磷是生物必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，但其過量進(jìn)入水體會(huì)導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化，進(jìn)而引發(fā)一系列環(huán)境問題。因此，除磷過程在污水處理領(lǐng)域具有重要的意義。本文將詳細(xì)探討除磷的基本原理、監(jiān)控方法、優(yōu)化策略以及實(shí)際案例，旨在為污水處理提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

一、除磷過程概述

除磷過程主要分為化學(xué)除磷和生物除磷兩種方法。

1. 化學(xué)除磷

化學(xué)除磷是通過投加化學(xué)藥劑使磷酸鹽沉淀，從而去除水中的磷。常用藥劑包括鋁鹽、鐵鹽和鈣鹽等。

鋁鹽（如硫酸鋁）： 與磷酸根形成不溶性鋁磷酸鹽沉淀。

鐵鹽（如氯化鐵、硫酸鐵）： 生成不溶性鐵磷酸鹽沉淀。

鈣鹽（如氫氧化鈣）： 形成磷酸鈣沉淀，適用于高磷廢水的處理。

2. 生物除磷

生物除磷利用聚磷菌在厭氧條件下釋放磷，在好氧條件下過量吸收磷，通過排泥的方式去除磷。常見工藝包括A2/O工藝、SBR工藝和Bardenpho工藝。

二、監(jiān)控除磷過程

有效的監(jiān)控是確保除磷過程高效運(yùn)行的關(guān)鍵。主要的監(jiān)控方法包括在線監(jiān)測(cè)、定期采樣分析和過程控制系統(tǒng)。

1. 在線監(jiān)測(cè)

通過安裝傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)除磷過程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。常用監(jiān)測(cè)參數(shù)包括：

磷濃度： 在線分析儀器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)水和出水中的磷濃度。

pH值： 化學(xué)除磷過程中，pH值對(duì)藥劑的反應(yīng)效率影響較大。

氧化還原電位（ORP）： 反映系統(tǒng)的厭氧和好氧狀態(tài)。

溶解氧（DO）： 監(jiān)測(cè)好氧區(qū)的溶解氧濃度，確保微生物的正常代謝活動(dòng)。

2. 定期采樣分析

通過對(duì)系統(tǒng)的進(jìn)出水進(jìn)行定期采樣，分析磷濃度、懸浮物、COD、BOD等指標(biāo)，了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。采樣頻率應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模和工藝要求確定，通常建議每周至少進(jìn)行一次全面的水質(zhì)分析。

3. 過程控制系統(tǒng)

現(xiàn)代水處理系統(tǒng)普遍采用過程控制系統(tǒng)，通過PLC、SCADA等技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。過程控制系統(tǒng)可以：

數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)： 實(shí)時(shí)采集關(guān)鍵參數(shù)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行長(zhǎng)期存儲(chǔ)。

自動(dòng)調(diào)整： 根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整藥劑投加量、曝氣量等操作參數(shù)。

報(bào)警功能： 當(dāng)參數(shù)超出設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，提醒操作人員及時(shí)干預(yù)。

三、優(yōu)化除磷過程

優(yōu)化除磷過程需要綜合考慮多種因素，包括藥劑種類和用量、微生物種群、操作條件等。

1. 優(yōu)化藥劑投加

對(duì)于化學(xué)除磷，藥劑種類和用量的優(yōu)化是關(guān)鍵。過量投加會(huì)增加運(yùn)行成本和二次污染風(fēng)險(xiǎn)，而不足投加則無法達(dá)到預(yù)期的除磷效果。

藥劑種類選擇： 根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)選擇合適的藥劑，如針對(duì)高磷水質(zhì)可優(yōu)先選擇鐵鹽或鋁鹽。

投加量?jī)?yōu)化： 通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，確定最優(yōu)藥劑投加量。采用流量比例控制法，根據(jù)進(jìn)水流量自動(dòng)調(diào)整藥劑投加量。

