專利名稱：污水處理中化學(xué)輔助除磷自動加藥控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種城鎮(zhèn)污水處理廠在污水處理過程中進(jìn)行化學(xué)輔助除磷的自動加藥控制方法及裝置，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，水體富營養(yǎng)化趨勢不斷加劇，嚴(yán)重威脅著人們的生產(chǎn)和生活。研究發(fā)現(xiàn)， 對于內(nèi)陸水體，磷是水體富營養(yǎng)化的主要限制因素，而城鎮(zhèn)污水處理廠的磷排放是造成水體富營養(yǎng)化的主要原因之一。因此，各國均制定了嚴(yán)格的城鎮(zhèn)污水處理廠磷排放標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外現(xiàn)有的污水除磷工藝主要是生物除磷和化學(xué)除磷兩種。與化學(xué)處理方法相比，生物處理方法具有運行成本較低、剩余污泥產(chǎn)量少、同時具有生物脫氮等優(yōu)勢，因此，城鎮(zhèn)污水處理廠普遍采用生物除磷工藝。根據(jù)國內(nèi)外的實際運行經(jīng)驗，在生物處理系統(tǒng)中， 由于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，如果只采用生物除磷工藝，一般很難滿足出水要求(《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918— 2002) —級A出水總磷小于O. 5 mg/L))。為確保出水總磷達(dá)標(biāo)排放，城鎮(zhèn)污水處理廠通常在生物脫氮除磷工藝基礎(chǔ)上增加化學(xué)輔助除磷系統(tǒng)，通過投加化學(xué)藥劑進(jìn)一步提高總磷去除能力。目前，國內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠在化學(xué)輔助除磷過程中藥劑投加主要采用以下技術(shù)方
I、人工控制投加。該方法是通過人工多次采集污水處理廠的進(jìn)水，測得進(jìn)水中總磷濃度，取平均值，根據(jù)化學(xué)計量關(guān)系確定化學(xué)藥劑投加量，然后將化學(xué)藥劑通過加藥泵投加至污水處理系統(tǒng)，實現(xiàn)化學(xué)方法除磷。然而在污水處理廠實際運行過程中，進(jìn)水總磷濃度隨時間變化而波動，如果采用固定的化學(xué)藥劑投加量，一旦進(jìn)水總磷濃度較高，會導(dǎo)致二沉池出水總磷不達(dá)標(biāo)；相反，一旦進(jìn)水總磷濃度較低，則造成化學(xué)藥劑的浪費，增加運營成本。2、基于進(jìn)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(jiān)測儀， 連續(xù)監(jiān)測污水處理廠進(jìn)水的總磷濃度，并將總磷濃度通過信號傳遞給中央處理器，中央處理器依據(jù)進(jìn)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(xiàn)投藥量的連續(xù)自動控制。在實際操作過程中，由于在線總磷監(jiān)測需要花費一定的時間，往往造成加藥量的反饋信號滯后，影響出水總磷濃度的達(dá)標(biāo)穩(wěn)定性。3、基于污水處理系統(tǒng)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(xué)生物絮凝處理城市污水的自動控制方法及其裝置》，是通過總磷在線自動監(jiān)測儀對生物反應(yīng)池進(jìn)水和二沉池出水的總磷含量進(jìn)行實時在線監(jiān)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(jù)進(jìn)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(xiàn)投藥量的連續(xù)自動控制。盡管與前兩種藥劑投加方式相比，該方法更加經(jīng)濟(jì)、高效，但該方法在目前城鎮(zhèn)污水處理廠應(yīng)用中存在嚴(yán)重缺陷1)由于該自控方法的研發(fā)應(yīng)用工藝中不具備生物強化除磷能力，其藥劑投加量僅依據(jù)藥劑和總磷之間的化學(xué)反應(yīng)關(guān)系式來計算確定，另外，為充分發(fā)揮化學(xué)藥劑的絮凝能力，其藥劑投加點布設(shè)在生物反應(yīng)池的最前端。而自2002年后，我國開始大規(guī)模新建具有生物強化除磷能力的城鎮(zhèn)污水處理廠，如果不考慮生物除磷能力，其化學(xué)藥劑投加量通常較大，而過量的化學(xué)除磷藥劑對系統(tǒng)的生物除磷能力造成潛在的有害循環(huán)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(zhèn)污水處理廠剩余污泥處理處置過程中，回流的上清液攜帶有大量的磷酸鹽，對進(jìn)水水質(zhì)造成沖擊，如果不考慮這部分磷酸鹽的影響，很難確保出水總磷穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。