向含磷废水中投加聚合硫酸铁的方法

技术领域

本发明涉及本发明涉及聚合硫酸铁的添加工艺技术领域，具体涉及对聚合硫酸铁的添加方法进行优化设计，使其合理有效添加聚合硫酸铁，保证充分混合和高效利用，满足降低投料成本要求的方法。 

背景技术

目前在城市用水和工业废水处理工艺中，国内外普遍使用既经济又简便的絮凝沉淀法来净化水质，在工业废水、生活污水的处理，以及水质深度净化、回收利用、污泥处理中，它都往往成为关键环节。絮凝效果的好坏会影响到水处理工艺后续流程的处理费用，甚至影响最终出水的质量。与其他水处理法比较，絮凝沉降法的优点是设备简单，维护操作简便，处理效果好，间歇或连续运行均可。 

目前，污水处理现常使用聚合硫酸铁加入工艺，是将聚合硫酸铁浓溶液在稀释池中稀释后经过长的管道运输后分流加入到曝气池末端。管道末端出水口结晶堵塞严重，影响聚合硫酸铁在整个水流端面的均匀分布，对磷的去除不利。同时每千吨污水聚合硫酸铁的加入量是5X＇g，处于一个富余过量水平。而污水在不同时段来水量和水中磷含量是变化的，客观上对聚合硫酸铁的需求量是也变化的。 

因此改进现有聚合硫酸铁的投料方式，并解决其管道结晶的问题具有重要的实际意义和经济效果。 

发明内容

本发明目的是针对现有的装备及加料方式存在的不足，本发明的目的是通过对现有加料过程的实验研究和理论分析，研究和分析影响聚合硫酸铁结晶的各种因素，改变现有的投料装置及投料方法等，以实现加料过程的持续、稳定、精确的新方 

为实现本发明目的是这样操作的：向含磷废水中投加聚合硫酸铁的方法，包括以下步骤：

1）取样：含磷污水进入污水处理池中，每间隔T秒检测污水进水口的磷含量X，即流入污水处理池中未经处理的污水的含磷量，记录n次测得的X值分别为X_p1、X_p2……X_pn，单位为mg/L，其中，n为大于50的自然数。进一步，所述污水处理池的进水口与出水口之间的距离为a米，污水流动速度为b米每秒，T＝a/b。每一次检测污水进水口的磷含量时，分别向污水处理池中投加相同浓度的聚合硫酸铁溶液，每次聚合硫酸铁溶液的投加量为Y千克，记录n个Y值分别为Y_p1、Y_p2……Y_pn，其中，Y_p1、Y_p2……Y_pn为最大值为70、最小值为25的随机序列。值得说明的是，每一次向污水处理池中投入的聚合硫酸铁溶液的量是一个随机值，但生成该随机值时，要控制其最大值和最小值，即在两个设定的值之间生成一组随机序列。在每次投入聚合硫酸铁溶液T秒后，即测得X的值后，检测污水出水口的残余磷浓度X＇，即流出污水处理池且已经被处理的污水的含磷量，记录n个X＇值分别为X＇_p1、X＇_p3……X＇_pn，单位为mg/L。即本发明需要记录下（X，Y，X＇），如X=X_pn，Y=Y_pn，X＇=X＇_pn，其中：X_pn和X＇_pn为测得的量，其获得的时间间隔为 T秒；Y_pn是一个随机的量，但数值范围确定。即每次测得一个X值后，即随机获得一个Y值，间隔T秒后再测得一个X＇值。

2）筛选：将测得的n个污水出水口的残余磷浓度值X＇_p1、X＇_p3……X＇_pn^＇排序，选取其中最小的20个残余磷浓度值，确定所述最小的20个残余磷浓度值所对应的20个污水进水口的磷含量和20个聚合硫酸铁溶液的投加量。 

3）拟合：对步骤2）所确定的20个所述污水进水口的磷含量，即X值，和20个所述聚合硫酸铁溶液的投加量，即Y值，进行拟合，从而构建出污水进水口的磷含量与聚合硫酸铁溶液的投加量之间的关系，即Y=A+BX。 

4）当步骤3）结束后，每间隔T秒就测定一次污水进水口的磷含量X，单位为mg/L，同时按Y=A+BX的关系，向污水处理池中投加与步骤1）浓度相同的聚合硫酸铁溶液Y千克。值得说明的是，本发明中，X、Y和X＇不带下标时均为变量，带下标时为常量。 

