磷是一種重要的植物營養(yǎng)素。水體中磷濃度過高會導致藻類和水生植物富營養(yǎng)化和旺盛生長。生物大量死亡又會導致強烈的氧氣消耗，從而導致水質(zhì)進一步惡化。

由于正磷酸鹽 (PO4-P) 在廢水 Pges 中占最大份額，因此PO4-P 的沉淀起著重要作用。此案例以 Hilpoltstein 污水處理廠為例，展示了賽萊默旗下品牌WTW Alyza IQ PO4 正磷酸鹽分析儀其測量技術(shù)如何應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。

Hilpoltstein 污水處理廠出口 

Hilpoltstein 污水處理廠（圖 1）的處理能力為 25,000 PE，屬于 4 級規(guī)模，處理核心城市 Hilpoltstein 及其轄區(qū)（約 13,000 名居民）的廢水。

機械處理階段由篩網(wǎng)和沉砂池組成，然后是初級處理。生物處理在生化池中間歇性地進行。由于目前單通道產(chǎn)能利用率已已達到約 18,000 PE，所以并未運行第二條通道。化學處理發(fā)生在生物澄清池和二級澄清池之間。

控制前出口總磷：1.6 mg/L

控制后出口總磷：0.6 mg/L

污水處理塔所產(chǎn)生的污泥與來自Meckenhausen 外部工廠的污泥一起儲存在現(xiàn)場。由于沒有自己的污泥干燥設(shè)備，污泥每年通過移動箱式壓濾機進行兩次干燥。

每半年可處理大約 4,000 m3 污泥的工藝用水，并將其逐漸輸送到生物階段。

自 2003 年以來，該工廠配備了 WTW 品牌的 IQ Sensor Net 分析儀系統(tǒng)，并通過測量氧和硝酸鹽/銨（分別使用FDO® 700 IQ 和 VARiON® 700 IQ 傳感器）來控制間歇性生物處理。

挑戰(zhàn) P 行動區(qū)

KA Hilpoltstein 位于 Roth 的法蘭克尼亞中部地區(qū)，即所謂的“P 行動區(qū)”。

根據(jù)當?shù)鼐唧w要求，對 4 級規(guī)模和 P 處理區(qū)的要求為：總磷排放值為 1.0 mg/L。為了能夠比以前更為密切地監(jiān)控新規(guī)定的遵守情況，該工廠選擇適時升級其測量技術(shù)。

新挑戰(zhàn)

在二級澄清池前約 30m 的生物處理廢水出口處加入去除磷酸鹽的沉淀劑。以確保一條良好的混合和反應(yīng)路徑。之前的 Pges 限值為 1.6 mg/L，但未經(jīng)嚴格的調(diào)節(jié)，因此鋁酸鈉溶液的添加量較高（圖 2，沉淀池）。使用“自我監(jiān)測條例”中規(guī)定的實驗室分析對 Pges 值進行選擇性監(jiān)測（參見“實驗室分析”部分）；到目前為止，沉淀劑的消耗量約為每小時 10 升。

新的測量技術(shù)和動態(tài)控制

2020 年春季，安裝Alyza IQ PO4 正磷酸鹽分析儀，及具有Profibus 輸出的新型 MIQ/MC3 轉(zhuǎn)換器。“儀器擴展順利進行，”副廠長Michael Rupp 證實道，“我們能夠非常快速輕松地將分析儀連接到 10m 外的現(xiàn)有 IQ Sensor Net 模塊。”在 Alyza IQ PO4 的調(diào)試完成后，通過Profibus 將測量值傳輸?shù)?PLC，轉(zhuǎn)換也順利進行。沉淀劑加藥系統(tǒng)以當前的動態(tài)控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)。Alyza 的采樣在二級沉降池的入口處進行，大約在加藥點后 30m 處（后饋策略）。

為了實現(xiàn)控制，將 PO4-P 的值設(shè)置為0.55 mg/L，以便在進水高峰期間有足夠的緩沖液。根據(jù)測量值（15 分鐘間隔），通過改造前已安裝的兩臺泵均勻地進行計量。圖 3 非常清楚地顯示了較高的測量值（洋紅色）如何導致兩個泵（分別為淺藍色和深藍色）將流速從每小時約 3 升增加到約 4 升。

由于泵的沖程頻率限制，每臺泵的最小加藥量約為每小時 3 升。設(shè)置的最大加藥量為每小時 8 升。對于新規(guī)定來說，泵的尺寸有些大，但如果一個泵發(fā)生故障，另一個泵就可以自行泵送所需的體積。

實驗室分析

按照“自我監(jiān)測條例”的要求，過程監(jiān)察繼續(xù)以每周及每月進行兩小時及二十四小時綜合采樣的方式。自安裝 Alyza IQ PO4 以來，每周都會進行光度參考測量。為此，從分析儀的溢流容器中取樣，并通過比色皿測試確定 PO4-P 值。隨后計算平均值進行雙重測定。結(jié)果令人滿意；如有必要，可在 Alyza IQ 上設(shè)置偏移值。

結(jié)果

由于安裝了 Alyza IQ PO4 和新的控制器，Pges 的排放值可降低至約 0.6 mg/L。這甚至大大低于 1.0 mg/L 的新規(guī)定值。此外，由于加藥以需求為導向，該工廠減少了沉淀劑的消耗量。目前為 10 升/小時。根據(jù) Michael Rupp 的評估，大有可能減少到 7 升/小時。“然而，由于難以估計的各種流入高峰，詳細評估只能在大約三年內(nèi)完成，”他說。Michael Rupp 對 Alyza IQ PO4 也非常滿意：

“運行非常可靠，為環(huán)境保護做出了貢獻。”

結(jié)論與展望

即使這個工廠相對較小，在測量技術(shù)和新動態(tài)控制系統(tǒng)編程方面的投資也得到了回報。“Alyza 的運行沒有出現(xiàn)問題，我們符合新規(guī)。如果我們隨后也實現(xiàn)了預(yù)期的沉淀劑節(jié)省”Michael Rupp 自豪地總結(jié)道，“即使工廠必須將第二條通道投入運營，也沒問題：WTW Alyza 可是雙通道設(shè)備。”