鞍山市达道湾污水处理有限责任公司 辽宁鞍山 114011
摘要：以达道湾污水厂三级处理规模20万吨/日除磷系统为研究对象，利用精准投药系统对其升级改造。该污水处理厂进水TP为1.40—15.00mg/L，平均浓度为7.5mg/L，三级处理PAC实际投药平均50.00mg/L，改造完成后使用变频精准投药系统，污水处理厂三级处理系统投药量比未使用变频精准投药系统PAC降低了10.5%，出水TP浓度降低约20%，运行成本每年可节省约数万元，取得了良好的运行效果。
关键词：污水厂三级处理；PAC；变频精准投药；除磷。
Effect Analysis of Frequency Conversion Dosing
in DaDaoWan Sewage Treatment Plant
Ma Mingyuan，Chen Lin，WuYuandong
(Anshan Dadaowan Sewage Creatment Co., Ltd., Anshan 114011, Liaoning)
Abstract: Taking the phosphorus removal system with a tertiary treatment capacity of 2×105 T / D in Dadaowan wastewater treatment plant as the research object, the precise dosing system was used to upgrade the system. The influent TP of the sewage treatment plant is 1.40-15.00mg/L, the average concentration is 9.08mg/L, and the average dosage of PAC in the third stage treatment is 50.00mg/L. After the transformation, the dosing amount of the tertiary treatment system in the sewage treatment plant is reduced by 10.5% and the effluent TP concentration is reduced by 20% compared with that of the PAC without frequency conversion precision dosing system. The annual operation cost can be reduced by about several thousands yuan. Good results have been achieved.
Key words: tertiary treatment； PAC； variable frequency precision dosing； phosphorus removal.
1.前言
污水处理厂二级处理系统TP去除效果有限，且易受进水量，水力停留时间，污泥龄，温度，PH值等影响。为保障污水处理厂出水稳定达到GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标，达道湾污水处理厂从2012年开始升级改造，新建三级处理系统。但三级处理系统的化学除磷药剂投加量难以控制，投加量大则导致药剂浪费和运行成本的增加，投加量少则难以保障出水水质。
对三级处理化学除磷药剂投加量进行动态精确量化，利用投药数学模型，二级处理后中途提升泵开启数量，流量表的实时流量，PLC控制系统，变频药剂投加泵和在线检测仪等有机结合，形成一套精准投药系统。通过对污水处理厂药剂投加量进行理论计算，并和实际数据对比分析得出最佳药剂投加动态模型参数，从而实现三级处理化学除磷药剂精准化投加，在保障出水稳定达标的基础上，节约药剂投加量，降低生产运行成本，为污水化学除磷提供参数。
2.试验
2.1达道湾污水处理厂概况
达道湾污水处理厂设计处理规模为10万吨/日，始建于2007年，并曾于2012年进行提标改造，把光大水务的二级处理10万吨/日也并入达道湾污水处理厂的三级处理，提标改造后三级处理规模为20万吨/日，设计出水标准GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标，出水排入运粮河，具体工艺如图1所示。污水处理厂主要处理对象为区域内的居民生活污水和工业废水。
图1 达道湾污水厂工艺流程图
达道湾污水处理厂污水进水水质见下表：
鞍山市城市污水主要水质指标（mg/L）
|
指标
|
CODcr
|
BOD5
|
SS
