加药浓度C _实际；

步骤S103：根据实验数据中的理论加药浓度C_理论和实际加药浓度C_实际，对理论加药浓度C_理论进行修正，得到理论加药浓度C_理论与理论修正加药浓度C_精准之间的修正关系式，根据修正关系式得到与理论加药浓度C_理论相对应的理论修正加药浓度C_精准；

步骤S104：根据步骤S103中的理论加药浓度C_理论相对应的理论修正加药浓度C_精准，以及实验数据中理论加药浓度C_理论相对应的加药除磷前的污水磷浓度 TP_{二沉池出口}，得到C_精准与TP_{二沉池出口}之间的拟合线性回归方程，该拟合线性回归方程为市政污水处理系统加药除磷前的污水磷浓度与除磷剂添加量之间的关系模型。

进一步地，所述步骤S103中，修正关系式为：C_精准＝0.7204C_理论-19.432。

进一步地，所述的步骤S104中，C_精确与TP_{二沉池出口}之间的拟合线性回归方程为：C_精准＝59.833TP_{二沉池出口}+3.2527。

进一步地，所述步骤S300中，除磷剂添加量是指所述的理论修正加药浓度 C_精准，理论修正加药浓度C_精准与除磷加药泵流量Q_加药流量之间的关系式为：

Q_加药流量为除磷加药泵的流量，mg/L；

Q为市政污水处理系统的污水水量，m³/h，根据市政污水处理系统污水进口的流量计读数可得；C_配药为聚合硫酸铁(PFS)的配药浓度，取5％。

进一步地，步骤S101中，聚合硫酸铁(PFS)的理论加药浓度C_理论与化学除磷量△TP之间的模型如下：

C为聚合硫酸铁(PFS)的理论加药浓度C_理论，mg/l；

A为投加系数，参考《室外排水设计规范》，取1.5；

M_Fe为铁摩尔质量，取56g/mol；

M_p为磷摩尔质量，取31g/mol；

△TP为总磷去除量，mg/l；

X为聚合硫酸铁(PFS)有效成分，为11％；

M_Fe2(SO4)3为硫酸铁摩尔质量，取400g/mol；

B为有效含铁量，通过计算所得为0.0308。

本发明的有益效果在于：

本发明通过将除磷剂加药量与污染物浓度变化实时挂钩，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。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图：

图1为本发明精准加药除磷方法的流程图；

图2为本发明市政污水处理系统的工艺流程图；

图3为本发明理论加药浓度C_理论与理论修正加药浓度C_精准的回归曲线；

图4为本发明理论修正加药浓度C_精准与加药除磷前的污水磷浓度TP_{二沉池出口}的回归曲线。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，一种市政污水处理系统精准加药除磷的方法，具体步骤如下：

步骤S100：构建市政污水处理系统加药除磷前的污水磷浓度TP_{二沉池出口}与除磷剂添加量C_精确之间的关系模型，C_精准＝59.833TP_{二沉池出口}+3.2527(γ＝0.83)；其中，所述市政污水处理系统中，如图2所示，污水依次流过粗格栅、提升泵站、细格栅、沉砂池、氧化沟、二沉池、深床滤池和紫外消毒渠，除磷加药泵的加药输出管路与二沉池与深床滤池之间的排水管路上的加药点连通；加药输出管路上设有磷加药泵流量计，TP在线监测仪位于二沉池的出水口处。

步骤S200：在保证水质达标排放的前提下，控制器根据TP在线监测仪检测所得的污水磷浓度，利用所述的关系模型计算得到除磷剂添加量；

步骤S300：除磷剂添加量是指所述的理论修正加药浓度C_精准，根据理论修正加药浓度C_精准与除磷加药泵流量Q_加药流量之间的关系式计算得到所需的除磷加药泵流量Q_加药流量，具体的关系式如下：

Q_加药流量为除磷加药泵的流量，mg/L；Q为市政污水处理系统的污水水量，m³/h，根据市政污水处理系统污水进口的流量计读数可得；C_配药为聚合硫酸铁(PFS)的配药浓度，取5％。

