汙水處理中化學輔助除磷自動加藥控制方法及裝置的製作方法
2023-05-17 00:41:41
專利名稱：汙水處理中化學輔助除磷自動加藥控制方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種城鎮汙水處理廠在汙水處理過程中進行化學輔助除磷的自動加藥控制方法及裝置，屬於汙水處理技術領域。
背景技術：
近年來，水體富營養化趨勢不斷加劇，嚴重威脅著人們的生產和生活。研究發現， 對於內陸水體，磷是水體富營養化的主要限制因素，而城鎮汙水處理廠的磷排放是造成水體富營養化的主要原因之一。因此，各國均制定了嚴格的城鎮汙水處理廠磷排放標準。國內外現有的汙水除磷工藝主要是生物除磷和化學除磷兩種。與化學處理方法相比，生物處理方法具有運行成本較低、剩餘汙泥產量少、同時具有生物脫氮等優勢，因此，城鎮汙水處理廠普遍採用生物除磷工藝。根據國內外的實際運行經驗，在生物處理系統中， 由於生物脫氮與生物除磷之間存在碳源競爭、硝酸鹽對除磷影響等矛盾問題，如果只採用生物除磷工藝，一般很難滿足出水要求(《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》(GB 18918— 2002) —級A出水總磷小於O. 5 mg/L))。為確保出水總磷達標排放，城鎮汙水處理廠通常在生物脫氮除磷工藝基礎上增加化學輔助除磷系統，通過投加化學藥劑進一步提高總磷去除能力。目前，國內城鎮汙水處理廠在化學輔助除磷過程中藥劑投加主要採用以下技術方
I、人工控制投加。該方法是通過人工多次採集汙水處理廠的進水，測得進水中總磷濃度，取平均值，根據化學計量關係確定化學藥劑投加量，然後將化學藥劑通過加藥泵投加至汙水處理系統，實現化學方法除磷。然而在汙水處理廠實際運行過程中，進水總磷濃度隨時間變化而波動，如果採用固定的化學藥劑投加量，一旦進水總磷濃度較高，會導致二沉池出水總磷不達標；相反，一旦進水總磷濃度較低，則造成化學藥劑的浪費，增加運營成本。2、基於進水總磷濃度的自動控制投加。該方法是通過安裝在線總磷自動監測儀， 連續監測汙水處理廠進水的總磷濃度，並將總磷濃度通過信號傳遞給中央處理器，中央處理器依據進水總磷濃度確定加藥量，將加藥量通過信號反饋給加藥計量泵，實現投藥量的連續自動控制。在實際操作過程中，由於在線總磷監測需要花費一定的時間，往往造成加藥量的反饋信號滯後，影響出水總磷濃度的達標穩定性。3、基於汙水處理系統出水總磷濃度的自動控制投加。如中國專利ZL 200410024908. 2公開的《一種化學生物絮凝處理城市汙水的自動控制方法及其裝置》，是通過總磷在線自動監測儀對生物反應池進水和二沉池出水的總磷含量進行實時在線監測，將總磷含量通過信號傳遞給中央處理器，中央處理器依據進水總磷和出水總磷濃度確定加藥量，將加藥量通過信號反饋給加藥計量泵，實現投藥量的連續自動控制。儘管與前兩種藥劑投加方式相比，該方法更加經濟、高效，但該方法在目前城鎮汙水處理廠應用中存在嚴重缺陷1)由於該自控方法的研發應用工藝中不具備生物強化除磷能力，其藥劑投加量僅依據藥劑和總磷之間的化學反應關係式來計算確定，另外，為充分發揮化學藥劑的絮凝能力，其藥劑投加點布設在生物反應池的最前端。