因此，對于城鎮(zhèn)污水處理廠而言，如何通過自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)最佳的藥劑投加，實現(xiàn)化學(xué)除磷和生物除磷的最佳協(xié)同效果，目前尚是一個技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠化學(xué)輔助除磷藥劑投加自控系統(tǒng)的不足，本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)化學(xué)藥劑投加過程的自動連續(xù)控制、保證出水總磷穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的污水處理中化學(xué)輔助除磷自動加藥控制方法，同時提供一種實現(xiàn)該方法的裝置。本發(fā)明的污水處理中化學(xué)輔助除磷自動加藥控制方法，是
通過總磷在線監(jiān)測儀和鐵離子在線監(jiān)測儀分別對污水處理廠的生物反應(yīng)池好氧段中部位置處和二沉池出水口處進(jìn)行采樣監(jiān)測，采集生物反應(yīng)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(jiān)測生物反應(yīng)池進(jìn)水的流
依據(jù)生物反應(yīng)池好氧段中部位置處水樣的總磷濃度和生物反應(yīng)池進(jìn)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(yīng)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(yīng)池的進(jìn)水流量，單位升/秒；R為污泥回流比；
依據(jù)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(shù)查表可知)，計算出二沉池出水口處的總磷濃度，根據(jù)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(jìn)行修正；若總磷濃度大于O. 45mg/L (GB18198-2002 一級A標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)上增加3 - 5%;如果二沉池出水口處總磷濃度小于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(chǔ)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；藥劑投加點位于好氧段離其進(jìn)水口 3/4好氧段總長的位置處，這樣就實現(xiàn)了化學(xué)輔助除磷藥劑投加的在線自動控制。實現(xiàn)上述方法的污水處理中化學(xué)輔助除磷自動加藥控制裝置，采用以下方案 該裝置，包括總磷在線監(jiān)測儀、鐵離子在線監(jiān)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(jiān)測儀、鐵離子在線監(jiān)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(jiān)測儀在線監(jiān)測污水處理廠生物反應(yīng)池好氧段中部位置處水樣的總磷濃度， 鐵離子在線監(jiān)測儀在線監(jiān)測二沉池出水口處水樣的鐵離子濃度，流量計監(jiān)測生物反應(yīng)池進(jìn)
4水的流量，并將上述參數(shù)信號傳遞給中央處理器，中央處理器對傳遞的參數(shù)實時進(jìn)行分析處理，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，自動實時調(diào)整計量泵的頻率來實現(xiàn)實時控制藥劑的投加量，進(jìn)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(jiān)控數(shù)據(jù)并顯示設(shè)置的信息，一旦總磷在線監(jiān)測儀或藥劑自動投加裝置出現(xiàn)故障就進(jìn)行報警。 中央處理器采用可編程控制器PLC。本發(fā)明具有以下優(yōu)點
I.在生物反應(yīng)池好氧段中部位置處采樣分析總磷濃度。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(jù)此處的液相中溶解性磷酸鹽濃度確定主饋回路的加藥量，不會造成因藥劑過量投加而影響生物除磷潛力的發(fā)揮。另外，與進(jìn)水處采樣分析總磷來確定加藥量的方法相比，該位置采樣充分考慮了剩余污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(jīng)濟(jì)、合理。2.在線采集水樣分析總磷濃度通常大約需要30分鐘，加藥點位于好氧段3/4處， 在該位置投加藥劑一方面不會發(fā)生由于總磷分析儀耗時而導(dǎo)致的信號滯后問題；另一方面，該位置投加的藥劑在進(jìn)入二次沉淀池之前有充分的混合反應(yīng)時間，達(dá)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，并可迅速傳輸給中央處理器， 經(jīng)過中央處理器計算后，如果有出水不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象，可以迅速修正投藥量，切實保障污水處理廠出水總憐達(dá)標(biāo)，提聞出水的穩(wěn)定性。4.采取修正藥劑投加量的運營方式，保障了出水水質(zhì)穩(wěn)定性，提高了除磷藥劑的利用效率，增強了化學(xué)同步除磷工藝抗負(fù)荷沖擊能力。


