磷是一種重要的植物營養素。水體中磷濃度過高會導致藻類和水生植物富營養化和旺盛生長。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如何應對這一挑戰。

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 級規模，處理核心城市 Hilpoltstein 及其轄區（約 13,000 名居民）的廢水。

機械處理階段由篩網和沉砂池組成，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

污水處理塔所產生的污泥與來自Meckenhausen 外部工廠的污泥一起儲存在現場。由于沒有自己的污泥干燥設備，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，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 P 行動區

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

根據當地具體要求，對 4 級規模和 P 處理區的要求為：總磷排放值為 1.0 mg/L。為了能夠比以前更為密切地監控新規定的遵守情況，該工廠選擇適時升級其測量技術。

新挑戰

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路徑。之前的 Pges 限值為 1.6 mg/L，但未經嚴格的調節，因此鋁酸鈉溶液的添加量較高（圖 2，沉淀池）。使用“自我監測條例”中規定的實驗室分析對 Pges 值進行選擇性監測（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。

新的測量技術和動態控制

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 外的現有 IQ Sensor Net 模塊。”在 Alyza IQ PO4 的調試完成后，通過Profibus 將測量值傳輸到 PLC，轉換也順利進行。沉淀劑加藥系統以當前的動態控制系統為基礎。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）。

為了實現控制，將 PO4-P 的值設置為0.55 mg/L，以便在進水高峰期間有足夠的緩沖液。根據測量值（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。設置的最大加藥量為每小時 8 升。對于新規定來說，泵的尺寸有些大，但如果一個泵發生故障，另一個泵就可以自行泵送所需的體積。

實驗室分析

按照“自我監測條例”的要求，過程監察繼續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。結果令人滿意；如有必要，可在 Alyza IQ 上設置偏移值。

結果

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 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完成，”他說。Michael Rupp 對 Alyza IQ PO4 也非常滿意：

“運行非常可靠，為環境保護做出了貢獻。”

結論與展望

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