而自2002年後，我國開始大規模新建具有生物強化除磷能力的城鎮汙水處理廠，如果不考慮生物除磷能力，其化學藥劑投加量通常較大，而過量的化學除磷藥劑對系統的生物除磷能力造成潛在的有害循環過量投加一聚磷吸收量減少一聚磷菌量減少一生物除磷量減少一需要加大投加量一聚磷菌量減少一…。2)通常, 在城鎮汙水處理廠剩餘汙泥處理處置過程中，回流的上清液攜帶有大量的磷酸鹽，對進水水質造成衝擊，如果不考慮這部分磷酸鹽的影響，很難確保出水總磷穩定達標排放。因此，對於城鎮汙水處理廠而言，如何通過自動控制系統實現最佳的藥劑投加，實現化學除磷和生物除磷的最佳協同效果，目前尚是一個技術難題。
發明內容
針對現有城鎮汙水處理廠化學輔助除磷藥劑投加自控系統的不足，本發明提供一種能夠實現化學藥劑投加過程的自動連續控制、保證出水總磷穩定達標排放的汙水處理中化學輔助除磷自動加藥控制方法，同時提供一種實現該方法的裝置。本發明的汙水處理中化學輔助除磷自動加藥控制方法，是
通過總磷在線監測儀和鐵離子在線監測儀分別對汙水處理廠的生物反應池好氧段中部位置處和二沉池出水口處進行採樣監測，採集生物反應池好氧段中間位置處水樣中的總磷濃度和二沉池出水口處水樣中的鐵離子濃度，同時通過流量計監測生物反應池進水的流
依據生物反應池好氧段中部位置處水樣的總磷濃度和生物反應池進水流量確定藥劑加藥量，藥劑為氯化鐵
藥劑投加量=1. 2 X 162. 5/31 X [TP] · (1+R) · Q，
其中藥劑投加量單位是毫克/秒；[TP]為生物反應池好氧段中部位置處水樣的總磷濃度，單位毫克/升；Q為生物反應池的進水流量，單位升/秒；R為汙泥回流比；
依據二沉池出水口處水樣中的鐵離子濃度和磷酸鐵的溶度積Ksp=[Fe3+] · [PO43I (磷酸鐵的Ksp常數查表可知)，計算出二沉池出水口處的總磷濃度，根據計算的二沉池出水口處總磷濃度對上述公式計算的藥劑投加量進行修正；若總磷濃度大於O. 45mg/L (GB18198-2002 一級A標準為O. 5 mg/L)，則修正藥劑投加量，使藥劑投加量在按上述公式計算的藥劑投加量的基礎上增加3 - 5%;如果二沉池出水口處總磷濃度小於O. 25mg/L，則修正藥劑投加量，使藥劑投加量在按上述公式計算的藥劑投加量的基礎上減少2 - 3% ;如果二沉池出水口處總磷濃度在O. 25mg/L - O. 45mg/L之間，無需修正藥劑投加量；藥劑投加點位於好氧段離其進水口 3/4好氧段總長的位置處，這樣就實現了化學輔助除磷藥劑投加的在線自動控制。實現上述方法的汙水處理中化學輔助除磷自動加藥控制裝置，採用以下方案 該裝置，包括總磷在線監測儀、鐵離子在線監測儀、流量計、中央處理器、藥劑自動投加裝置和顯示裝置，總磷在線監測儀、鐵離子在線監測儀和流量計均與中央處理器連接，藥劑自動投加裝置包括投藥箱、溶液箱和計量泵，藥箱和溶液箱通過管路與計量泵連接，計量泵與中央處理器連接，顯示裝置與中央處理器連接；
總磷在線監測儀在線監測汙水處理廠生物反應池好氧段中部位置處水樣的總磷濃度， 鐵離子在線監測儀在線監測二沉池出水口處水樣的鐵離子濃度，流量計監測生物反應池進
4水的流量，並將上述參數信號傳遞給中央處理器，中央處理器對傳遞的參數實時進行分析處理，並將數據轉換為電信號輸出給藥劑自動投加裝置和顯示裝置，藥劑自動投加裝置通過接收中央處理器處理的數據，自動實時調整計量泵的頻率來實現實時控制藥劑的投加量，進行藥劑的自動投加，顯示裝置通過接收中央處理器的信號，顯示所有實時監控數據並顯示設置的信息，一旦總磷在線監測儀或藥劑自動投加裝置出現故障就進行報警。 中央處理器採用可編程控制器PLC。本發明具有以下優點