圖I是本發(fā)明的污水處理中化學(xué)輔助除磷自動加藥控制裝置結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是本發(fā)明自動加藥控制的工作流程圖。其中1、總磷在線監(jiān)測儀，2、鐵離子在線監(jiān)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、污泥脫水間。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明的污水處理中化學(xué)輔助除磷自動加藥控制裝置，包括總磷在線監(jiān)測儀I、鐵離子在線監(jiān)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采用可編程控制器PLC?？偭自诰€監(jiān)測儀I、鐵離子在線監(jiān)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給出了污水處理中化學(xué)輔助除磷自動加藥控制裝置的工作流程
污水處理廠的布置一般由前至后依次包括格柵9、沉砂池10、初沉池11、生物反應(yīng)池、 二沉池15和污泥脫水間16，生物反應(yīng)池包括缺氧段12、厭氧段13和好氧段14。二沉池15產(chǎn)生的污泥一部分回流至生物反應(yīng)池重復(fù)利用，另一部分與初沉池11產(chǎn)生的剩余污泥一起進(jìn)入污泥脫水間16進(jìn)行脫水處理，污泥脫水間16產(chǎn)生的機械脫水清液回流到沉砂池10 重新進(jìn)行處理。生物反應(yīng)池中回流污泥的流量與進(jìn)水流量的比值就是污泥回流比R，該比值通常為 100%-300%。通過一號取樣泵6和二號取樣泵7分別提取污水處理廠生物反應(yīng)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(jiān)測儀I和鐵離子在線監(jiān)測儀2分別在線監(jiān)測生物反應(yīng)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，并將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)通過信號傳遞給中央處理器3。通過流量計8監(jiān)測生物反應(yīng)池進(jìn)水處進(jìn)水的流量。在中央處理器3內(nèi)編制程序，以流量計8監(jiān)測的生物反應(yīng)池進(jìn)水處的進(jìn)水流量、總磷在線監(jiān)測儀I監(jiān)測的生物反應(yīng)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(yīng)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(yīng)池的進(jìn)水流量，單位升/秒；R為污泥回流比，通常為 100%-300%，具體數(shù)值可根據(jù)污水處理廠的實際情況確定。藥劑為氯化鐵，氯化鐵與污水中磷酸鹽的反應(yīng)為
FeCl3+P043_ — FePO4 丨 +3CF，
從化學(xué)反應(yīng)來看，三價鐵離子和磷酸離子是以等摩爾比進(jìn)行的反應(yīng)，所以藥劑的投加量取決于總磷的濃度，又因為污水中的氫氧根離子與藥劑反應(yīng)而生成氫氧化物，消耗了相當(dāng)數(shù)量的藥劑，故在實際應(yīng)用中，氯化鐵的投加量需根據(jù)其摩爾比乘上系數(shù)I. 2。上述公式中的162. 5是磷酸鐵(FeCl3)的摩爾質(zhì)量，31是磷(P)的摩爾質(zhì)量。在生物反應(yīng)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(jù)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(fā)揮。另外，與在生物反應(yīng)池進(jìn)水處采樣分析總磷來確定加藥量的方法相比， 在生物反應(yīng)池好氧段中部位置處采樣分析總磷充分考慮了剩余污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(jīng)濟(jì)、合理。同時，中央處理器3依據(jù)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(shù)查表可知)，計算出總磷濃度，根據(jù)計算的總磷濃度對藥劑投加量進(jìn)行修正。若總磷濃度大于O. 45mg/L(GB18198-2002 —級A標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)上增加3 — 5%)。如果總磷濃度小于