2. 提高微生物活性

對(duì)于生物除磷，提高聚磷菌活性是關(guān)鍵?？赏ㄟ^以下措施實(shí)現(xiàn)：

優(yōu)化厭氧和好氧條件： 嚴(yán)格控制厭氧區(qū)和好氧區(qū)的停留時(shí)間，確保聚磷菌在各階段的代謝活動(dòng)。

控制溫度和pH： 生物除磷對(duì)溫度和pH較為敏感，需保持在適宜范圍內(nèi)，如20-30°C、pH 6.5-8.5。

補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)： 適當(dāng)補(bǔ)充氮、碳源等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)微生物繁殖和活性。

3. 過程集成與優(yōu)化

通過集成化學(xué)和生物除磷過程，可以更有效地去除磷。例如，先進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理，去除大部分磷，再進(jìn)行生物處理，實(shí)現(xiàn)深度除磷。

工藝組合： 如A2/O工藝、SBR工藝等，通過巧妙組合厭氧、好氧和缺氧階段，提高除磷效率。

過程模擬與優(yōu)化： 采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，建立系統(tǒng)模型，進(jìn)行模擬和優(yōu)化，確定最優(yōu)操作條件。

四、除磷過程的案例分析

通過實(shí)際案例分析，可以更清晰地理解如何監(jiān)控和優(yōu)化除磷過程。

案例1：某污水處理廠的化學(xué)除磷優(yōu)化

該污水處理廠原采用硫酸鋁進(jìn)行化學(xué)除磷，但運(yùn)行成本較高，且出水磷濃度波動(dòng)較大。通過以下優(yōu)化措施，顯著提高了除磷效率并降低了成本：

藥劑更換： 經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，改用氯化鐵，發(fā)現(xiàn)其在該水質(zhì)條件下反應(yīng)效率更高。

投加量調(diào)整： 采用流量比例控制法，根據(jù)進(jìn)水流量實(shí)時(shí)調(diào)整藥劑投加量，確保投加量準(zhǔn)確。

在線監(jiān)測(cè)： 安裝在線磷濃度分析儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出水磷濃度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題。

優(yōu)化結(jié)果顯示，出水磷濃度穩(wěn)定在0.5 mg/L以下，藥劑使用量降低了約20%，運(yùn)行成本顯著降低。

案例2：某工業(yè)廢水處理廠的生物除磷優(yōu)化

該工業(yè)廢水處理廠采用A2/O工藝進(jìn)行生物除磷，但出水磷濃度較高，常超標(biāo)。通過以下優(yōu)化措施，顯著提高了除磷效率：

優(yōu)化厭氧和好氧條件： 調(diào)整厭氧區(qū)和好氧區(qū)的停留時(shí)間，確保聚磷菌在各階段的代謝活動(dòng)。

溫度和pH控制： 通過加熱和加藥，保持系統(tǒng)溫度在25°C左右，pH值在7.0-7.5之間。

補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)： 增加碳源投加，促進(jìn)聚磷菌繁殖和活性。

優(yōu)化結(jié)果顯示，出水磷濃度穩(wěn)定在0.5 mg/L以下，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

五、未來展望

隨著環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，除磷技術(shù)將不斷發(fā)展。未來的研究方向包括：

新型藥劑的開發(fā)： 開發(fā)高效、低毒、成本低的新型化學(xué)藥劑。

高效生物除磷菌種的篩選： 通過基因工程等手段篩選和培養(yǎng)高效聚磷菌。

智能化控制系統(tǒng)： 采用人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)除磷過程的智能監(jiān)控和優(yōu)化。

結(jié)論

除磷過程的監(jiān)控和優(yōu)化是污水處理領(lǐng)域的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過科學(xué)合理的監(jiān)控手段和優(yōu)化策略，可以顯著提高除磷效率，降低運(yùn)行成本，減少環(huán)境污染。