污水处理厂化学除磷策略 50页

污水处理厂化学除磷策略\n除磷要求化学除磷概述化学除磷正磷酸盐和总磷酸盐的监测方法和监测点设置化学除磷的控制概念成本效益计算案例:UnitedUtilities（联合应用公司）的Burnley污水处理厂\n除磷要求欧洲法规限值敏感地区的最低要求10,000-100,000人口当量总磷小于2mg/l或去除率达80%>100,000人口当量总磷小于1mg/l或去除率达80%管理措施根据污水处理厂的大小确定每年需测定的最小样品数2000-10,000人口当量第1年12个样品，之后每年4个样品10,000-50,000人口当量每年12个样品>50,000人口当量每年24个样品\n化学除磷-基本原理-工艺类型-对化学除磷进行控制的原因\n化学除磷基本原理前置沉淀在初沉池前投加金属沉淀剂到原水中同步沉淀在生物处理过程中投加金属沉淀剂后置沉淀作为三级处理过程，向出水中投加金属沉淀剂，之后混合沉淀\n化学除磷工艺类型同步沉淀前置沉淀后置沉淀厌氧缺氧好氧絮凝池接触过滤初沉池二沉池M+M+M+M+M+M+：金属沉淀剂\n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\n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\n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\n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\n化学除磷ß值的定义定义(DWA－－德国水协)ß=molMe/molPtotPtot沉淀反应池进水中的总磷Me金属沉淀剂ß=1,5达到限制Ptot=2mg/l(当Q<=2Qt时)的推荐值ß>1,5达到限制Ptot<1～2mg/l的必要条件ß<1把生物处理阶段当作沉淀反应池的处理厂采用此ß值\n节约潜力化学除磷节约潜力沉淀剂污泥处置使用闭环控制策略，沉淀剂用量可减少25％需要去除的磷ß值生物除磷的效率化学剂量因子需要去除的磷ß值生物除磷的效率化学剂量因子污泥产量系数FM：沉淀剂TS：污泥\n节约潜力化学除磷节约潜力沉淀剂污泥处置Considerations:Precipant:40%Fe3Cl,130€/tActiveSubst:13,8%ß=1,5;1,8grP/EW/TagfTS=2,5kgTS/kgFeSavingPrecipitation10%CostAnalyser:incl.labour:5.628,-€nolabour:3.288,-€处置计算如下：沉淀剂：40％Fe3Cl，130€/t活性subst：13.8％ß=1.5;1.8grp/EW/TagfTS=2.5kgTS/kgFe节约沉淀剂10％价格分析：包括人工不包括人工生物除磷\n反馈控制–最佳策略!反馈控制PO4Standarddeviationistypical0.03mg/lPO4-P.策略平均剂量相对消耗量（以反馈控制为基准）反馈控制剂量保持不变剂量与流量保持正比前馈控制标准偏差一般为0.03mg/lPO4-P天出水中的磷酸盐浓度(mg/lPO4-P)\n生物强化除磷的工艺稳定性总是不能满足处理要求而且也难以预测绝大部分具有生物除磷功能的污水处理厂都需要附加化学沉淀除磷通常，铁或铝等化学试剂的添加是保证出水中较低磷浓度的必要条件谨慎使用沉淀剂不会抑制生物除磷化学除磷对沉淀进行控制的原因\n监测技术和样品准备系统-正磷酸盐(PO4-P)-总磷酸盐(Ptot)\nPHOSPHAXsigma的结构样品消解后采用钼蓝法测定\n样品准备FILTRAX和SIGMATAX2SEDITAX2准备样品用于测定Ptot和TOC实现样品的均一化\n监测点生物处理阶段的进水生物反应池进水的监测-对于前置沉淀有意义以正磷酸盐形式存在的磷(PO4-P)磷的水解不完全只有60-75%的Ptot以PO4-P的形式存在而被测定缺乏生物处理阶段的生物除磷信息不能确定需化学去除的PO4-P的量总磷(Ptot)缺乏生物处理阶段磷吸收的情况不是所有的磷必须被水解样品准备Ptot样品的准备费用很高PO4-P的测定需要离子过滤\n监测点生物处理阶段的出水生物反应池出水的监测-监测PO4-P来控制沉淀以正磷酸盐形式存在的磷(PO4-P)监测对受关注的出水中Ptot而言，这一监测没有意义控制对同步沉淀来说，为了控制出水中的PO4-P，推荐进行这一测定！