I.在生物反應池好氧段中部位置處採樣分析總磷濃度。通常在此位置，除磷微生物已基本完成了好氧吸磷過程，依據此處的液相中溶解性磷酸鹽濃度確定主饋迴路的加藥量，不會造成因藥劑過量投加而影響生物除磷潛力的發揮。另外，與進水處採樣分析總磷來確定加藥量的方法相比，該位置採樣充分考慮了剩餘汙泥處理的上清液回流所攜帶的磷酸鹽，該方法確定的加藥量更加經濟、合理。2.在線採集水樣分析總磷濃度通常大約需要30分鐘，加藥點位於好氧段3/4處， 在該位置投加藥劑一方面不會發生由於總磷分析儀耗時而導致的信號滯後問題；另一方面，該位置投加的藥劑在進入二次沉澱池之前有充分的混合反應時間，達到高效除磷的目的。3. 二沉池出水口處水樣的鐵離子濃度檢出時間短，並可迅速傳輸給中央處理器， 經過中央處理器計算後，如果有出水不達標現象，可以迅速修正投藥量，切實保障汙水處理廠出水總憐達標，提聞出水的穩定性。4.採取修正藥劑投加量的運營方式，保障了出水水質穩定性，提高了除磷藥劑的利用效率，增強了化學同步除磷工藝抗負荷衝擊能力。
圖I是本發明的汙水處理中化學輔助除磷自動加藥控制裝置結構原理示意圖。圖2是本發明自動加藥控制的工作流程圖。其中1、總磷在線監測儀，2、鐵離子在線監測儀，3、中央處理器，4、藥劑自動投加裝置，5、顯不裝置,6、一號取樣泵,7、二號取樣泵,8、流量計、9、格柵，10、沉砂池，11、初沉池，12、缺氧段，13、厭氧段，14、好氧段，15、二沉池，16、汙泥脫水間。
具體實施例方式如圖I所示，本發明的汙水處理中化學輔助除磷自動加藥控制裝置，包括總磷在線監測儀I、鐵離子在線監測儀2、流量計8、中央處理器3、藥劑自動投加裝置4和顯示裝置
5。中央處理器3採用可編程控制器PLC。總磷在線監測儀I、鐵離子在線監測儀2和流量計8均與中央處理器3連接，顯示裝置4也與中央處理器連接。藥劑自動投加裝置4包括投藥箱、溶液箱和計量泵，藥箱和溶液箱通過管路與計量泵連接，計量泵與中央處理器3連接。圖2給出了汙水處理中化學輔助除磷自動加藥控制裝置的工作流程
汙水處理廠的布置一般由前至後依次包括格柵9、沉砂池10、初沉池11、生物反應池、 二沉池15和汙泥脫水間16，生物反應池包括缺氧段12、厭氧段13和好氧段14。二沉池15產生的汙泥一部分回流至生物反應池重複利用，另一部分與初沉池11產生的剩餘汙泥一起進入汙泥脫水間16進行脫水處理，汙泥脫水間16產生的機械脫水清液回流到沉砂池10 重新進行處理。生物反應池中回流汙泥的流量與進水流量的比值就是汙泥回流比R，該比值通常為 100%-300%。通過一號取樣泵6和二號取樣泵7分別提取汙水處理廠生物反應池好氧段14中部位置處的水樣和二沉池15出水口處的出水，總磷在線監測儀I和鐵離子在線監測儀2分別在線監測生物反應池好氧段14中部位置處水樣的總磷濃度和二沉池15出水的鐵離子濃度，並將實時監測數據通過信號傳遞給中央處理器3。通過流量計8監測生物反應池進水處進水的流量。在中央處理器3內編製程序，以流量計8監測的生物反應池進水處的進水流量、總磷在線監測儀I監測的生物反應池好氧段14中部位置處水樣的總磷濃度為輸入變量，以所需的藥劑投加量為輸出變量，按以下公式計算藥劑投加量
