污水处理厂化学除磷策略课件

Klicken Sie, um das Titelformat zu,Klicken Sie, um die Formate des Vorlagentextes zu bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,*,Slide,*,污水处理厂,化学除磷策略,污水处理厂 化学除磷策略,1,除磷要求,化学除磷,概述,化学除磷,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,成本效益计算,案例,: United Utilities,（,联合应用公司,）的,Burnley,污水处理厂,除磷要求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,2,除磷要求,欧洲法规,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,根据污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,除磷要求限值管理措施,3,化学除磷,-,基本原理,-,工艺类型,-,对化学除磷进行控制的原因,化学除磷,4,化学除磷,基本原理,前置沉淀,在初沉池前投加金属沉淀剂到原水中,同步沉淀,在生物处理过程中投加金属沉淀剂,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,化学除磷前置沉淀在初沉池前投加金属沉淀剂到原水中,5,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+,M+,M,+,：金属沉淀剂,化学除磷同步沉淀前置沉淀后置沉淀 厌氧 缺氧好氧絮凝池接触过,6,化学除磷,前置沉淀,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,为了后续生物处理过程的需要，需要保证有,1,2mg/l,的剩余磷浓度,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,化学除磷优点边界条件缺点,7,化学除磷,同步沉淀,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,增加无机污泥的含量,（影响污泥龄）,影响碱度，影响硝化过程,化学除磷优点缺点,8,化学除磷,后置沉淀,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,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,化学除磷优点缺点 后置沉淀一般和同步沉淀或前置沉淀结合使用,9,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,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,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化化,化学除磷对化学沉淀进行优化可以从以下几个方面节约成本以下因素,10,化学除磷,值的定义,定义,(DWA,德国水协,), = mol Me / mol P,tot,P,tot,沉淀反应池进水中的总磷,Me,金属沉淀剂, = 1,5,达到限制,P,tot,=2 mg/l (,当,Q 1,5,达到限制,P,tot, 1,2 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,化学除磷定义 (DWA德国水协),11,节约潜力,化学除磷,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,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,：污泥,节约潜力 化学除磷节约潜力使用闭环控制策略，沉淀剂用量可减,12,节约潜力,化学除磷,节约潜力,沉淀剂,污泥处置,Considerations:,Precipant:,40% Fe,3,Cl, 130 /t Active Subst: 13,8% = 1,5; 1,8gr P/EW/Tag,f,TS,=2,5 kg TS / kg Fe,Saving Precipitation 10 %,Cost Analyser: incl. labour: 5.628,-,no labour: 3.288,-,处置,计算如下：,沉淀剂：,40,Fe,3,Cl,，,130 /t,活性,subst,：,13.8,=1.5; 1.8gr p/EW/Tag,f,TS,=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,节约潜力 化学除磷节约潜力Considerations:,13,反馈控制,最佳策略,!,反馈控制,PO,4,Standard deviation is typical 0.03 mg/l PO,4,-P.,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 PO,4,-P,天,出水中的磷酸盐浓度,(mg/l PO,4,-P),反馈控制 最佳策略!