总磷(Ptot)对于监测或者控制来说都没有意义结合在污泥絮体上不可沉淀的磷可以通过此测定获得\n监测点二沉出水二沉出水-建议监测Ptot以正磷酸盐形式存在的磷(PO4-P)监测出水PO4-P的浓度应该考虑Ptot浓度!一般情况下，Ptot和PO4-P没有固定的比例关系!控制出水PO4-P的浓度因为时间上滞后太大所以无法实现总磷(Ptot)监测出水Ptot的浓度必须考虑悬浮固体控制出水Ptot的浓度只能影响PO4-P控制的设定值(见后)\n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\n控制策略根据时段或流量调整药剂投加量需要具备的条件已知一天中的磷酸盐负荷/浓度的变化通过一系列的监测确定磷负荷/浓度的变化规律（需时常重复）需区分周末和工作日，....优点投资费用低缺点对进水负荷/浓度的偏离不能做出响应药剂的投加量几乎不可能准确，很可能过量投加药剂费用、污泥处置费用均较高前置沉淀由于正磷酸盐和碱度的降低，会对后续的生物处理阶段产生较大影响\n控制策略根据时段调整药剂投加量limitingvalue举例9月26日PO4-P超标日期限值Fe溶液（l/h）PO4-P（mg/l）\n污水沉淀剂计量泵沉淀过程QPr控制策略根据PO4-P负荷调整药剂投加量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PO4-PXQprecPO4-PloadQ\n控制策略PO4-P浓度的闭环控制优点过程控制需要具备的条件PO4-P的在线监测污水计量泵设定值沉淀剂沉淀过程PO4-P设定值w:w=Limit-cSS·cP,SS-safety\n控制策略PO4-P浓度的闭环控制举例闭环控制开始出水PO4-P平均浓度提高考虑流量Fe溶液（l/h）PO4-P（mg/l）日期\n污水计量泵设定值沉淀剂沉淀过程PO4-P控制策略PO4-P浓度的闭环控制优点过程控制需要具备的条件PO4-P和流量(Q)的在线监测QX1Q设定值w:w=Limit-cSS·cP,SS-safety\n控制策略前馈控制和反馈控制的结合需要具备的条件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缺点费用较高PO4-P污水计量泵设定值沉淀过程PO4-P沉淀剂XQprecPO4-Pload+QX\n控制策略前馈控制和反馈控制的结合举例出水浓度非常稳定药剂用量降低约18%Fe溶液（l/h）PO4-P（mg/l）日期\n反馈控制–最佳策略!反馈控制PO4Standarddeviationistypical0.03mg/lPO4-P.策略平均剂量相对消耗量（以反馈控制为基准）反馈控制剂量保持不变剂量与流量保持正比前馈控制标准偏差一般为0.03mg/lPO4-P天出水中的磷酸盐浓度(mg/lPO4-P)\n化学除磷的成本估算工具\n成本估算Requiredß-valueindependenceofPtot,oandPtot,eß-0,2+1,52ln(Ptot,o/Ptot,e)根据Ptot,o（沉淀前Ptot）和Ptot,e（沉淀后Ptot）确定ß值前置沉淀Ptot去除率（％）ß（molMe/molPtot）\n化学除磷ß值的定义定义(Wediet.al.)ß=molMe/molPO4-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!