污水处理厂化学除磷策略

1、Slide 1污水处理厂污水处理厂 化学除磷策略Slide 2除磷要求除磷要求化学除磷概述化学除磷化学除磷正磷酸盐和总磷酸盐的监测方法和监测点设置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化学除磷的控制概念成本效益计算成本效益计算案例案例: United Utilities（联合应用公司联合应用公司 ）的）的Burnley污水处理厂污水处理厂Slide 3除磷要求欧洲法规限值限值 敏感地区的最低要求10,000 - 100,000 人口当量 总磷小于 2 mg/l 或去除率达80 % 100,000 人口当量 总磷小于 1 mg/l 或去除率达80 % 管理措施管理措施 根据污

2、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Slide 4化学除磷 - 基本原理- 工艺类型 - 对化学除磷进行控制的原因Slide 5化学除磷基本原理前置沉淀前置沉淀在初沉池前投加金属沉淀剂到原水中同步沉淀同步沉淀在生物处理过程中投加金属沉淀剂后置沉淀后置沉淀 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Slide 6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

3、+M+M+：金属沉淀剂：金属沉淀剂Slide 7化学除磷前置沉淀优点优点 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边界条件 为了后续生物处理过程的需要，需要保证有12mg/l的剩余磷浓度缺点缺点 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Slide 8化学除磷同步沉淀优点优点 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 缺点缺点 增加无机污泥的含量 （影响污

4、泥龄） 影响碱度，影响硝化过程Slide 9化学除磷后置沉淀优点优点 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Slide 10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

5、化化在线监测和控制可以使过程清晰化化Slide 11化学除磷值的定义定义定义 (DWA德国水协德国水协) = mol Me / mol Ptot Ptot 沉淀反应池进水中的总磷 Me 金属沉淀剂 = 1,5 达到限制Ptot=2 mg/l (当 Q 1,5 达到限制Ptot 12 mg/l的必要条件 1 把生物处理阶段当作沉淀反应池的处理厂采用此值Slide 12节约潜力 化学除磷节约潜力节约潜力沉淀剂污泥处置使用闭环控制策略，沉淀剂用量可减少使用闭环控制策略，沉淀剂用量可减少25需要去除的磷值生物除磷的效率化学剂量因子需要去除的磷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

6、泥Slide 13Anschlussgr鲞e EWEntsorgung (/tTS)30507020016.30022.70037.90030013.90019.40032.30040012.10016.90028.10050010.70015.00024.9006009.60013.40022.4007008.70012.20020.300Bio - P %节约潜力 化学除磷节约潜力节约潜力沉淀剂污泥处置Considerations: Precipant: 40% Fe3Cl, 130 /t Active Subst: 13,8% = 1,5; 1,8gr P/EW/TagfTS=2,5 k

7、g TS / kg FeSaving Precipitation 10 %Cost Analyser: incl. labour: 5.628,- no labour: 3.288,-处置计算如下：沉淀剂：40Fe3Cl，130 /t活性subst：13.8=1.5; 1.8gr p/EW/TagfTS=2.5 kg TS / kg Fe节约沉淀剂 10价格分析：包括人工不包括人工生物除磷Slide 14反馈控制 最佳策略!反馈控制PO4Standard deviation is typical 0.03 mg/l PO4-P.Strategy Avg. dosing (l/min) Rela

8、tive consumption (i.c.t. feed backward) Feed backward control 0.42 100% Constant dosing 0.66 167% Flow proportional dosing 0.62 156% Feed forward control 0.54 136% 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/l PO4-P天出水中的磷酸盐浓度(mg/l PO4-P)Slide 15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

9、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Slide 16监测技术和样品准备系统 - 正磷酸盐正磷酸盐 (PO4-P)- 总磷酸盐总磷酸盐 (Ptot)Slide 17PHOSPHAXsigma的结构样品消解后采用钼蓝法测定Slide 18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Slide 19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以正磷酸盐形式存在的磷 (PO4

10、-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Slide 20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以正磷酸盐形式存在的磷 (PO4-P) 监测监测 对受关注的出水中Ptot而言，这一监测没有意义 控制控制 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！总磷总

11、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Slide 21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)Slide 22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

12、本效益Slide 23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，.优点优点 投资费用低缺点缺点 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Slide 24控制策略根据时段调整药剂投加量0,00,20,40,60,81,020.922.924.926.928.930.9DatumPO4-P mg/l040080012001600

13、2000Fe-Menge l/hlimiting value举例举例 9月26日PO4-P超标日期限值限值Fe溶液溶液 （l/h）PO4-P （mg/l）Slide 25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用量用量的计算的计算 QPr = K Q 55,8/30,9 1/ 1/GFEPO4-P需要具备的条件需要具备的条件 PO4-P和流量 (Q)的在线监测优点优点 快速响应负荷的变化缺点缺点 没有过程控制 前置沉淀：必须考虑磷的吸收 竞争反应PO4-PXQprecPO4-PloadQSlide 26控制策略PO4-P浓度的闭环控制优点优点 过程控制需要具备