反馈控制PO4Standard de,14,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,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化,15,监测技术和样品准备系统,-,正磷酸盐,(PO,4,-P),-,总磷酸盐,(P,tot,),监测技术和样品准备系统,16,PHOSPHAX,sigma,的结构,样品消解后采用钼蓝法测定,PHOSPHAXsigma的结构,17,样品准备,FILTRAX,和,SIGMATAX2,SEDITAX2,准备样品用于测定,P,tot,和,TOC,实现样品的均一化,样品准备SEDITAX2,18,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,(PO,4,-P),磷的水解不完全,只有,60 - 75 %,的,P,tot,以,PO,4,-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,PO,4,-P,的量,总磷,(P,tot,),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,P,tot,样品的准备费用很高,PO,4,-P,的测定需要离子过滤,监测点生物反应池进水的监测以正磷酸盐形式存在的磷 (PO4-,19,监测点,生物处理阶段的出水,生物反应池出水的监测,-,监测,PO,4,-P,来控制沉淀,以正磷酸盐形式存在的磷,(PO,4,-P),监测,对受关注的出水中,P,tot,而言，这一监测没有意义,控制,对同步沉淀来说，为了控制出水中的,PO,4,-P,，推荐进行这一测定！,总磷,(P,tot,),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,监测点生物反应池出水的监测 以正磷酸盐形式存在的磷 (PO4,20,监测点,二沉出水,二沉出水,-,建议监测,P,tot,以正磷酸盐形式存在的磷,(PO,4,-P),监测,出水,PO,4,-P,的浓度,应该考虑,P,tot,浓度,!,一般情况下，,P,tot,和,PO,4,-P,没有固定的比例关系,!,控制,出水,PO,4,-P,的浓度,因为时间上滞后太大所以无法实现,总磷,(P,tot,),监测,出水,P,tot,的浓度,必须考虑悬浮固体,控制,出水,P,tot,的浓度,只能影响,PO,4,-P,控制的设定值,(,见后,),监测点二沉出水 以正磷酸盐形式存在的磷 (PO4-P)控制出,21,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,成本效益,化学除磷的控制策略,22,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,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,投资费用低,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,控制策略需要具备的条件优点缺点,23,控制策略,根据时段调整药剂投加量,limiting,value,举例,9,月,26,日,PO,4,-P,超标,日期,限值,Fe,溶液 （,l/h,）,PO,4,-P,（,mg/l,）,控制策略limiting value举例日期限值Fe溶液 （,24,污水,沉淀剂,计量泵,沉淀过程,Q,Pr,控制策略,根据,PO,4,-P,负荷调整药剂投加量,Fe,用量的计算,Q,Pr,= K Q 55,8/30,9 1/, 1/G,FE,PO,4,-P,需要具备的条件,PO,4,-P,和流量,(Q),的在线监测,优点,快速响应负荷的变化,缺点,没有过程控制,前置沉淀：必须考虑磷的吸收,竞争反应,PO,4,-P,X,Q,prec,PO,4,-P,load,Q,污水沉淀剂计量泵沉淀过程QPr控制策略Fe用量的计算需要具备,25,控制策略,PO,4,-P,浓度的闭环控制,优点,过程控制,需要具备的条件,PO,4,-P,的在线监测,污水,计量泵,设定值,沉淀剂,沉淀过程,PO,4,-P,设定值,w:,w = Limit - c,SS, c,P,SS,- safety,控制策略优点需要具备的条件污水计量泵设定值沉淀剂沉淀过程PO,26,控制策略,PO,4,-P,浓度的闭环控制,举例,闭环控制开始,出水,PO,4,-P,平均浓度提高,考虑流量,Fe,溶液 （,l/h,）,PO,4,-P,（,mg/l,）,日期,控制策略举例闭环控制开始 出水PO4-P平均浓度提高考,27,污水,计量泵,设定值,沉淀剂,沉淀过程,PO,4,-P,控制策略,PO,4,-P,浓度的闭环控制,优点,过程控制,需要具备的条件,PO,4,-P,和流量,(Q),的在线监测,Q,X,1,Q,设定值,w:,w = Limit - c,SS, c,P,SS,- safety,污水计量泵设定值沉淀剂沉淀过程PO4-P控制策略优点需要具备,28,控制策略,前馈控制和反馈控制的结合,需要具备的条件,PO,4,-P,和流量,(Q),的在线监测,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,费用较高,PO,4,-P,污水,计量泵,设定值,沉淀过程,PO,4,-P,沉淀剂,X,Q,prec,PO,4,-P,load,+,Q,X,控制策略需要具备的条件优点缺点PO4-P污水计量泵设定值沉淀,29,控制策略,前馈控制和反馈控制的结合,举例,出水浓度非常稳定,药剂用量降低约,18 %,Fe,溶液 （,l/h,）,PO,4,-P,（,mg/l,）,日期,控制策略举例 出水浓度非常稳定Fe溶液 （l/h）PO4-P,30,反馈控制,最佳策略,!,反馈控制,PO,4,Standard deviation is typical 0.03 mg/l PO,4,-P.,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 PO,4,-P,天,出水中的磷酸盐浓度,(mg/l PO,4,-P),反馈控制 最佳策略!