藥劑投加量=1. 2 X 162. 5/31 X [TP] · (1+R) · Q，
其中藥劑投加量單位毫克/秒，[TP]為生物反應池好氧段中部位置處水樣的總磷濃度，單位毫克/升；Q為生物反應池的進水流量，單位升/秒；R為汙泥回流比，通常為 100%-300%，具體數值可根據汙水處理廠的實際情況確定。藥劑為氯化鐵，氯化鐵與汙水中磷酸鹽的反應為
FeCl3+P043_ — FePO4 丨 +3CF，
從化學反應來看，三價鐵離子和磷酸離子是以等摩爾比進行的反應，所以藥劑的投加量取決於總磷的濃度，又因為汙水中的氫氧根離子與藥劑反應而生成氫氧化物，消耗了相當數量的藥劑，故在實際應用中，氯化鐵的投加量需根據其摩爾比乘上係數I. 2。上述公式中的162. 5是磷酸鐵(FeCl3)的摩爾質量，31是磷(P)的摩爾質量。在生物反應池好氧段中部位置處，除磷微生物已基本完成了好氧吸磷過程，依據此處的液相中溶解性磷酸鹽濃度確定藥劑加藥量，通常不會造成因藥劑過量投加而影響生物除磷潛力的發揮。另外，與在生物反應池進水處採樣分析總磷來確定加藥量的方法相比， 在生物反應池好氧段中部位置處採樣分析總磷充分考慮了剩餘汙泥處理的上清液回流所攜帶的磷酸鹽，上述方法確定的加藥量更加經濟、合理。同時，中央處理器3依據二沉池出水口處水樣中的鐵離子濃度和磷酸鐵的溶度積 Ksp= [Fe3+] · [PO43I (磷酸鐵的Ksp常數查表可知)，計算出總磷濃度，根據計算的總磷濃度對藥劑投加量進行修正。若總磷濃度大於O. 45mg/L(GB18198-2002 —級A標準為O. 5 mg/ L)，中央處理器3控制藥劑自動投加裝置4中的計量泵輸出頻率增加3 - 5% (也就是使藥劑投加量在按上述公式計算的藥劑投加量的基礎上增加3 — 5%)。如果總磷濃度小於
O.25mg/L,中央處理器3控制藥劑自動投加裝置4中的計量泵輸出頻率減少2 — 3% (也就是使藥劑投加量在按上述公式計算的藥劑投加量的基礎上減少2 — 3%)。如果總磷濃度在O. 25mg/L - O. 45mg/L之間，無需修正藥劑投加量。藥劑投加點位於汙水處理廠的好氧段離其進水口 3/4好氧段總長的位置處，這樣就實現了化學輔助除磷藥劑投加的在線自動控制。藥劑投加點位於好氧段離其進水口 3/4總長位置處。在線採集樣品分析總磷濃度通常大約需要30分鐘，在位於好氧段3/4位置處投加藥劑，一方面不會發生由於總磷在線檢測儀耗時而導致的信號滯後問題；另一方面，該位置投加的藥劑在進入二次沉澱池之前有充分的混合反應時間，達到高效除磷的目的。中央處理器3對總磷在線監測儀傳遞的參數實時進行分析處理，並將數據轉換為電信號輸出給藥劑自動投加裝置4和顯示裝置5，藥劑自動投加裝置4通過接收中央處理器 3處理的數據，自動實時調整計量泵的頻率來實現實時控制藥劑的投加量，進行藥劑的自動投加。顯示裝置5通過接收中央處理器3的信號，顯示所有實時監控數據並顯示設置的信息，一旦各儀器或藥劑自動投加裝置4出現故障進行報警。
權利要求