作为优选，步骤4中，按照Y=A+BX的关系第一次向污水处理池中投加了聚合硫酸铁溶液后，每间隔T秒就测定一次污水出水口的磷的含量c，当c大于规定的阈值时，说明了此时污水中磷含量偏高，聚合硫酸铁投加量不足，应当重复步骤1～3，重新拟合出Y=A+BX。进一步地，重复步骤1～3时，步骤1）中，所述随机序列Y_p1、Y_p2……Y_pn的最大值和最小值同时增加5。 

作为优选，步骤4中，按照Y=A+BX的关系第一次向污水处理池中投加了聚合硫酸铁溶液后，每间隔T秒就测定一次污水出水口的磷的含量c，当c小于规定的阈值时，说明此时聚合硫酸铁过量，造成浪费，应当重复步骤1～3，重新拟合出Y=A+BX。进一步地，重复步骤1～3时，步骤1）中，所述随机序列Y_p1、Y_p2……Y_pn的最大值和最小值同时减小5。 

本发明中，污水中磷含量的检测方法多种多样。实验时采用的一种方法是采用总磷检测仪器检测。总磷测定仪的工作原理：总磷测定仪由消解器和光度计构成，其原理是在中性介质中， 加入试剂，在高温加热条件下使试样消解，将水样中所含磷全部氧化为正磷酸盐。在酸性介质中，正磷酸盐与试剂反应，生成蓝色的络合物，通过测定其吸光度，即可测定出水样的总磷含量. 

总磷测定仪的功能：1准确测定废水中总磷；2内存20条标准曲线可自行修定并保存；3无须手动制作曲线，仪器可自动根据标准样品来计算存储曲线）；4可精确存储1000个数据详细信息（测定时间、参数、数值）；5打印当前数据和所有存储历史数据；6向PC机传输当前数据和所有存储的历史数据；7 消解功率随负载数量自动调整，做到真实恒温控制8自动恒温提醒、自动倒计时提醒，定时时间可随意调节并保存。

总磷测定仪的工作流程是：样品过滤后，被泵入LFA反应器里。在LFA反应器里，首先注入酸性药剂R1；然后把混合后的样品加热至95℃，把所有的无机磷化物酸化成正磷酸盐；其次再注入氧化剂R2进行UV消解，把残余的有机磷化物氧化成正磷酸盐；之后，微处理器开始按顺序添加药品，为了使P-PO4发生显色反应，首先加入显色药剂，再添加抗坏血酸生成蓝色的物质。进行充分药品混合和反应后，分析仪在660nm处测量这种蓝色的物质。并依据存储在分析仪里的校正因数计算出样品的浓度。 

本发明的优点在于：确定聚合硫酸铁的投加量，以控制和减少结晶的生长。在浓度、流速、黏度、温度等相关因素之间相互作用的影响下，任然能够选择一个最佳的投料量，其准确性具有非常重要的意义。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明范围内。 

实施例1：

对西南地区某污水处理厂的污水处理池进行研究，所述为30立方米的污水处理池，污水流动速度随来流量的大小而确定；每间隔2h检测污水进水口的磷含量X，记录50次测得的X值分别为（即：X_p1、X_p2……X_pn）：3.95、4.45、4.33、3.98、4.09、4.79、 3.71、4.84、4.39、4.58、3.29、3.21、3.59、4.1、3.66、3.55、3.65、4.44、 4.68、4.01、2.96、4.31、4.58、4.18、3.4、3.09、2.74、3.42、3.4、3.64、 3.57、3.16、3.19、3.57、3.42、3.41、3.5、4.21、4.73、3.86、3.7、3.92、 5.28、5.49、5.46、5.39、5.12、4.73、4.21、3.93，单位为mg/L。

每一次检测污水进水口的磷含量时，分别向污水处理池中投加（随机投加，但需要控制最大值和最小值）浓度为42.9％的聚合硫酸铁溶液，每次聚合硫酸铁溶液的投加量为Y千克，记录50个Y值（即Y_p1、Y_p2……Y_p50，与X值对应）分别为：43.9、51.9、50.0、44.4，46.2、57.3、40.1、58.1、50.9、54.0、33.4、32.1、38.2、46.3、39.3、37.5、39.1、51.7、55.6、44.9、28.1、49.7、54.0、47.6、35.1、30.2、25.0、35.5、35.1、39.0、37.8、31.3、31.8、37.8、35.5、35.3、36.7、48.1、56.4、42.5、39.9、43.4、65.2、70.0、68.0、66.9、62.6、56.4、48.1、43.6，单位为kg。其中，Y_p1、Y_p2……Y_p50为最大值为70.0、最小值为25的随机序列，其可以按一般获得随机序列的方法生成。 

