ao一體化曝氣生物濾池運行條件優(yōu)化研究

ao一體化曝氣生物濾池運行條件優(yōu)化研究

一體化生物濾池是利用缺氧和好氧的新生物濾池。完成懸浮物過濾、有機分解和硝化處理，在同一反應單元中完成懸浮物過濾、有機分解和硝化處理。由于其占地面積小、廢水水質(zhì)高、投資省、抗負擔重等優(yōu)點，因此逐漸受到水處理專家的關(guān)注。本試驗主要考察了不同進水有機物濃度與溶解氧對A/O一體化曝氣生物濾池脫氮效能的影響,繼而在借助試驗設(shè)計軟件DesignExpert7.0的基礎(chǔ)上,采用Box-Behnken響應曲面法對影響A/O一體化曝氣生物濾池脫氮效能的關(guān)鍵因素進行優(yōu)化,并建立相關(guān)的數(shù)學模型,以期為該技術(shù)的進一步研究和實際應用提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1掛膜啟動時cocdr含量的變化A/O一體化曝氣生物濾池由有機玻璃制成,濾柱高度為2m,內(nèi)徑10cm,承托層高30cm,濾柱側(cè)壁設(shè)置取樣口,運行方式為上流式,下部形成缺氧段,上部形成好氧段,缺氧段與好氧段的體積比為1∶2(圖1)。掛膜啟動時,進水水溫平均為16℃,CODCr濃度為230～290mg/L,總氮濃度為35～40mg/L,氨氮濃度為23～30mg/L。缺氧段采用陶粒濾料,粒徑為3～5mm,孔隙率為55%～78%,好氧段采用球形聚苯乙烯濾料。1.2測試方法試驗分析的各項水質(zhì)指標均采用國家標準方法測定,CODCr采用標準重鉻酸鉀法,NH4+-N采用納氏試劑分光光度法,TN采用分光光度法。2結(jié)果與分析2.1廢水中有機物質(zhì)濃度的影響2.1.1進水有機物濃度對a/o一體化曝氣生物濾池脫氮效果的影響當好氧段溶解氧濃度為2mg/L,進水有機物濃度分別為200、300、400mg/L時,A/O一體化曝氣生物濾池對總氮的去除效果如圖2所示。由圖2可知,進水有機物濃度為200、300mg/L時,總氮的平均去除率分別為20%與30%,最低的去除率僅為15.3%。而當進水有機物濃度為400mg/L時,總氮的去除效率較高,最高去除率為45.1%,且運行較穩(wěn)定,說明進水有機物濃度對A/O一體化曝氣生物濾池的脫氮效果具有較大的影響。即在進水氮濃度一定的條件下,提高污水的C/N比值,有利于提高脫氮效果。其原因在于缺氧段的反硝化細菌屬于異養(yǎng)菌,進入缺氧段的污水中必須有充足的碳源,才能使反硝化菌成為優(yōu)勢菌群,從而保證反硝化的順利進行。如C/N比值過低,則使反硝化過程受阻。同時碳源也是微生物生長的物質(zhì)基礎(chǔ),當碳源不足時,會影響A/O一體化曝氣生物濾池內(nèi)菌體的繁殖,從而使得脫氮效能變差。2.1.2體化曝氣生物濾池對氨氮去除的優(yōu)化當好氧段溶解氧濃度為2mg/L,進水有機物濃度分別為200、300、400mg/L時,A/O一體化曝氣生物濾池對氨氮的去除效果如圖3所示。由圖3可知,進水有機物濃度對氨氮去除率有顯著的影響。當有機物濃度為200、300mg/L時,氨氮的平均去除率分別為44%與56%;當有機物濃度增加到400mg/L時,氨氮去除率最大可高達76.3%,即污水中的C/N比值越高,越有利于氨氮的轉(zhuǎn)化與去除。