反馈控制PO4Standard de,31,化学除磷的成本估算工具,化学除磷的成本估算工具,32,成本估算,Required -value in dependence of P,tot,o,and P,tot,e,-0,2,+ 1,52 ln(P,tot,o,/P,tot,e,),根据,P,tot,o,（沉淀前,P,tot,）和,P,tot,e,（沉淀后,P,tot,）确定,值,前置沉淀,P,tot,去除率 （）,（,mol Me/mol P,tot,）,成本估算 -0,2 + 1,52 ln(Ptot,o,33,化学除磷,值的定义,定义,(,Wedi et. al.,), = mol Me / mol PO,4,-P,PO,4,-P,：药剂投加点处以正磷酸盐形式存在的磷,该定义得到的,值偏高,!,定义,(DWA,德国水协,), = mol Me / mol P,tot,P,tot,沉淀反应池进水中的总磷,Me,沉淀剂, = 1,5,达到限制,P,tot,=2 mg/l (,当,Q 1,5,达到限制,P,tot, 1,2 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,化学除磷定义 (Wedi et. al.)该定义得到的值偏,34,成本估算,根据,PO,4,-P,o,（沉淀前,PO,4,-P,）,和,PO,4,-P,e,（沉淀后,PO,4,-P,）,确定,值,0,34,+ 1,08 ln(PO,4,-P,o,/PO,4,-P,e,),同步沉淀,PO,4,-P,去除率 （）,（,mol Me/mol PO,4,-P,）,成本估算 0,34 + 1,08 ln(PO4-Po,35,0,43,+ 1,31 ln(PO,4,-P,o,/PO,4,-P,e,),后置沉淀,（,mol Me/mol PO,4,-P,）,PO,4,-P,去除率 （）,成本估算,根据,PO,4,-P,o,（沉淀前,PO,4,-P,）,和,PO,4,-P,e,（沉淀后,PO,4,-P,）,确定,值, 0,43 + 1,31 ln(PO4-Po/PO4,36,成本估算,同步沉淀、后沉淀中污泥的产生量,同步沉淀和后沉淀中,TSS,（总固体）的产生量,TSS,产生量 （,g TSS/g Me,）,（,mol Me/mol PO,4,-P,）,成本估算同步沉淀和后沉淀中TSS（总固体）的产生量TSS产生,37,1,75,2,1,（,mol Me/mol PO,4,-P,）,沉淀处的,PO,4,-P,浓度 （,mg/l,）,成本估算,根据,PO,4,-P,o,（沉淀前,PO,4,-P,）,和,PO,4,-P,e,（沉淀后,PO,4,-P,）,确定,值,1,752,1 （mol Me/mol PO4-P）沉淀处,38,00,250,50,7511,251,51,7522,252,5,成本估算,根据,值确定沉淀剂的需求量,对于,Fe,沉淀剂而言,:,F,PR,= 12,5 1,806 mg Fe /l,= 22,58 mg Fe / l,减少,19 %,10,0,1,75,12,5,2,1,F,PR,= 10,0 1,806 mg Fe /l = 18,1 mg Fe / l,（,mol Me/mol PO,4,-P,）,沉淀剂用量,/f,（,mg Me/l,）,若采用,Fe,为沉淀剂，当,值从,2.1,降至,1.75,时，沉淀剂用量减少,19,00,250,50,7511,251,51,7,39,成本估算,由沉淀产生的污泥量,2,1,1,75,（,mol Me/mol PO,4,-P,）,TS,产生量 （,g TS/g Me,）,成本估算2,11,75 （mol Me/mol PO4-P,40,应用,United Utilities,（,联合应用公司,）的,Burnley,污水处理厂的磷去除设计,应用,41,历史,Burnley,污水处理厂,历史Burnley 污水处理厂,42,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,Burnley,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,-1,历史Burnley污水处理厂,43,Burnley,污水处理厂,Burnley,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、困难大,采用化学方法除磷是最好的解决方法,药剂投加方法的选择,必须同时优化铁和碱性试剂的使用，还要尽量减少污泥的产生和维持生物处理效果,投加方案的长期中试研究,由于竞争反应的存在，药剂投加比例即铁,:,磷的比例可从,1:1,到,4:1,剧烈变化,Burnley 污水处理厂Burnley污水处理厂为什么是一,44,Burnley,污水处理厂,场地平面图,PO,4,-P,PO,4,-P,TSS,pH,PO,4,-P,PO,4,-P,NH,4,-N,pH,消化池,NTF,二沉池,活性污泥处理,初沉池,铁,铁,碱性试剂,回流污泥,Burnley 污水处理厂场地平面图PO4-PPO4-PT,45,Burnley,污水处理厂,硫酸铁的反馈,/,闭环控制,PO,4,-P,PO,4,-P,NH,4,-N,初沉池,铁,碱性试剂,污水,剂量泵,设定值,硫酸铁,PO,4,-P,沉淀反应,碱性试剂的投加量根据硫酸铁的投加剂量根据化学剂量反应关系得到,药剂存储和投加控制,Burnley 污水处理厂硫酸铁的反馈/闭环控制PO4-P,46,Burnley,污水处理厂,硫酸铁的反馈,/,闭环控制,PO,4,-P,PO,4,-P,NH,4,-N,初沉池,铁,碱性试剂,药剂存储和投加控制,Burnley污水处理厂硫酸铁的反馈/闭环控制PO4-PP,47,Burnley,污水处理厂,硫酸铁的反馈,/,闭环控制,PO,4,-P,PO,4,-P,NH,4,-N,初沉池,铁,碱性试剂,药剂存储和投加控制,Burnley污水处理厂硫酸铁的反馈/闭环控制PO4-PP,48,Burnley,污水处理厂,硫酸铁的反馈,/,闭环控制,PO,4,-P,PO,4,-P,NH,4,-N,初沉池,铁,碱性试剂,药剂存储和投加控制,Burnley污水处理厂硫酸铁的反馈/闭环控制PO4-PP,49,Burnley,污水处理厂,获得成功,!,UU,（,联合应用公司,）,能按设计标准达到,80,的去除率或者出水总磷浓度小于,1mgl,-1,其他好处,快速回收期,总的方案花费,1.5 M,最初硫酸铁的用量约为,7000,吨,/,年，腐蚀剂用量约为,2500,吨,/,年,现在硫酸铁的用量小于,3000,吨,/,年，腐蚀剂用量小于,1000,吨,/,年,污泥量得到了最小化从而节省了处理成本,Burnley污水处理厂获得成功!UU （联合应用公司 ）,50,