用化学法强化生物除磷的优化控制_施汉昌

用化学法强化生物除磷的优化控制施汉昌,柯细勇,徐丽婕(清华大学环境科学与工程系,北京100084)摘要:讨论了基于生物除磷预测的化学强化除磷优化控制算法并进行了实际应用研究,结果表明该算法基于磷的迁移和转化模型而能够正确估计加药量,不仅使出水稳定地满足水质要求,同时大大节省了加药量、减少了污泥量。关键词:生物除磷;化学强化;优化控制;模型预测中图分类号:X505文献标识码:B文章编号:1000-4602(2002)07-0035-041化学强化的生物除磷生物除磷作为一种经济有效的除磷技术被广泛采用,但在对出水总磷控制严格的地区(磷<0.5mg/L),一般的生物处理工艺较难达到要求。因此,将化学除磷作为生物除磷的补充并使两者结合起来就形成了一种运行简便、经济有效的除磷工艺[1、2]。对于脱氮除磷同步进行的废水处理工艺,由于脱氮的反硝化过程需要易生物降解的有机碳作为碳源,而生物除磷中磷的厌氧释放过程也需要易生物降解的有机碳作为碳源,因此当废水中易生物降解的有机碳不足时需要采用化学方法来强化除磷。生物脱氮和除磷所要求的工艺条件在某些方面是相反的,除磷需要较短的污泥龄和较高的污泥负荷,但是硝化则需要较长的污泥龄和较低的污泥负荷,因此同步脱氮除磷工艺的运行条件必须满足除磷和硝化两者的需要,在此条件下易生物降解的碳源将成为除磷的主要影响因素。一般当初沉池出水中BOD5/PO3-4>25时,二沉池出水的磷<1mg/L;当初沉池的BOD5/PO3-4>30时,二沉池出水的磷<0.5mg/L。当碳源低于上述条件时不能由微生物去除的磷就需要采用化学法去除。用化学法强化的生物脱氮除磷工艺可按A2/O、A/O方式运行,其工艺流程见图1。①初沉池:通过沉淀将进水中的悬浮固体分离。如果采用在初沉池前投加药剂进行化学除磷的方法,则初沉池还需将含磷沉淀污泥去除。图1用化学法强化的生物脱氮除磷工艺流程②缺氧区:为脱氮提供反硝化条件,为除磷提供微生物释磷条件。此外,缺氧区微生物的选择作用可以抑制丝状菌生长,因此与一般只起脱氮作用的缺氧区相比,要更严格地控制DO的浓度,需使其中不存在游离态氧(DO的浓度应为零)。③好氧池:好氧池中的微生物要去除有机碳、进行硝化反应,同时部分微生物还要吸收废水中的磷。④二沉池:进行生物污泥的分离并排出一部分剩余污泥以便将吸收过量磷的微生物排出系统(达到除磷的目的),对于在二沉池前投加药剂进行化学除磷的工艺,二沉池还需将含磷沉淀污泥进行分离。化学法与生物法相结合的脱氮除磷工艺可在初沉池或二沉池前加药除磷。在初沉池前加药时,由于废水中的多种物质都可能与药剂反应,所以药耗高、产泥量大,同时降低了初沉池出水的有机碳浓度,不利于后续的生物脱氮除磷,因此一般不采用在初沉池前加药的工艺。在二沉池前加药时可将药剂投加在好氧池的出水口处,药剂经过管道混合进行·35·中国给水排水2002Vol.18CHINAWATER&WASTEWATERNo.7反应并在二沉池经沉淀分离。经过好氧池中微生物对磷的过量吸收,水中磷的浓度已较低,因此加药量比在初沉池加药的工艺小很多,化学污泥产量也少于生物污泥量,且不会因为化学污泥的积累影响生物处理工艺的正常运行。特别是采用优化运行模式时,只在可能发生出水磷超标的情况下投加药剂,其药耗和产泥量都会显著减少。因为进水BOD5和TP的比值、环境温度、曝气池中的污泥浓度等都会影响生物除磷的效率,故化学除磷所需要的药量往往不是固定的,难以按传统的人工方法进行投药,需要采用在线实时控制。2加药过程在线控制加药在线控制的典型工作方式是安装TP在线检测仪表,检测一个参考点的TP值,通过反馈控制调整加药量以使检测点处的TP值能够达到控制指标。对污水处理厂数据的综合分析表明,进水中磷浓度较高且BOD5浓度较低时,一般1～2d后出水磷浓度才过高[1],而污水处理系统是一个惯性大、滞后长、变量和参数多的系统,若仅靠检测二沉池出水的总磷对加药进行控制则很难选择合适的控制算法以达到预期的效果。牛学义[3]比较了在初沉池进、出口处加药的前置沉淀,在曝气池进、出水处加药的同步沉淀等几种加药点与在线检测分析情况后,认为在曝气池出水处加药且其后紧接着进行PO3-4-P在线测定是比较理想的在线测定和反馈加药控制方案,但实际上该点的测定值与最终出水值往往不一致,主要原因如下:①二沉池中往往存在悬浮污泥,而悬浮污泥中的磷浓度比水中的高,所以最终出水中的实际TP浓度比经过滤后再测试的试样浓度高;②污泥中的生物磷会在二沉池中回溶(在二沉池底部进行污泥浓缩时被生物吸收的磷可能被重新释放,从而导致最终出水中TP浓度的提高),有时由于磷的回溶可使PO3-4-P浓度增加0.4mg/L以上,如果污泥在二沉池内的停留时间过长则PO3-4-P的回溶量可达2～4mg/L;③一般PO