2.2不同濃度的脫氮效果對不同濃度的影響2.2.1脫氮的去除效果當進水有機物濃度為300mg/L,好氧段溶解氧濃度分別為1.0、2.0、3.5mg/L時,A/O一體化曝氣生物濾池對總氮的去除效果如圖4所示。由圖4可知,當溶解氧為1.0mg/L,對總氮的去除率最高僅為25.0%;溶解氧為2.0mg/L時,最大去除率為32.6%;而當溶解氧為3.5mg/L時,總氮的最大去除率達到55.9%。說明當好氧段溶解氧越大,脫氮的效果越好。但溶解氧增大,勢必造成能耗增加,因此綜合考慮,可將好氧段溶解氧控制在2mg/L左右。2.2.2溶解氧對氨氮的去除效果當進水有機物濃度為300mg/L,好氧段溶解氧濃度分別為1.0、2.0、3.5mg/L時,A/O一體化曝氣生物濾池對氨氮的去除效果如圖5所示。由圖5可知,好氧段溶解氧控制在1.0mg/L時,氨氮的去除率相對較低;當溶解氧控制在2.0、3.5mg/L時,對氨氮的去除率較為穩(wěn)定且去除率較高。特別是溶解氧濃度為3.5mg/L時,對氨氮的平均去除率達80%。其原因在于,氨氮去除與轉(zhuǎn)化所依賴的硝化菌為好氧菌,隨著溶解氧濃度的增加有利于氧向濾料附著水層及生物膜表面的傳遞,為硝化菌提供了充足的氧,使得硝化自養(yǎng)菌在好氧環(huán)境中新陳代謝良好,故A/O一體化曝氣生物濾池脫氮效果得到改善。但如果曝氣量過大,過度的湍流造成濾料上生物膜的脫落,減少了附著生物量,同時增加了動力消耗,因此可將好氧段的溶解氧控制在2mg/L左右。2.3根據(jù)反應剖面的a.o一體化生物濾池的脫氮效果2.3.1a/o模型及預處理以總氮的去除率為評價指標,以溶解氧、濾速與填料高度為考察因素,采用Box-Behnken響應曲面法優(yōu)化A/O一體化曝氣生物濾池的運行條件,試驗設(shè)計因素編碼及水平見表1。2.3.2模型方程的構(gòu)建和性能測試試驗設(shè)計及試驗結(jié)果見表2。利用DesignExpert7.0,對表2中總氮去除率試驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合,獲得二次多項回歸方程:2.3.3脫氮效果的影響所得到的二次回歸方程的響應面及其等高線圖如圖6～圖8所示。由圖6～圖8可知,濾速和濾層高度的交互作用對總氮的去處效果影響顯著,兩者脫氮效果的提高起到了關(guān)鍵性的作用。同時,由濾層高度曲面斜率大于濾速的斜率可知,濾層高度對于脫氮的影響大于濾速。通過對回歸模型Y求解,得出最佳工藝條件為:溶解氧為3.1mg/L,濾速為0.35cm3/s,濾層高度為55.6cm,在此條件下,由方程所得總氮最大的去除率為49.93%。3好氧段溶解氧對總氮的去除效果(1)進水有機物濃度為400mg/L時,脫氮效果較好,總氮與氨氮的最大去除率分別可達45.1%與76.3%;而當進水有機物濃度降為200mg/L時,總氮與氨氮的去除率僅為20%與50%,表明進水的C/N比值越高,可為反硝化過程提供充足的碳源,脫氮效果越好。(2)當溶解氧為1.0mg/L,對總氮的去除率最高僅為25.0%;而當溶解氧為3.5mg/L時,總氮的去除率達到55.9%,同時對氨氮的平均去除率達到了80%左右。表明好氧段的溶解氧越大,脫氮效果越好,但同時工藝的能耗增大,因此可將好氧段的溶解氧控制在2mg/L左右。(3)由Box-Behnken響應曲面可知,濾速和濾層高度的交互作用對總氮的去除效果影響顯著,