（环境科学专业论文）运用正交试验设计法确定生物处理废水系统的最佳运行条件.pdf

甍一窜前言 第一章前言 随着我国国民经济的快速发展，人口的猛增，人民生活水平的提高， 人们在生产和生活过程中，产生了大量污水，大量污水未经处理就流 江河 湖泊，造成自然水体严重污染。我国的水资源并不丰富，而7 k 污染砗低了水 资源的质量，水质不能完全满足使用要求，减少了本来就有限的可供利用水 资源量，进一步加剧了水的供需矛盾，形成可怕的恶性循环。水环境污染问 题曰盏突出，水资源短缺的严峻局面已是无容置疑的事实，成为经济发展的 重要制约因素，而且给人民生活带来很大不便，成为影响社会安定的潜在匿 素。水环境污染的综合治理已是觌不容缓。 近十年内国家对环境保护问题十分关切从行政措施、技术措施、 思想教育等全方位采取措施加强对水污染的控制，各地区都把大量建设域克 污水处理设施作为控制水污染的主要手段，同时要求工厂企业兴建唆水处理 设施，把水污染控制的希望寄托在污水处理上。为此国家投入了大量资金， 建立了不少污水处理厂，使得有关水体得到不同程度的治理和保护，取得了 较大的成绩。这一措施为保护水资源起到了十分重要的作用。 花费大量资金建成大批污水处理设施固然为控制水污染挂供了物颀 基础，可是只有在这些处理设施达到预期处理效果，才能真正发挥控制水污 染的应有作用。而实践表明污水处理设施毕竟不能象生产设施那样受到重 视，在监督管理和操作运行等方面夺在各种问题。就拿美国来说，美国1 9 7 2 年实施新法以来，建设了大量城市污水处理厂和工业废水设施，对控制水污 染起了积极作用。但是，尽管美国有些城市污水处理厂的设计和管理运行水 平是很先进的，达到国际水平，可是在工作中也暴露了不少问题，最突出的 是建成的污水处理设施的运行效果不尽如人意，域市污水处理厂的情况鞍之 工业废水处理设施更为严重。根据调查结果( 袁铭道，1 9 8 6 ) ，1 9 7 5 年域市污 水处理厂达到二级出水水质要求的仅4 0 。美国国家环保署r e p aj 为此小 断受到批评和指责。早在1 9 7 6 年和1 9 7 7 年，e p a 曾对处理规模为 ， 第章前言 3 8 0 0 5 7 0 0 0 m 3 d 的城市污水处理厂抽样监测出水水质，结果表明运行效果 很不理想，达到s s 设计去除率的处理厂不到1 2 ，达到b o d 设计去除率黔 也只有5 5 ，具体数据见表1 ，其中即使采用活性污泥法的处理厂，其运行 表1美国城市污水处理厂符合设计去除率厂数的百分比( ) t a b l e lt h ep e r e e r t t a g eo f e l i g i b l e p l a n t s o f w a s t e w a t e r t r e a t m e n t i n t h e u s 表2美国城市污水处理厂运行效果 t a b l e 2t h ee f f e c t o fw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti nt h ep l a n t si nt h eu s 敬果也末达到设计要求。如果以e p a 规定的出水水质限值来衡量，结果见 表2 。近1 6 0 0 座污水处理厂中运行效果满意的仅4 5 ，而3 3 处理厂运仔 效果不好，连活性污泥法运行效果不好的也占2 7 ，充分反映处理厂运行管 理水平并不高。美国总审计署( g a o ) 于1 9 8 0 年提出报告，认为自1 9 7 2 年以来，花丁巨天投资建设的污水处理设施，并未达到预期效果。当时把城 市污水处理厂的设计、设备和运行维护中存在的问题及不合格工业废水捧 、 处理厂等视作主要原医。 长期咀来，我国城市基础设施的投资偏低，不能与经济建设扳比例协 3 第一童前言 调发展，城市污水处理设施底子非常薄弱。虽然近几年域市污水处理状况 稍育改善，但由于我国排水设施投资长期严重欠帐，致使我国现有城市污水 处理水平与欧美国家相差极其悬殊还不及其6 0 年代的水平( 国家环保局， 1 9 9 2 ) 。据行业有关韶门调查显示，有相当多的污水处理厂运行效果不佳。 造成这一结果的原因是多方面的，情况也比较复杂。一方面，城市污水处理 厂由地方政府负责管理，他们大都经费拮据，人力物力有限，为庞大运f 费 伤脑筋的已不少见，要做好这方面的管理工作确有实际困难。另一方面在 设计处理设旋时没有很好掌握废水排放特性和规律采用合适的处理方法l l 及设施运牙管理上的薄弱是主要原因。 总之，不能认为污水处理设施建成后就万事大吉，因为不同污水处堙 方法、处理设施其运行条件是各不相同的。