1.一種汙水處理中化學輔助除磷自動加藥控制方法，其特徵是通過總磷在線監測儀和鐵離子在線監測儀分別對汙水處理廠的生物反應池好氧段中部位置處和二沉池出水口處進行採樣監測，採集生物反應池好氧段中間位置處水樣中的總磷濃度和二沉池出水口處水樣中的鐵離子濃度，同時通過流量計監測生物反應池進水的流依據生物反應池好氧段中部位置處水樣的總磷濃度和生物反應池進水流量確定藥劑加藥量，藥劑為氯化鐵藥劑投加量=1. 2 X 162. 5/31 X [TP] · (1+R) · Q，其中藥劑投加量單位是毫克/秒；[TP]為生物反應池好氧段中部位置處水樣的總磷濃度，單位毫克/升；Q為生物反應池的進水流量，單位升/秒；R為汙泥回流比；依據二沉池出水口處水樣中的鐵離子濃度和磷酸鐵的溶度積Ksp=[Fe3+] · [PO廣]，計算出二沉池出水口處的總磷濃度，根據計算的二沉池出水口處總磷濃度對上述公式計算的藥劑投加量進行修正；若二沉池出水口處總磷濃度大於O. 45mg/L，則修正藥劑投加量，使藥劑投加量在按上述公式計算的藥劑投加量的基礎上增加3 - 5% ;如果二沉池出水口處總磷濃度小於O. 25mg/L,則修正藥劑投加量，使藥劑投加量在按上述公式計算的藥劑投加量的基礎上減少2 — 3% ;如果二沉池出水口處總磷濃度在O. 25mg/L 一 O. 45mg/L之間，無需修正藥劑投加量；藥劑投加點位於好氧段離其進水口 3/4好氧段總長的位置處，這樣就實現了化學輔助除磷藥劑投加的在線自動控制。
2.一種汙水處理中化學輔助除磷自動加藥控制裝置，包括總磷在線監測儀、鐵離子在線監測儀、流量計、中央處理器、藥劑自動投加裝置和顯示裝置，其特徵是總磷在線監測儀、鐵離子在線監測儀和流量計均與中央處理器連接，藥劑自動投加裝置包括投藥箱、溶液箱和計量泵，藥箱和溶液箱通過管路與計量泵連接，計量泵與中央處理器連接，顯示裝置與中央處理器連接；總磷在線監測儀在線監測汙水處理廠生物反應池好氧段中部位置處水樣的總磷濃度， 鐵離子在線監測儀在線監測二沉池出水口處水樣的鐵離子濃度，流量計監測生物反應池進水的流量，並將上述參數信號傳遞給中央處理器，中央處理器對傳遞的參數實時進行分析處理，並將數據轉換為電信號輸出給藥劑自動投加裝置和顯示裝置，藥劑自動投加裝置通過接收中央處理器處理的數據，自動實時調整計量泵的頻率來實現實時控制藥劑的投加量，進行藥劑的自動投加，顯示裝置通過接收中央處理器的信號，顯示所有實時監控數據並顯示設置的信息，一旦總磷在線監測儀或藥劑自動投加裝置出現故障就進行報警。
全文摘要
本發明公開一種汙水處理中化學輔助除磷自動加藥控制方法及裝置，是通過總磷在線監測儀和鐵離子在線監測儀分別對汙水處理廠的生物反應池好氧段中部位置處和二沉池出水口處進行採樣監測，採集生物反應池好氧段中間位置處水樣中的總磷濃度和二沉池出水口處水樣中的鐵離子濃度，同時通過流量計監測生物反應池進水的流量；依據生物反應池好氧段中部位置處水樣的總磷濃度和生物反應池進水流量確定藥劑加藥量，同時依據二沉池出水口處水樣中的鐵離子濃度計算的總磷濃度對藥劑投加量進行修正。本發明確定的加藥量更加經濟、合理，切實保障汙水處理廠出水總磷達標，提高出水的穩定性，保障了出水水質穩定性，增強了化學同步除磷工藝抗負荷衝擊能力。
文檔編號C02F9/14GK102603125SQ201210094609
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月1日 優先權日2012年4月1日
發明者呂育鋒, 張彥浩, 張志斌, 李錦祥, 武道吉, 王猛 申請人:山東建築大學