如何监控和优化除磷过程

磷是生物必需的营养元素之一，但其过量进入水体会导致富营养化，进而引发一系列环境问题。因此，除磷过程在污水处理领域具有重要的意义。本文将详细探讨除磷的基本原理、监控方法、优化策略以及实际案例，旨在为污水处理提供科学依据和技术指导。

一、除磷过程概述

除磷过程主要分为化学除磷和生物除磷两种方法。

1. 化学除磷

化学除磷是通过投加化学药剂使磷酸盐沉淀，从而去除水中的磷。常用药剂包括铝盐、铁盐和钙盐等。

铝盐（如硫酸铝）： 与磷酸根形成不溶性铝磷酸盐沉淀。

铁盐（如氯化铁、硫酸铁）： 生成不溶性铁磷酸盐沉淀。

钙盐（如氢氧化钙）： 形成磷酸钙沉淀，适用于高磷废水的处理。

2. 生物除磷

生物除磷利用聚磷菌在厌氧条件下释放磷，在好氧条件下过量吸收磷，通过排泥的方式去除磷。常见工艺包括A2/O工艺、SBR工艺和Bardenpho工艺。

二、监控除磷过程

有效的监控是确保除磷过程高效运行的关键。主要的监控方法包括在线监测、定期采样分析和过程控制系统。

1. 在线监测

通过安装传感器和监测设备，对除磷过程中的关键参数进行实时监测。常用监测参数包括：

磷浓度： 在线分析仪器实时监测进水和出水中的磷浓度。

pH值： 化学除磷过程中，pH值对药剂的反应效率影响较大。

氧化还原电位（ORP）： 反映系统的厌氧和好氧状态。

溶解氧（DO）： 监测好氧区的溶解氧浓度，确保微生物的正常代谢活动。

2. 定期采样分析

通过对系统的进出水进行定期采样，分析磷浓度、悬浮物、COD、BOD等指标，了解系统运行状态。采样频率应根据系统规模和工艺要求确定，通常建议每周至少进行一次全面的水质分析。

3. 过程控制系统

现代水处理系统普遍采用过程控制系统，通过PLC、SCADA等技术实现自动化控制。过程控制系统可以：

数据采集与存储： 实时采集关键参数数据，并进行长期存储。

自动调整： 根据监测数据自动调整药剂投加量、曝气量等操作参数。

报警功能： 当参数超出设定范围时，系统自动报警，提醒操作人员及时干预。

三、优化除磷过程

优化除磷过程需要综合考虑多种因素，包括药剂种类和用量、微生物种群、操作条件等。

1. 优化药剂投加

对于化学除磷，药剂种类和用量的优化是关键。过量投加会增加运行成本和二次污染风险，而不足投加则无法达到预期的除磷效果。

药剂种类选择： 根据水质特点选择合适的药剂，如针对高磷水质可优先选择铁盐或铝盐。

投加量优化： 通过实验室试验和现场调试，确定最优药剂投加量。采用流量比例控制法，根据进水流量自动调整药剂投加量。

2. 提高微生物活性

对于生物除磷，提高聚磷菌活性是关键。可通过以下措施实现：

优化厌氧和好氧条件： 严格控制厌氧区和好氧区的停留时间，确保聚磷菌在各阶段的代谢活动。

控制温度和pH： 生物除磷对温度和pH较为敏感，需保持在适宜范围内，如20-30°C、pH 6.5-8.5。

补充营养： 适当补充氮、碳源等营养物质，促进微生物繁殖和活性。

3. 过程集成与优化

通过集成化学和生物除磷过程，可以更有效地去除磷。例如，先进行化学预处理，去除大部分磷，再进行生物处理，实现深度除磷。

工艺组合： 如A2/O工艺、SBR工艺等，通过巧妙组合厌氧、好氧和缺氧阶段，提高除磷效率。

过程模拟与优化： 采用计算机模拟技术，建立系统模型，进行模拟和优化，确定最优操作条件。

四、除磷过程的案例分析

通过实际案例分析，可以更清晰地理解如何监控和优化除磷过程。

案例1：某污水处理厂的化学除磷优化

该污水处理厂原采用硫酸铝进行化学除磷，但运行成本较高，且出水磷浓度波动较大。通过以下优化措施，显著提高了除磷效率并降低了成本：

药剂更换： 经过实验室试验，改用氯化铁，发现其在该水质条件下反应效率更高。

投加量调整： 采用流量比例控制法，根据进水流量实时调整药剂投加量，确保投加量准确。

在线监测： 安装在线磷浓度分析仪，实时监测出水磷浓度，及时发现并解决问题。

优化结果显示，出水磷浓度稳定在0.5 mg/L以下，药剂使用量降低了约20%，运行成本显著降低。

案例2：某工业废水处理厂的生物除磷优化

该工业废水处理厂采用A2/O工艺进行生物除磷，但出水磷浓度较高，常超标。通过以下优化措施，显著提高了除磷效率：

优化厌氧和好氧条件： 调整厌氧区和好氧区的停留时间，确保聚磷菌在各阶段的代谢活动。

温度和pH控制： 通过加热和加药，保持系统温度在25°C左右，pH值在7.0-7.5之间。

补充营养： 增加碳源投加，促进聚磷菌繁殖和活性。

优化结果显示，出水磷浓度稳定在0.5 mg/L以下，系统运行稳定。

五、未来展望

随着环境保护要求的不断提高，除磷技术将不断发展。未来的研究方向包括：

新型药剂的开发： 开发高效、低毒、成本低的新型化学药剂。

高效生物除磷菌种的筛选： 通过基因工程等手段筛选和培养高效聚磷菌。

智能化控制系统： 采用人工智能和大数据技术，实现除磷过程的智能监控和优化。

结论

除磷过程的监控和优化是污水处理领域的关键环节。通过科学合理的监控手段和优化策略，可以显著提高除磷效率，降低运行成本，减少环境污染。