在每次投入聚合硫酸铁溶液2h后，检测污水出水口的残余磷浓度X＇，记录50个X＇值（即X＇_p1、X＇_p3……X＇_pn，与X值对应）分别为0.73、0.77、0.74、0.71、0.74、0.76、0.76、0.71、0.69、0.7、0.72、0.8、0.82、0.8、0.8、0.81、0.83、0.77、0.77、0.81、0.84、0.84、0.83、0.83、0.85、0.85、0.92、1.0、0.99、0.98、0.97、0.91、0.9、0.97、0.84、0.89、0.94、0.79、1.0、0.88、0.86、0.91、0.93、0.77、0.72、0.81、0.9、0.80、0.79、0.86，单位为mg/L； 

2）筛选：将测得的50个污水出水口的残余磷浓度值排序。即按表1中第三列排序：

表1

确定所述最小的20个残余磷浓度值所对应的20个污水进水口的磷含量，即X值为：3.95、4.45、4.33、3.98、4.09、4.79、3.71、4.84、4.39、4.1、3.66、4.44、4.58、3.29、3.21、4.68、4.21、5.49、5.46、4.21。确定所述最小的20个残余磷浓度值所对应的20个聚合硫酸铁溶液的投加量，即Y值为：43.9、51.9、50.0、44.4，46.2、57.3、40.1、58.1、50.9、54.0、46.3、39.3、51.7、55.6、48.1、68.5、68.0、48.1。即表2：

表2

3）拟合（表2）：对步骤2）所确定的20个所述污水进水口的磷含量，即X值，和20个所述聚合硫酸铁溶液的投加量，即Y值，进行拟合，从而构建出污水进水口的磷含量与聚合硫酸铁溶液的投加量之间的关系，即Y=A+BX为：y = 15.97x - 19.164。

4）当步骤3）结束后，每间隔2h就测定一次污水进水口的磷含量，记录为X，单位为mg/L，同时按y = 15.97x - 19.164的关系，向污水处理池中投加与步骤1）浓度相同的聚合硫酸铁溶液Y千克。如第一次测得X＝4.24ml，计算出Y＝48.5kg；第二次测得X＝4.79ml，计算出Y＝57.3kg …… 

实施例2：

本实施例的步骤1～4同实施例1，获得了与实施例1相同的Y=A+BX的函数关系。

本实施例的步骤4中，按照Y=A+BX，即y = 15.97x - 19.164，的关系第一次向污水处理池中投加了聚合硫酸铁溶液后，每间隔2h就测定一次污水出水口的磷的含量c。如第一次测得X＝4.24ml，计算出Y＝48.5kg向污水处理池中投加聚合硫酸铁溶液48.5kg后，间隔2h，测得污水出水口的磷的含量c＝0.77ml， 

第二次测得X＝4.79ml，计算出Y＝ 57.3kg，向污水处理池中投加聚合硫酸铁溶液57.3kg后，间隔2h，测得污水出水口的磷的含量c＝0.96ml，

……

当c大于1mg/L时，说明了此时污水中磷含量偏高（进入污水处理池中污水的含磷量不是一成不变的，每一批污水的含磷量均不同，且污水中存在有其他物质或正面或负面地影响除磷效果，以往均是以经验来估计聚合硫酸铁的投加量），聚合硫酸铁投加量不足，应当重复步骤1～3，重新拟合出Y=A+BX。进一步地，重复步骤1～3时，步骤1）中，所述随机序列Y_p1、Y_p2……Y_pn的最大值和最小值同时增加5。

本实施例中，第五次测得X＝4.55ml，计算出Y＝53.5kg，向污水处理池中投加聚合硫酸铁溶液53.5kg后，间隔2h，测得污水出水口的磷的含量c＝1.1ml，大于了阈值，废弃掉之前测得的y = 15.97x - 19.164，重新测定并拟合。 