14、的条件需要具备的条件 PO4-P的在线监测污水计量泵设定值沉淀剂沉淀过程PO4-P设定值设定值 w: w = Limit - cSS cP,SS - safety Slide 27控制策略PO4-P浓度的闭环控制举例举例0,00,20,40,60,81,09.1011.1013.1015.1017.1019.10DatumPO4-P mg/l0400800120016002000Fe-Menge l/h闭环控制开始 出水出水PO4-P平均浓度提高平均浓度提高考虑流量Fe溶液溶液 （l/h）PO4-P （mg/l）日期Slide 28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

15、的闭环控制优点优点 过程控制需要具备的条件需要具备的条件 PO4-P和流量 (Q)的在线监测QX1Q设定值设定值 w: w = Limit - cSS cP,SS - safety Slide 29控制策略前馈控制和反馈控制的结合需要具备的条件需要具备的条件 PO4-P和流量 (Q)的在线监测优点优点 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-PloadQXSlide 30控制策略前馈控制和反馈控制的结合举例举例0,000,200,400,600,801,008.1010.1012.1014.1

16、016.1018.10DatumPO4-P mg/l04008001.2001.6002.000Fe-Menge l/h 出水浓度非常稳定出水浓度非常稳定 药剂用量降低约药剂用量降低约18 % Fe溶液溶液 （l/h）PO4-P （mg/l）日期Slide 31反馈控制 最佳策略!反馈控制PO4Standard deviation is typical 0.03 mg/l PO4-P.Strategy Avg. dosing (l/min) Relative consumption (i.c.t. feed backward) Feed backward control 0.42 100% C

17、onstant dosing 0.66 167% Flow proportional dosing 0.62 156% Feed forward control 0.54 136% 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/l PO4-P天出水中的磷酸盐浓度(mg/l PO4-P)Slide 32化学除磷的成本估算工具Slide 33成本估算Required -value in dependence of Ptot,o and Ptot,e Precipitation in raw wasterwater01020304

18、0506070809010000,511,522,533,544,555,56Beta mol Me/mol PtotPtot Elimination % -0,2 + 1,52 ln(Ptot,o/Ptot,e)根据Ptot,o（沉淀前Ptot）和Ptot,e （沉淀后Ptot）确定值前置沉淀前置沉淀Ptot去除率 （） （mol Me/mol Ptot）Slide 34化学除磷值的定义定义定义 (Wedi et. al.) = mol Me / mol PO4-P PO4-P：药剂投加点处以正磷酸盐形式存在的磷 该定义得到的该定义得到的值偏高值偏高!定义定义(DWA德国水协德国水协) =

19、mol Me / mol Ptot Ptot 沉淀反应池进水中的总磷 Me 沉淀剂 = 1,5 达到限制Ptot=2 mg/l (当 Q 1,5 达到限制Ptot 12 mg/l的必要条件 1 把生物处理阶段当作沉淀反应池的处理厂采用此值Slide 35成本估算根据PO4-Po （沉淀前PO4-P）和PO4-Pe （沉淀后PO4-P ）确定值Simultaneous Precipitation010203040506070809010000,511,522,533,544,555,56Beta mol Me/mol PO4-PPO4-P Elimination % 0,34 + 1,08 ln

20、(PO4-Po/PO4-Pe)同步沉淀同步沉淀PO4-P 去除率 （） （mol Me/mol PO4-P）Slide 36Post-Precipitation010203040506070809010000,511,522,533,544,555,56Beta mol Me/mol PO4-PPO4-P Elimination % 0,43 + 1,31 ln(PO4-Po/PO4-Pe)后置沉淀后置沉淀 （mol Me/mol PO4-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 ）确定值Slide 37成本估算同步沉淀、后沉

21、淀中污泥的产生量Production of TSS for Simultaneous- and Post-Precipitation00,511,522,533,544,555,560123456789101112Beta mol Me/mol PO4-Pspec. TSS-Production g TSS/g MeFeFeFeAlWasser+P+Fen. SampsonFe/Al 1:2FeFe/Al 1:2Al同步沉淀和后沉淀中同步沉淀和后沉淀中TSS（总固体）的产生量（总固体）的产生量TSS产生量 （g TSS/g Me） （mol Me/mol PO4-P）Slide 381,752

22、,1 （mol Me/mol PO4-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 ）确定值Slide 3900,250,50,7511,251,51,7522,252,5成本估算根据值确定沉淀剂的需求量对于Fe沉淀剂而言: FPR = 12,5 1,806 mg Fe /l = 22,58 mg Fe / l减少减少19 %10,01,7512,52,1FPR = 10,0 1,806 mg Fe /l = 18,1 mg Fe / l （mol Me/mol PO4-P）沉淀剂用量/f （mg Me/l）若采用Fe

23、为沉淀剂，当值从2.1降至1.75时，沉淀剂用量减少19Slide 40成本估算由沉淀产生的污泥量2,11,75 （mol Me/mol PO4-P）TS产生量 （g TS/g Me）Slide 41应用 United UtilitiesUnited Utilities（联合应用公司联合应用公司 ）的）的BurnleyBurnley污水污水处理厂的磷去除设计处理厂的磷去除设计Slide 42历史Burnley 污水处理厂Slide 43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Bu

24、rnley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-1Slide 44Burnley 污水处理厂Burnley污水处理厂为什么是一个非典型的处理厂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