|
TN
|
NH3-N
|
TP
|
|
数据（mg/L）
|
500
|
280
|
400
|
35
|
27
|
5
|
光大水务来水进入深度处理主要水质指标
|
指标
|
CODcr
|
BOD5
|
SS
|
TN
|
NH3-N
|
TP
|
|
数据（mg/L）
|
≤60
|
≤20
|
≤20
|
≤20
|
≤8（15）
|
≤2
|
污水处理厂出水执行一级A水质标准，其主要水质指标如下：
污水处理厂现状出水水质（mg/L）
|
pH
|
SS
|
CODcr
|
BOD5
|
TN
|
NH3-N
|
T-P
|
|
6-9
|
≤10
|
≤50
|
≤10
|
≤15
|
≤5（8）
|
≤0.5
|
2.2试验方法
通过将理论投药量计算结果和污水厂年实际投药量进行对比分析，得出精准投药系统提供数据基础。通过数字化模型建立三级处理系统精准投药数学模型，利用数学模型控制PAC投加量实现进水量、水质、投药量的联动。构建精准投药系统后，在污水厂二级出水后加入精准投药系统以开展生成性试验，试验处理水量18万吨/天，试验过程中对污水厂进水和二级出水进行采样，分析生物除磷效果，对利用精准投药系统前、后三级处理系统TP的除去效果进行对比分析，同时对比分析投药系统的药剂成本。
2.3分析方法
TP采用钼锑抗分光光度法分析，在线TP采用博克斯公司在线监测仪表监测。试验过程中钼锑抗分光光度法对在线监测系统进行不定期校准。PH值采用雷磁便携式测定仪测定。
3精准投药系统构建
3.1精准投药系统的原理
化学除磷精准投药系统主要包括投药量数学模型、药剂投加量设定和药剂投加反馈控制3部分组成（图2）。对精准投药系统的作用分别体现在控制参数调节、加药量设定值调节和计量泵频率调节3个环节。
投药量数学模型对药剂投加量设定单元起到指导作用。模型参数包括混凝池进水水量、浊度、生化池出水磷酸盐含量、投药量、沉淀池出水磷酸盐含量、沉淀池出水浊度、厂区出水总磷。根据历史数据中投药量和其他前馈参数之间的关系，将不同前馈参数对投药量的影响进行量化，作为控制参数影响前馈预测投药量，同时根据控制效果（出水TP浓度）的评估，调节控制参数。
投药量设定单元主要通过前馈预测和反馈调整两部分组成，由实时数据预测相应条件下所需投药量，并根据出水磷含量的偏差及偏差变化率对前馈模型的预测投药量进行调整。
药剂投加反馈调节单元借助变频器的调速机制，实现药剂投加量的快速连续调节，通过PID反馈控制，使实际投药量设定值变化趋势一致。
3.2精准投药系统投药量分析
3.2.1投药量理论计算
化学除磷是通过投加金属离子形成微溶磷酸盐沉淀物，进而通过棑泥去除水中的磷。在污水处理厂中一般投加PAC，其反应式为：AL3++HnPO43-n=ALPO4↓+nH+。故去除1mol磷理论上需要1mol铝3+据铝和磷的相对原子质量分别为27和31，投药系数K（铝和磷的分子量的商）约为0.87g/g，故铝的理论需求量M=k×mp，式中：mp为化学除磷单元去除磷的量，即化学除磷单元进、出水磷浓度差。
由图3可知：二级出水ρ（TP）为1.3mg/L,实际污水处理厂三级出水水ρ（TP）平均为0.3mg/L，则mp为1.00mg/L，所以实际铝的理论需求量M为0.87mg/L，换算成PAC的主要成分AL2O3为1.63mg/L。
3.2.2实际投药量分析
取达道湾污水处理厂2020年三级处理系统的投药量和出水TP数据进行分析，具体数据如下
表1三级处理系统投药量和出水水质
|
月份
|
AL2O3投药量（mg/L）
|
三级出水TP浓度（mg/L)
|
|
10
|
5.39
|
0.19
|
|
11
|
5.18
|
0.26
|
|
12
|
5.12
|
0.24
|
|
1
|
4.81
|
0.36
|
|
2
|
4.92
|
0.32
|
|
3
|
4.74
|
0.39
|
|
4
|
5.02
|
0.28
|
|
5
|
4.85
|
0.33
|
|
6
|
4.88
|
0.32
|
|
7
|
5.22
|
0.23
|
|
8
|
4.9
|
0.35
|
|
9
|
4.96
|
0.30
|
|
平均值
|
5
|
0.30
|
图3二级处理运行效果
由表1可知达污水处理厂出水TP浓度平均为0.3mg/L，可稳定达到GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标，投药量平均为5.0mg/L,是理论投药量的3.1倍，主要原因是污水处理厂二级出水SS浓度较高及二沉池与光大水务来水两路同时进水的波动。为保障污水处理厂出水稳定达到GB18918—2002一级A标，精准投药量系统投药量系数的设置以实际投药量为基础，即精准投药系统的投加系数理论值乘以3.1倍为基数，并依据 实际进出水水质和精准投药系统前后反馈系统进行调整。
