一文读懂｜污水处理外加药剂减量化控制技术币安——比特币、以太币以及竞争币等加密货币的交易平台

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　　为满足城镇污水处理厂日益严格的氮、磷排放标准,大量外加碳源和除磷药剂用于强化脱氮除磷。外加药剂通常采用定量投加方法,容易导致投加过量,不仅影响生化处理效果,而且造成资源浪费。而在线动态监测以及精确控制系统通过建模对外加药剂用量进行实时调控,能够减少外加药剂投加量,降低运行成本。此外,优化工艺流程也能实现高效脱氮除磷,节省外加药剂。因此,本文介绍了外加碳源、除磷药剂和精准化投加技术的研究现状;分析了模型建模、机理探究以及投加控制策略;探讨了通过工艺流程优化提升生物脱氮除磷的技术手段;提出了将智能控制技术与全流程工艺优化相结合的药剂减量化整体调控策略,为污水处理厂实现节能降耗提供借鉴与指导。

　　反硝化过程是污水生物脱氮的关键步骤之一,影响因素包括污水中碳源、温度、硝化液回流比 等,其中碳源是重要的影响因素。 在污水处理过程中,反硝化过程对碳氮比(C/N)要求较高,当进水生化需氧量/总氮(BOD 5 /TN)大于4时,认为原水中含有充足的碳源。 而研究表明我国污水处理厂进水普遍存在碳源不足的问题,如郭泓利等研究发现全国127座污水处理厂进水BOD 5 /TN的平均值为2.66,低C/N进水容易导致反硝化过程不完全,造成出水TN不达标。 为满足日趋严格的TN排放标准,污水处理厂通常采取投加甲醇、乙酸钠、葡萄糖等外加碳源,并通过传统控制技术或自动控制技术来强化生物脱氮。

　　目前国内外城镇污水处理厂采用的除磷方法包括生物法、化学法及两者协同处理技术。 其中,传统生物除磷技术主要依赖聚磷菌厌氧释磷-好氧超量吸磷作用达到除磷的目的,其代表工艺主要有厌氧-好氧(AO)、厌氧-缺氧-好氧(AAO)、Bardenpho、序列间歇式活性污泥法(SBR)等。 实际运行表明,单一的生物除磷效果受进水碳源、溶解氧(DO)等因素影响,出水总磷(TP)难以保持稳定达标。 因此,添加化学除磷单元辅助强化除磷十分必要。 化学除磷过程通过向污水中投加铝和铁等金属盐化学药剂,使其与水中以磷酸盐形式存在的无机磷形成不溶性物质,同时金属盐也会发生凝聚作用,将不溶性小颗粒凝聚为大颗粒后经沉淀去除。 目前常用的药剂有聚合氯化铝、聚合硫酸铁、三氯化铁等。 化学除磷过程受药剂反应时间、药剂种类、投加量及投加位置等诸多因素影响,其中药剂投加量影响程度最明显。

　　目前基于前馈、反馈及数学预测模型的自动控制技术在国内的研究应用已逐渐成熟。邱勇等比较了时序、前馈、反馈3种控制策略,发现出水反馈控制在保证出水达标的情况下,可节约16%的药剂量。但前馈控制在实际应用中过于依赖数学模型的准确性,无法实现出水控制;反馈控制则存在进水水质周期性变化和生化反应周期较长导致反馈滞后的问题。近年来,在线监测设备的普及使自动控制技术向前馈-反馈复合控制方向发展,前馈-反馈复合控制首先利用前馈控制进水水质变化的影响,而后针对出水水质情况运用反馈控制进行调整。虽然在一定程度上降低了污水处理厂污泥产量及运行成本,但仍未彻底解决复杂生化反应的滞后性问题。

　　为进一步提高智能控制技术的精准性和可行性,国内外学者不断对碳源及除磷药剂动态投加机理模型进行研究和创新。Iacopozzi等引入硝化过程两步法ASM3-2N模型,在Matlab/Simulink平台上实现了外加碳源模型化精准控制。Kim等使用了一种带有在线实时电荷分析系统和滴定仪的中试设备,利用胶体电荷滴定实时控制药剂投加量,平均药剂投加量减少14%,装置TP去除率增加5%。上述对实际污水处理脱氮除磷机理模型的研究,在提高碳源及除磷药剂使用效率的同时,也为提高模型预测精准度提供了理论依据。但目前基于模糊控制和神经网络控制的智能控制策略仍处在小试和中试阶段,有待进一步研究和应用。

　　在污水处理厂工艺流程优化过程中,应着重关 注各构筑物的进出水和沿流程水质。结合仪表、控制和自动化技术精细化管理各道工艺及设备的运行情况,各段进出水水质波动范围较大时可实时调节进水量、回流量、DO浓度等参数,从而达到节能降耗的目的。同时,引入如模糊控制、人工神经网络等智能控制系统,进一步提高预测精准度,降低自动控制技术的滞后性局限。此外,将药剂精准化投加与全流程工艺优化措施相结合,协同提升整体处理效果和能源药剂利用效率是药剂减量化控制策略的发展方向,其代表性工程案例如表4所示。

　　工程实践表明,采用全流程工艺优化和前馈/反馈控制药剂投加量是药剂减量化的主要工程措施,均不同程度地降低了外加药剂的投加量和运行能耗。考虑到不同地域城镇污水处理厂进水水质特征及波动特征差异性,精准化投加技术与工艺流程优化技术结合策略应根据实际情况略有侧重。进水水质波动大、对外加药剂依赖性较强的污水处理厂,应当优先建立完整的智能控制系统;而对于进水水质稳定、外加药剂投加量变化幅度小或主要依靠主体工艺实现出水达标排放的污水处理厂,则重点关注全流程工艺优化改造措施。各个污水处理厂还需做好数据记录与分析,需要提高脱氮除磷效率的污水处理厂应首要关注生化反应段,根据季节性运行数据,制定“一厂一策”的工艺运行方案。

　　(2)采用全流程工艺优化可以从源头提高氮、磷处理效果,减少外加药剂投加。目前药剂减量化技术主要集中在智能控制技术研究,应优先从工艺运行与调控的视角进行源头药剂减量。通过进水方式优化、增/改设内回流、精准曝气等工艺流程优化技术可有效提高脱氮除磷效能,适用于大多数污水处理厂提质增效。而对于进水水质波动大、对外加药剂依赖性较强的污水处理厂,应优先建立完整的智能控制系统;进水水质稳定、外加药剂投加量变化幅度小或依靠主体工艺可实现出水稳定达标的污水处理厂,则应重点关注全流程工艺优化改造措施。