定义(DWA－－德国水协)ß=molMe/molPtotPtot沉淀反应池进水中的总磷Me沉淀剂ß=1,5达到限制Ptot=2mg/l(当Q<=2Qt时)的推荐值ß>1,5达到限制Ptot<1～2mg/l的必要条件ß<1把生物处理阶段当作沉淀反应池的处理厂采用此ß值\n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ß0,34+1,08ln(PO4-Po/PO4-Pe)同步沉淀PO4-P去除率（％）ß（molMe/molPO4-P）\nß0,43+1,31ln(PO4-Po/PO4-Pe)后置沉淀ß（molMe/molPO4-P）PO4-P去除率（％）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\n成本估算同步沉淀、后沉淀中污泥的产生量同步沉淀和后沉淀中TSS（总固体）的产生量TSS产生量（gTSS/gMe）ß（molMe/molPO4-P）\n1,752,1ß（molMe/molPO4-P）沉淀处的PO4-P浓度（mg/l）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\n00,250,50,7511,251,51,7522,252,5成本估算根据ß值确定沉淀剂的需求量对于Fe沉淀剂而言:FPR=12,5·1,806mgFe/l=22,58mgFe/l减少19%10,01,7512,52,1FPR=10,0·1,806mgFe/l=18,1mgFe/lß（molMe/molPO4-P）沉淀剂用量/f（mgMe/l）若采用Fe为沉淀剂，当ß值从2.1降至1.75时，沉淀剂用量减少19％\n成本估算由沉淀产生的污泥量2,11,75ß（molMe/molPO4-P）TS产生量（gTS/gMe）\n应用UnitedUtilities（联合应用公司）的Burnley污水处理厂的磷去除设计\n历史Burnley污水处理厂\n历史Burnley污水处理厂最早可以追溯到1887年处理厂经理被公认是Watson博士，他将活性污泥处理工艺先用于Davyhulme污水处理厂，之后又用于Burnley污水处理厂Burnley污水处理厂如今处理的污水来自Burnley城及其周边市镇生活污水负荷相当于102,000人口当量工业污水负荷相当于82,000人口当量典型的欧共体城市污水处理标准去除率达80%或者出水总磷浓度小于1mgl-1\nBurnley污水处理厂Burnley污水处理厂为什么是一个非典型的处理厂?受到当地工业的影响，进水磷负荷非常高日进水的总磷浓度大于40mgl-1总磷中的正磷酸盐比例高设计标准–根据负荷的变化满足去除率达80%或者出水总磷浓度小于1mgl-1中的一种设计研究包括：BNR（以除磷脱氮为主要对象的生物营养物去除）工艺不适用–当地的工业会持续多久?运行新的处理工艺时会费用高、困难大采用化学方法除磷是最好的解决方法药剂投加方法的选择必须同时优化铁和碱性试剂的使用，还要尽量减少污泥的产生和维持生物处理效果投加方案的长期中试研究由于竞争反应的存在，药剂投加比例即铁:磷的比例可从1:1到4:1剧烈变化\nBurnley污水处理厂场地平面图PO4-PPO4-PTSSpHPO4-PPO4-PNH4-NpH消化池NTF二沉池活性污泥处理初沉池铁铁碱性试剂回流污泥\nBurnley污水处理厂硫酸铁的反馈/闭环控制PO4-PPO4-PNH4-N初沉池铁碱性试剂污水剂量泵设定值硫酸铁PO4-P沉淀反应碱性试剂的投加量根据硫酸铁的投加剂量根据化学剂量反应关系得到药剂存储和投加控制\nBurnley污水处理厂硫酸铁的反馈/闭环控制PO4-PPO4-PNH4-N初沉池铁碱性试剂药剂存储和投加控制\nBurnley污水处理厂硫酸铁的反馈/闭环控制PO4-PPO4-PNH4-N初沉池铁碱性试剂药剂存储和投加控制\nBurnley污水处理厂硫酸铁的反馈/闭环控制PO4-PPO4-PNH4-N初沉池铁碱性试剂药剂存储和投加控制\nBurnley污水处理厂获得成功!UU（联合应用公司）能按设计标准达到80％的去除率或者出水总磷浓度小于1mgl-1其他好处–快速回收期总的方案花费£1.5M最初硫酸铁的用量约为7000吨/年，腐蚀剂用量约为2500吨/年现在硫酸铁的用量小于3000吨/年，腐蚀剂用量小于1000吨/年污泥量得到了最小化从而节省了处理成本