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EZ7200系列揮發(fā)性脂肪酸(VFA)在線分析儀在瑞典市政股份公司（VIVAB）的測(cè)試

2019-08-12，星期一

對(duì)揮發(fā)性脂肪酸（VFA）產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)和優(yōu)化以及厭氧過程中的堿度和酸度的 控制是防止消化池和生物除磷（EBPR）裝置發(fā)生急性故障和出現(xiàn)瓶頸的兩個(gè)重 要因素。

在線分析儀為這些過程的檢測(cè)提供了很好的機(jī)會(huì)，因?yàn)樗軌蜻B續(xù)監(jiān)測(cè)和確 定整個(gè)消化池過程的情況和狀態(tài)。Hach 公司旗下的 AppliTek EZ7200 系列 VFA 在線分析儀有助于監(jiān)測(cè)、控制、優(yōu)化和保護(hù)厭氧過程。該儀器測(cè)量以下參數(shù)：pH， VFA，碳酸氫鹽，總堿度和部分堿度。瑞典市政股份公司(VIVAB[Vatten & Milijo i vast AB]) 在三個(gè)不同的地點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試，并使用三種不同的實(shí)驗(yàn)室方法 對(duì)相同的樣品進(jìn)行了分析。

安裝

儀器由兩個(gè)單元組成，即預(yù)處理單元和分析儀單元。預(yù)處理面板由不同類型 的閥門、帶過濾器的預(yù)處理面板和減壓閥組成。

實(shí)驗(yàn)室分析過程

將在線測(cè)量結(jié)果與評(píng)估中使用的三種不同方法進(jìn)行比較。

1）AnaSense 方法
該方法模擬了 EZ7200 系列分析儀的測(cè)試過程。用 0.1 M 硫酸（H2SO4） 滴定 20 mL 樣品，使原來的 pH 值降至 5.75 以測(cè)定部分堿度，然后降至 4.3 以 測(cè)定總堿度。為了計(jì)算碳酸氫鹽，繼續(xù)滴定直到 pH 值達(dá)到 4.0，之后將樣品曝 氣 90 秒以除去碳酸鹽。用 0.02M 氫氧化鈉（NaOH）將樣品從 pH4.0 滴定到 pH5.0，以此來測(cè)定 VFA。

2）VIVAB 方法（法爾肯貝里）
在瑞典法爾肯貝里，有資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室在檢驗(yàn)前對(duì)樣品進(jìn)行了過濾。將 50 mL 樣品用 0.1 M 硫酸滴定，使其原來的 pH 值降至 pH 5.75 以測(cè)定部分堿度，然 后降至 pH 4.0 以測(cè)定總堿度。繼續(xù)滴定，直至 pH 值達(dá)到 3.3 和 3.5 之間。然 后將樣品煮沸至少三分鐘。冷卻至室溫后，用 0.05M 氫氧化鈉滴定樣品，將樣 品 pH 值從 4.0 升至 7.0 以測(cè)定 VFA。

3）在瓦爾貝里被認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試方法
在瓦爾貝里被認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室用蒸餾水（比例 1:1）來稀釋污泥。稀釋后，通過孔徑為 6-10μm 的過濾器過濾樣品。隨后，將 10 mL 濾液和 90 mL 蒸餾水混合并用 0.05 M 鹽酸滴定。部分堿度在 pH5.75 下測(cè)定，總堿度在 pH4.00 下測(cè)定。通過使用 Hach?試劑（LCK 365）來測(cè)定 VFA，且樣品已被離心和過濾（過濾孔徑 6–10μm）。

現(xiàn)場(chǎng)安裝

1）Getter?verket 污水處理廠
Getter?verket 位于瓦爾貝里市，是 VIVAB 最大的污水處理廠之一。它的 處理能力為 5,600 kg BOD7 /天，相當(dāng)于 80,000 PE（人口當(dāng)量）。這座傳統(tǒng)的 污水處理廠通常處理生活污水，大約只有 7%的進(jìn)水 BOD7 負(fù)荷來自工業(yè)廢水， 其主要來自魚類加工業(yè)。污水處理廠共有 4 個(gè)消化池，總?cè)莘e 3600 立方米，即每個(gè)反應(yīng)器的容積為 900 立方米。
由于該反應(yīng)器預(yù)計(jì)會(huì)發(fā)生工藝變化，因此將 AnaSense 分析儀連接至主反 應(yīng)器。此外，預(yù)計(jì)由于 VFA 的增加和堿度的降低，能夠第一時(shí)間察覺該反應(yīng)器 工藝過程的不穩(wěn)定性。這種發(fā)展有可能是由于有機(jī)負(fù)荷的變化和預(yù)濃縮引起的。

2）嘉士伯（Carlsberg）啤酒廠預(yù)處理
很多工業(yè)都位于法爾肯貝里市或該市附近。由于工業(yè)廢水的不穩(wěn)定性，最大 的污水處理廠 Smedjeholmen 的水處理面臨著重大挑戰(zhàn)。尤其是嘉士伯啤酒廠 的廢水需要特殊的預(yù)處理。來自啤酒廠的出水在位于法爾肯貝里市南部的厭氧內(nèi) 循環(huán)反應(yīng)器（IC 反應(yīng)器）中進(jìn)行預(yù)處理。VIVAB 負(fù)責(zé)該設(shè)施的維護(hù)和運(yùn)行。在 IC 反應(yīng)器中處理工藝水主要有兩個(gè)目的，即提高沼氣產(chǎn)量和在 Smedjeholmen 污水處理廠進(jìn)行處理前降低 BOD 負(fù)荷。