步骤S400：控制器根据除磷加药泵流量计的读数与所需的除磷加药泵流量比较，通过控制除磷加药泵变频器对除磷加药泵的转速进行调控，使除磷加药泵流量计的读数与所需的除磷加药泵流量一致。所述的除磷剂采用的是聚合硫酸铁 (PFS)。

上述步骤S100中关系模型的创建方法包括以下步骤：

步骤S101：根据磷酸盐化学反应式，建立聚合硫酸铁(PFS)的理论加药浓度C_理论与化学除磷量△TP之间的模型，化学除磷量△TP为TP_{二沉池出口}与TP_总排放口之差，TP_{二沉池出口}为加药除磷前的污水磷浓度，TP_总排放口为加药除磷后的污水磷浓度；

具体来说，聚合硫酸铁(PFS)的理论加药浓度C_理论与化学除磷量△TP之间的模型如下：

C为聚合硫酸铁(PFS)的理论加药浓度C_理论，mg/l；

A为投加系数，参考《室外排水设计规范》，取1.5；

M_Fe为铁摩尔质量，取56g/mol；

M_p为磷摩尔质量，取31g/mol；△TP为总磷去除量，mg/l；

X为聚合硫酸铁(PFS)有效成分，为11％；

M_Fe2(SO4)3为硫酸铁摩尔质量，取400g/mol；

B为有效含铁量，由式子(2)计算所得为0.0308，

步骤S102：根据步骤S1中的模型，运行市政污水处理系统进行除磷加药实验得到数组稳定运行的实验数据，实验数据包括加药除磷前的污水磷浓度TP_{二沉池出口}、加药除磷后的污水磷浓度TP_总排放口、理论加药浓度C_理论和实际加药浓度C_实际；具体的实验数据详见表1和表2：

表1湛江市某城区污水厂市政污水处理系统TP实测值

表2湛江市某城区污水厂PFS理论及实际加药浓度值

步骤S103：根据实验数据表2中的理论加药浓度C_理论和实际加药浓度C_实际，对理论加药浓度C_理论进行修正，得到理论加药浓度C_理论与理论修正加药浓度C_精准之间的修正关系式，根据修正关系式得到与理论加药浓度C_理论相对应的理论修正加药浓度C_精准；

直线回归方程的检验：根据数理统计可知，回归系数

式中Lxx＝∑x_i ²-(∑x_i)²/n，Lxy＝∑x_iY_i-(∑x_i)(∑Y_i)/n，

当γ＝0时，x与Y无关；当0＜|γ|＜1时，说明x与Y有一定线性关系；γ＞0，为正相关，γ＜0为负相关。

拟合线性回归方程得C_精准＝0.7204C_理论-19.432(γ＝0.85)，回归曲线见图3。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)，由此线性回归显著，两者线性相关较好。

步骤S104：根据步骤S3中的理论加药浓度C_理论相对应的理论修正加药浓度 C_精准，以及实验数据表1和表2中理论加药浓度C_理论相对应的加药除磷前的污水磷浓度TP_{二沉池出口}，得到C_精准与TP_{二沉池出口}之间的拟合线性回归方程，该拟合线性回归方程为市政污水处理系统加药除磷前的污水磷浓度与除磷剂添加量之间的关系模型。

拟合线性回归方程得C_精准＝59.833TP_{二沉池出口}+3.2527(γ＝0.83)，回归曲线见图4。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)，由此线性回归显著，两者线性相关较好。

工作原理：本发明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。本发明所用的装置以广东省湛江市某污水处理厂的市政污水处理系统为载体，在市政污水处理系统中增设了除磷加药泵和控制器等精准加药除磷装置，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》(DB44/26-2001)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》(GB18918-2002)一级A标准中较严者。