同样对实施例1所述的污水处理池进行研究。每间隔2h检测污水进水口的磷含量X，记录50次测得的X值（即：X_p1、X_p2……X_pn）分别为3.63、3.31、3.51、3.83、3.58、3.85、 3.91、3.67、3.98、3.4、4.56、3.81、3.88、4.22、3.51、4.29、3.84、4.32、 4.31、4.22、4.19、3.45、3.83、3.68、4.27、4.31、2.76、3.77、4.3、4.67、 4.24、3.91、3.07、3.18、3.87、4.09、4.41、4.5、4.43、4.61、4.21、4.06、 4.49、5.59、4.19、5.03、5.11、4.87、4.98、4.84，单位为mg/L。 

每一次检测污水进水口的磷含量时，分别向污水处理池中投加浓度为42.9％的聚合硫酸铁溶液，每次聚合硫酸铁溶液的投加量为Y千克，记录50个Y值（即Y_p1、Y_p2……Y_p50，与X值对应）分别为43.8、38.7、41.9、47.0，43.0、47.3、48.3、44.4、49.4、40.1、58.7、46.7、47.8、53.2、41.9、54.3、47.1、54.8、54.7、53.2、52.8、40.9、47.0、44.6、54.0、54.7、30.0、46.0、54.5、60.4、53.5、48.3、34.9、36.6、47.6、51.2、56.3、57.7、56.6、59.5、53.1、50.7、57.5、75.0、52.8、66.2、67.4、63.6、65.4、63.1，其中，Y_p1、Y_p2……Y_p50为最大值为75、最小值为30的随机序列。 

在每次投入聚合硫酸铁溶液2h后，检测污水出水口的残余磷浓度X＇，记录50个X＇值（即X＇_p1、X＇_p3……X＇_pn，与X值对应）分别为0.67、0.78、0.76、0.86、0.86、0.77、0.85、0.73、0.84、0.68、0.75、0.88、0.82、0.81、0.79、0.81、0.83、0.75、0.67、0.71、0.64、0.73、0.69、0.83、0.85、0.81、0.92、0.72、0.79、0.88、0.91、0.93、0.7、0.87、0.82、0.86、0.64、0.79、0.66、0.78、0.89、0.91、0.74、0.72、0.69、0.88、0.79、0.77、0.79、0.84，单位为mg/L； 

2）筛选：将测得的50个污水出水口的残余磷浓度值排序。即按表3中第三列排序：

表三

确定所述最小的20个残余磷浓度值所对应的20个污水进水口的磷含量，即X值为：4.19 、4.41、4.43、3.63、4.31、3.4、3.83、4.19、3.07、4.22、3.77、5.59、3.67、3.45、4.49、4.56、4.32、3.51、3.85、4.87确定所述最小的20个残余磷浓度值所对应的20个聚合硫酸铁溶液的投加量，即Y值为：52.8、56.3、56.6、43.8、54.7、40.1、47、52.8、34.9、53.2、46、75、44.4、40.9、57.5、58.7、54.8、41.9、47.3、63.6。即表四：

表四

    3）拟合：对步骤2）所确定的20个所述污水进水口的磷含量，即X值，和20个所述聚合硫酸铁溶液的投加量，即Y值，进行拟合，从而构建出污水进水口的磷含量与聚合硫酸铁溶液的投加量之间的关系，即Y=15.97X-14.164。

4）当步骤3）结束后，每间隔2h就测定一次污水进水口的磷含量，记录为X，单位为mg/L，同时按Y=15.97X-14.164的关系，向污水处理池中投加与步骤1）浓度相同的聚合硫酸铁溶液Y千克。如第一次测得X＝3.83ml，计算出Y＝ 47.0kg；第二次测得X＝ 4.59ml，计算出Y＝59.1kg …… 

实施例3：

本实施例接着实施例1进行，即本实施例的步骤1～4同实施例1，获得了与实施例1相同的Y=A+BX的函数关系。

本实施例的步骤4中，按照y = 15.97x - 19.164的关系第一次向污水处理池中投加了聚合硫酸铁溶液后，每间隔2h就测定一次污水出水口的磷的含量c。如第一次测得X＝4.24ml，计算出Y＝48.5kg，向污水处理池中投加聚合硫酸铁溶液48.5kg后，间隔2h，测得污水出水口的磷的含量c＝0.77ml。 