烏拉勒德（Ullared）污水處理廠
烏拉勒德污水處理廠位于法爾肯貝里市。它主要處理來自 Gek?s 購物中心 的廢水，該購物中心設(shè)有商店、餐廳和露營地等。因此，在購物時(shí)間和假日期間， 水力和 BOD 負(fù)荷會(huì)發(fā)生劇烈變化和波動(dòng)。烏拉勒德的污水處理廠處理能力為 518 kg BOD7 /天，相當(dāng)于 7,400 PE。該污水處理廠是作為生物除磷設(shè)備（BIO-P）建造的，并且采用了用于 VFA 生產(chǎn)的再循環(huán)活性污泥處理法（ARP）。烏拉勒德污水處理廠的廢水處理工藝主要分為機(jī)械處理、生物處理和拋光池處理三個(gè) 步驟。

結(jié)果和討論

圖 1: Getter?verket 污水處理廠 2016 年 6 月 14 日至 8 月 23 日在線測(cè)量結(jié)果

圖 2：Getter?verkett 污水處理廠的在線測(cè)量和實(shí)驗(yàn)室每周測(cè)量結(jié)果之間的比較

圖 3：Getter?verkett 污水處理廠的在線測(cè)量和實(shí)驗(yàn)室每周測(cè)量結(jié)果之間的比較

1）Getter?verket 污水處理廠
研究結(jié)果有助于評(píng)價(jià)和改進(jìn) Getter?verkett 污水處理廠消化池的工藝。由 于入口流量穩(wěn)定，消化池的堿度和 VFA 值相當(dāng)穩(wěn)定。對(duì)最近的在線測(cè)量結(jié)果進(jìn) 行檢查，明顯的是即使是過程中的微小變化或事件也能立刻被分析儀識(shí)別出來， 比如說離心機(jī)的停止。該分析儀具有改進(jìn)工藝，降低能耗和減少成本的潛力。由 于聚合物消耗量從 3.8 噸/年（2015 年）減少到零，因此，當(dāng)全年預(yù)濃縮被忽略時(shí)，節(jié)省的聚合物每年可降低高達(dá) 150000 克朗（瑞典貨幣單位）的成本。此外， 提高污泥（棄水懸浮物）的脫水性，可降低污泥輸送成本，減少內(nèi)部循環(huán)。與在 線測(cè)量結(jié)果之間的比較表明，在優(yōu)化之后，所有的圖都遵循相同的趨勢(shì)（圖 1）。

由于 VIVAB 有額外的過濾過程，VIVAB 方法的值低于在線測(cè)量值。除 VFA 值較高外，AnaSense 方法得到的值范圍與在線測(cè)量方法得到的值相似。從法爾 肯貝里的方法獲得的值始終低于在線測(cè)量值，這歸因于樣本的額外過濾過程。

瓦爾貝里被認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果表明，所有測(cè)量值都在不同的范圍內(nèi)，但遵循相同的趨勢(shì)（圖 2+3）。

2）嘉士伯
堿度值變化很快且不規(guī)則，而普通的 VFA 值比較穩(wěn)定，在 30 mg/L 到 55 mg/L 的小范圍內(nèi)波動(dòng)。如果結(jié)合進(jìn)水流量處的 TOC 在線監(jiān)測(cè)，VFA 的測(cè)量將 更加有效?；谶@些關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)入反應(yīng)器的進(jìn)水流量可以得到調(diào)整。在線測(cè)量 值與實(shí)驗(yàn)室值之間的比較表明，所有值都遵循相同的趨勢(shì)，這表明分析儀工作正 常（圖 4+5）。

3）烏拉勒德的污水處理廠
與以前的試驗(yàn)相比，這里獲得的總的在線結(jié)果更不穩(wěn)定。這是由于與厭氧消 化池中的通常水平相比，ARP 中的堿度和 VFA 含量明顯較低。然而，所得結(jié)果 表明趨勢(shì)是準(zhǔn)確的，且遵循了 ARP 過程中的預(yù)期變化，這增強(qiáng)了監(jiān)測(cè)的可靠性。 整個(gè)過程中的在線測(cè)量結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)室的值表明，所有 值都遵循相同的趨勢(shì)，這表明分析儀工作正常（圖 6）。

圖 4：嘉士伯的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果和在線測(cè)量結(jié)果的比較

圖 5：嘉士伯的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果和在線測(cè)量結(jié)果的比較

圖 6：烏拉勒德的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果和在線測(cè)量結(jié)果的比較

結(jié)論

使用 EZ7200 系列在線 VFA 分析儀進(jìn)行試驗(yàn)的重點(diǎn)是確定分析結(jié)果是否可 信，以及分析儀是否是監(jiān)測(cè)污水處理廠工藝的有效儀器。對(duì)儀器的評(píng)估表明，在 線測(cè)量值確實(shí)是準(zhǔn)確的。在線測(cè)量值與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量值之間的比較表明分析儀的測(cè) 值是可靠的，并且所有測(cè)量值都遵循相同的趨勢(shì)。根據(jù)這些結(jié)果可以得出即使是 過程中的微小變化也是可以被識(shí)別到的。因此，在不存在反應(yīng)器酸化風(fēng)險(xiǎn)的情況 下，優(yōu)化工藝是具有可能性的。Getter?verkett 污水處理廠可以通過繞過預(yù)濃縮 來改進(jìn)工藝，這樣每年可節(jié)省 150000 瑞典克朗并降低污泥運(yùn)輸成本。