4结果及分析
4.1进出水水质水量分析
为了解污水厂进水水质水量，对污水厂2019年10月至
2020年9月进水水量和水质监测数据进行分析，见表2，同时对污水厂2019年10月至2020年9月进水和二级出水TP进行采样分析，结果如图3所示。
表2 污水处理厂水量水质分析
|
月份
|
处理水量(m3)
|
进水PH
|
进水COD
(mg/L)
|
进水NH3-N（mg/L）
|
进水TP（mg/L）
|
|
2019.10
|
5689554
|
7.6
|
220
|
26.8
|
5.33
|
|
2019.11
|
5341086
|
7.5
|
246
|
25.3
|
5.26
|
|
2019.12
|
4894475
|
7.7
|
295
|
19.6
|
4.63
|
|
2020.1
|
6080050
|
7.4
|
279
|
21.9
|
4.89
|
|
2020.2
|
5267645
|
7.3
|
204
|
22.9
|
3.90
|
|
2020.3
|
5759276
|
7.3
|
286
|
20.7
|
5.71
|
|
2020.4
|
5244087
|
7.4
|
216
|
18.4
|
6.22
|
|
2020.5
|
5319966
|
7.5
|
257
|
23.2
|
4.54
|
|
2020.6
|
5537260
|
7.4
|
228
|
28.6
|
5.93
|
|
2020.7
|
5405547
|
7.5
|
282
|
30.6
|
10.50
|
|
2020.8
|
6053508
|
7.6
|
434
|
18.9
|
11.62
|
|
2020.9
|
6155265
|
7.4
|
351
|
30.0
|
7.97
|
|
平均值
|
5562309
|
7.5
|
275
|
23.9
|
6.38
|
由表2可知：污水厂进水量有一定波动，无季节性变化，污水处理量平均为18万吨/日，进水TP波动较大，在3.90—11.60mg/L，平均浓度为6.38mg/L，进水主要为生活污水，所以PH值稳定，平均为7.5。
由图3可知：污水处理厂进水TP浓度为6.34 mg/L，二级出水TP为1.30mg/L,其去除率为79.6%，说明二级处理系统除磷效果较好。出水SS浓度波动较大，平均出水浓度约为14.42mg/L，因此，二级处理出水TP和SS浓度均未能达到GB18918—2002一级A标，为保障污水处理厂出水稳定达标，需进行三级处理。
4.2精准投药前后水质分析
对使用精准投药系统前后水质开展采样分析，并对污水处理厂二级出水PH进行测定，探究精准投药系统运行前后三级处理系统运行性能。该精准投药系统运行3个月，试验结果如图4所示。
由于该污水处理厂处理城市生活污水，进水PH值较稳定，评价为7.2，不影响混凝效果。使用精准投药前后出水TP浓度均可达到GB18918—2002一级A标，使用精准投药前和使用后，出水TP浓度分别为0.42,0.30 mg/L，去除率为93.4%，95.3%，使用精准投药后TP去除率相比未使用前提高了1.9个百分点。
4.3精准投药前后运行成本分析
在试验过程中详细记录PAC的用量，并对比分析使用精准投药系统前后的药剂成本，具体结果如图5所示。
通过对污水处理厂进行精准投药系统生产性试验可知，未使用精准投药和使用精准投药系统的PAC投药量分别平均为56.28,50.39 mg/L，相比未使用精准投药系统节约了10.5%的PAC投药量，分析原因是三级出水TP浓度较低，导致节约空间较小。以污水处理厂平均处理水量18万吨/天计算，每天可节约药剂量约为800-1000kg/d,则每年精准投药系统可节约运行成本约为数万元。
5结论
5.1污水处理厂PAC实际投药量是理论投药量的3.1倍。精准投药量系统投药量系数以实际投药量的3.1倍为基数，并依据实际进水，出水水质和精准投药系统前后反馈系统进行调节。
5.2精准投药系统使用前后出水，出水TP浓度分别为0.42,0.30 mg/L，去除率为93.4%，95.3%，使用精准投药后TP去除率相比未使用前提高了1.9个百分点。
5.3精准投药系统使用后污水处理厂可节约每天可节约药剂量约为800-1000kg/d,则每年精准投药系统可节约运行成本约为数万元。
参考文献：
（1）《影响生物除磷效果的几点因素》彭艺艺，孟宪翠，刘广钊
（2）《生物除磷工艺中同步沉淀除磷药剂投加量计算》 肖秀梅，李长亮
（3）《城市污水厂化学除磷精确控制技术研究与工程示范》
马伟芳，郭浩，姜杰
（4）《鞍山市达道湾污水处理厂工程可行性研究报告》 张勇，孙清