第二次测得X＝ 4.79ml，计算出Y＝57.3kg，向污水处理池中投加聚合硫酸铁溶液 46.2kg后，间隔2h，测得污水出水口的磷的含量c＝0.96ml， 

……

当c小于0.5mg/L时，说明了此时进入的污水中磷含量偏低，聚合硫酸铁投加量过量，造成浪费，应当重复步骤1～3，重新拟合出Y=A+BX。进一步地，重复步骤1～3时，步骤1）中，所述随机序列Y_p1、Y_p2……Y_pn的最大值和最小值同时减小5。

本实施例中，第三次测得X＝3.45ml，计算出Y＝35.9kg，向污水处理池中投加聚合硫酸铁溶液35.9后，间隔2h，测得污水出水口的磷的含量c＝0.35ml，小于了阈值，废弃掉之前测得的Y=15.97X-19.164，重新测定并拟合。 

同样对实施例1所述的污水处理池进行研究。每间隔2h检测污水进水口的磷含量X，记录50次测得的X值（即：X_p1、X_p2……X_pn）分别为4.86、4.57、3.94、3.91、3.38、3.5、 3.44、3.34、2.76、2.98、3.03、3.2、3.52、3.15、3.7、5.59、4.39、3.88、 3.37、3.58、3.42、3.81、3.79、3.64、3.59、3.78、4.04、3.91、3.84、4.34、 4.01、3.78、3.59、3.72、3.73、3.72、4.18、3.6、3.79、4.38、4.4、4.28、 3.38、4.02、3.86、4.26、3.8、3.37、3.88、3.54，单位为mg/L。 

每一次检测污水进水口的磷含量时，分别向污水处理池中投加浓度为42.9％的聚合硫酸铁溶液，每次聚合硫酸铁溶液的投加量为Y千克，记录50个Y值（即Y_p1、Y_p2……Y_p50，与X值对应）分别为53.5、48.8、38.8、38.3、29.8、31.7、30.8、29.2、20.0、23.4、24.2、26.9、32.1、26.1、34.9、65.0、45.9、37.8、29.7、33、30.5、36.7、36.4、34、33.2、36.2、40.4、38.3、37.2、45.1、39.9、36.2、33.2、35.2、35.4、35.2、42.6、33.3、36.4、45.8、46.1、44.2、29.8、40.0、38.5、43.9、36.5、29.7、37.8、32.4，其中，Y_p1、Y_p2……Y_p50为最大值为65、最小值为20的随机序列。 

在每次投入聚合硫酸铁溶液2h后，检测污水出水口的残余磷浓度X＇，记录50个X＇值（即X＇_p1、X＇_p3……X＇_pn，与X值对应）分别为0.6、0.84、0.74、0.83、0.57、0.66、0.89、0.94、0.65、0.66、0.52、0.56、0.64、0.56、0.79、0.64、0.68、0.61、0.84、0.74、0.83、0.76、0.83、0.67、0.59、0.72、0.68、0.59、0.55、0.88、0.91、0.83、0.82、0.77、0.84、0.79、0.64、0.79、0.95、0.68、0.72、0.77、0.78、0.86、0.85、0.81、0.69、0.72、0.79、0.8，单位为mg/L； 

    筛选：将测得的50个污水出水口的残余磷浓度值排序。即按表5中第三列排序：

表五

确定所述最小的20个残余磷浓度值所对应的20个污水进水口的磷含量，即X值为：3.03、3.84、3.2、3.15、3.38、3.59、3.91、4.8、3.88、3.52、5.6、4.18、2.77、3.5、2.98、3.64、4.39、4.04、4.38、3.8确定所述最小的20个残余磷浓度值所对应的20个聚合硫酸铁溶液的投加量，即Y值为：24.2、45.1、26.9、26.1、29.8、36.2、37.2、53.5、29.7、32.1、65、36.2、20、31.7、23.4、33.2、27.8、38.3、35.4、43.9。即表六：

表六

    3）拟合：对步骤2）所确定的20个所述污水进水口的磷含量，即X值，和20个所述聚合硫酸铁溶液的投加量，即Y值，进行拟合，从而构建出污水进水口的磷含量与聚合硫酸铁溶液的投加量之间的关系，即Y=15.97X-24.164。

4）当步骤3）结束后，每间隔2h就测定一次污水进水口的磷含量，记录为X，单位为mg/L，同时按Y=15.97X-24.164的关系，向污水处理池中投加与步骤1）浓度相同的聚合硫酸铁溶液Y千克。如第一次测得X＝3.71 ml，计算出Y＝35.1 kg；第二次测得X＝4.18ml，计算出Y＝42.6kg ……