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(chǔ)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。藥劑投加點位于污水處理廠的好氧段離其進(jìn)水口 3/4好氧段總長的位置處，這樣就實現(xiàn)了化學(xué)輔助除磷藥劑投加的在線自動控制。藥劑投加點位于好氧段離其進(jìn)水口 3/4總長位置處。在線采集樣品分析總磷濃度通常大約需要30分鐘，在位于好氧段3/4位置處投加藥劑，一方面不會發(fā)生由于總磷在線檢測儀耗時而導(dǎo)致的信號滯后問題；另一方面，該位置投加的藥劑在進(jìn)入二次沉淀池之前有充分的混合反應(yīng)時間，達(dá)到高效除磷的目的。中央處理器3對總磷在線監(jiān)測儀傳遞的參數(shù)實時進(jìn)行分析處理，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，自動實時調(diào)整計量泵的頻率來實現(xiàn)實時控制藥劑的投加量，進(jìn)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(jiān)控數(shù)據(jù)并顯示設(shè)置的信息，一旦各儀器或藥劑自動投加裝置4出現(xiàn)故障進(jìn)行報警。
權(quán)利要求
1.一種污水處理中化學(xué)輔助除磷自動加藥控制方法，其特征是通過總磷在線監(jiān)測儀和鐵離子在線監(jiān)測儀分別對污水處理廠的生物反應(yīng)池好氧段中部位置處和二沉池出水口處進(jìn)行采樣監(jiān)測，采集生物反應(yīng)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(jiān)測生物反應(yīng)池進(jìn)水的流依據(jù)生物反應(yīng)池好氧段中部位置處水樣的總磷濃度和生物反應(yīng)池進(jìn)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(yīng)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(yīng)池的進(jìn)水流量，單位升/秒；R為污泥回流比；依據(jù)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(jù)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(jìn)行修正；若二沉池出水口處總磷濃度大于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(chǔ)上增加3 - 5% ;如果二沉池出水口處總磷濃度小于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(chǔ)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；藥劑投加點位于好氧段離其進(jìn)水口 3/4好氧段總長的位置處，這樣就實現(xiàn)了化學(xué)輔助除磷藥劑投加的在線自動控制。
2.一種污水處理中化學(xué)輔助除磷自動加藥控制裝置，包括總磷在線監(jiān)測儀、鐵離子在線監(jiān)測儀、流量計、中央處理器、藥劑自動投加裝置和顯示裝置，其特征是總磷在線監(jiān)測儀、鐵離子在線監(jiān)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(jiān)測儀在線監(jiān)測污水處理廠生物反應(yīng)池好氧段中部位置處水樣的總磷濃度， 鐵離子在線監(jiān)測儀在線監(jiān)測二沉池出水口處水樣的鐵離子濃度，流量計監(jiān)測生物反應(yīng)池進(jìn)水的流量，并將上述參數(shù)信號傳遞給中央處理器，中央處理器對傳遞的參數(shù)實時進(jìn)行分析處理，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，自動實時調(diào)整計量泵的頻率來實現(xiàn)實時控制藥劑的投加量，進(jìn)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(jiān)控數(shù)據(jù)并顯示設(shè)置的信息，一旦總磷在線監(jiān)測儀或藥劑自動投加裝置出現(xiàn)故障就進(jìn)行報警。
全文摘要
本發(fā)明公開一種污水處理中化學(xué)輔助除磷自動加藥控制方法及裝置，是通過總磷在線監(jiān)測儀和鐵離子在線監(jiān)測儀分別對污水處理廠的生物反應(yīng)池好氧段中部位置處和二沉池出水口處進(jìn)行采樣監(jiān)測，采集生物反應(yīng)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(jiān)測生物反應(yīng)池進(jìn)水的流量；依據(jù)生物反應(yīng)池好氧段中部位置處水樣的總磷濃度和生物反應(yīng)池進(jìn)水流量確定藥劑加藥量，同時依據(jù)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(jìn)行修正。本發(fā)明確定的加藥量更加經(jīng)濟(jì)、合理，切實保障污水處理廠出水總磷達(dá)標(biāo)，提高出水的穩(wěn)定性，保障了出水水質(zhì)穩(wěn)定性，增強了化學(xué)同步除磷工藝抗負(fù)荷沖擊能力。
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(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者呂育鋒, 張彥浩, 張志斌, 李錦祥, 武道吉, 王猛 申請人:山東建筑大學(xué)