此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种市政污水处理系统精准加药除磷的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤S100：构建市政污水处理系统加药除磷前的污水磷浓度与除磷剂添加量之间的关系模型；所述关系模型的创建方法包括以下步骤：步骤S101：根据磷酸盐化学反应式，建立聚合硫酸铁（PFS）的理论加药浓度C_理论与化学除磷量△TP之间的模型，化学除磷量△TP为TP_{二沉池出口}与TP_总排放口之差，TP_{二沉池出口}为加药除磷前的污水磷浓度，TP_总排放口为加药除磷后的污水磷浓度；步骤S102：根据步骤S101中的模型，运行市政污水处理系统进行除磷加药实验得到数组稳定运行的实验数据，实验数据包括加药除磷前的污水磷浓度TP_{二沉池出口}、加药除磷后的污水磷浓度TP_总排放口、理论加药浓度C_理论和实际加药浓度C_实际；步骤S103：根据实验数据中的理论加药浓度C_理论和实际加药浓度C_实际，对理论加药浓度C_理论进行修正，得到理论加药浓度C_理论与理论修正加药浓度C_精准之间的修正关系式，根据修正关系式得到与理论加药浓度C_理论相对应的理论修正加药浓度C_精准；步骤S104：根据步骤S103中的理论加药浓度C_理论相对应的理论修正加药浓度C_精准，以及实验数据中理论加药浓度C_理论相对应的加药除磷前的污水磷浓度TP_{二沉池出口}，得到C_精准与TP_{二沉池出口}之间的拟合线性回归方程，该拟合线性回归方程为市政污水处理系统加药除磷前的污水磷浓度与除磷剂添加量之间的关系模型；

步骤S200：在保证水质达标排放的前提下，控制器根据TP在线监测仪检测所得的污水磷浓度，利用所述的关系模型计算得到除磷剂添加量；

步骤S300：根据除磷剂添加量与除磷加药泵流量之间的关系式计算得到所需的除磷加药泵流量；

步骤S400：控制器根据除磷加药泵流量计的读数与所需的除磷加药泵流量比较，通过控制除磷加药泵变频器对除磷加药泵的转速进行调控，使除磷加药泵流量计的读数与所需的除磷加药泵流量一致。

2.根据权利要求1所述的市政污水处理系统精准加药除磷的方法，其特征在于，所述市政污水处理系统中，污水依次流过粗格栅、提升泵站、细格栅、沉砂池、氧化沟、二沉池、深床滤池和紫外消毒渠，除磷加药泵的加药输出管路与二沉池与深床滤池之间的排水管路上的加药点连通；加药输出管路上设有磷加药泵流量计， TP在线监测仪位于二沉池的出水口处。

3.根据权利要求2所述的市政污水处理系统精准加药除磷的方法，其特征在于：所述的步骤S103中，修正关系式为：

。

4.根据权利要求3所述的市政污水处理系统精准加药除磷的方法，其特征在于，所述的步骤S104中，C_精确与TP_{二沉池出口}之间的拟合线性回归方程为：

。

5.根据权利要求4所述的市政污水处理系统精准加药除磷的方法，其特征在于：

所述的步骤S300中，除磷剂添加量是指所述的理论修正加药浓度C_精准，理论修正加药浓度C_精准与除磷加药泵流量Q_加药流量之间的关系式为：

，Q _加药流量为除磷加药泵的流量，mg/L；Q为市政污水处理系统的污水水量，m³/h，根据市政污水处理系统污水进口的流量计读数可得；C_配药为聚合硫酸铁（PFS）的配药浓度，取5%。

6.根据权利要求5所述的市政污水处理系统精准加药除磷的方法，其特征在于：步骤S101中，聚合硫酸铁（PFS）的理论加药浓度C_理论与化学除磷量△TP之间的模型如下：

，

C为聚合硫酸铁（PFS）的理论加药浓度C_理论，mg/l；

A为投加系数，参考《室外排水设计规范》，取1.5；

M_Fe为铁摩尔质量，取56g/mol；

M_p为磷摩尔质量，取31g/mol；△TP为总磷去除量，mg/l；

X为聚合硫酸铁（PFS）有效成分，为11%；

M_{Fe2（SO4）3}为硫酸铁摩尔质量，取400g/mol；

B为有效含铁量，由式子（2）计算所得为0.0308，

（2）。

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