如果不经过大量艰苦细致的工作 这些处理设施就不能保持良好的运行敬果，发挥其应有的作用，而要做到这 一点相当困难，次非轻面易举。 污水处理有物理、化学、生物学等不同方法。根据处理对象与处理深 度不同，又可分为一级处理、二级处理、三级处理( 深度处理) ：二级处理 一般采用生物学方法。生物处理法是利用微生物来吸附、分解、氧化污水中 的有机物，把不稳定的有机物降解为稳定无害的物质，从而使污水得到挣化 的方法，因其效率高、费用低，己广泛应用于生活污水和工业废水的处理， 成为环境偎护甲的一个重要手段。它自1 9 世纪末开始出现至令世界各国 污水处理厂中大多数都采用生物处理方法( 程树培，1 9 9 4 ) 。 常用的生物处理方法有： r 好氡性活性污泥法( 悬浮工艺) r人工处理法j 厌气性生物法 生物处理法i【 生物膜法f 固着增长工艺) r 湿地系统 l 天然生态处理方法j 生物稳定塘 。 l 土地处理 4 筻一章前言 根据生物处理过程中起作用的微生物对氧气要求不同，可将污水生物 处理概分为好氧处理与厌氧处理两大娄。好氧生物处理是废水处理甲应用最 为广_ 泛的一天类方法。 活性污泥法又称曝气法，是咀悬浮在水中的活性污泥为主体，在微生 物生长有利的环境条件下和污水充分接触，污染物通过微生物的代谢活动得 以降解转化，从废水中消失或降低原有强度。活性污泥工艺产生于本世纪切 由于其较高的处理效率，且运行可靠，在世界各地得到了普遍应用，目前已 成为域市污水处理的主要方法。活性污泥工艺也有很多种，其中最早采用的 是7 专统酒性污泥法及其各种变形，后来出现了池形封闭环状的氧化沟工艺。 7 0 年代中期，又出现了间歇运行的s b r 活性污泥工艺和分段运行的a b 污 性污泥工艺。另一方面活性污泥工艺的功能也有所扩展，如采用a - o 法、 a a 0 法或u c t 法等工艺脱氩除磷。这些工艺也可有机地结合到氧化沟、 a b 及s b r 工艺中去，使之更具有脱氦除磷的效果。 应指出的是，各种运行方式中的大多数，其净化原理与传统活性污泥法 是相同( 张自杰，1 9 8 9 ) ，而仅仅是改变了污水入池方式或改变了运行中的 一些参数f 因素) ，如：混台悬浮固体浓度、曝气量及分布、停留时间、b o d 负荷等：目的是为了降低单位处理水量的基建费和运行费，合理孵决负荷 的增加及冲击负荷的适应等问题。 由于运行参数( 即因素) 对生物处理敬果有很大的影响且不同吲豪 在不同运行工艺下影响大小也各不相同，对于已投入运行的污水处理厂来 说，有必要通过实验确定各种因素对生物处理效果影响的大小以寻求最佳远 骨条件，从而找出适合本厂最肓效且最经济的运行参数f 固素) 值以降低 运行费用。这就是本试验的目的= 5 第二章材料和方注 第二章材料和方法 2 1 实验设备 本实验是在杏林污水处理厂完成的。该厂是一座阻处理工业废水为主 的城市污水处理厂，位于杏林工业区，毗邻厦门西海域。工厂建成于1 9 9 5 年，工程投资5 5 0 0 万元人民币，占地7 6 公顷，总规模为6 万m 3 j 日，已建 成一期工程3 万m 3 旧污水处理能力。 沓林污水处理厂采用厌氧水解酸化一a - a o 活性污泥法对污水逆仁二 级生物处理，兼有脱氮除磷的功能，工艺流程如下： 匿l 杏林污水处理厂工艺流程图 f 培1 p r o c e s so fw a s t e w a t e rt r e a t m e n t 在这个试验中，我们主要对象是活性污泥法系统，水解池只作为预处 理，用来控制废水可生化比和有机物浓度r 因进厂水质较难控制) ，而曝气 池是活性污泥法处理废水的主要构筑物。因此，试验水质是指进入曝气池 6 第二章材料和方注 前的水质，试验结果的水质是指活性污泥法系统中的沉淀池出水； 2 1 1 曝气池构筑( a a o 法) 氓解池出坐 曝气池 r la 矿b 矿珏 厌氧区 o好氧区 f ) 一吣i a 个 妙 缺扭医 山i 钒 强驴 1 一好氧区 妒 内回流l 曝气池混台渡 图2 曝气池构筑图( a a o ) f 遮2 a c t i v z t t e d s l u d g e p r o c e s s f a a - 0 ) 活性污泥系统主要由曝气池和沉淀池组成。本厂曝气池和沉淀池各有两 座。 曝气池：长宽：3 6 2 r e x 3 2 2 r e x7 1 m ，有效水深6 3 m ，曝气池单 池体积7 3 4 0 m 3 。 全池由三部分组成：厌氧区( a ) + 缺氧区( a ) + 好氧区( o ) 厌氧区和酿氧区各约占全池的六分之一，全池采用廊道推流式运行方 式。共有七个廊道，廊道宽4 5 米。 沉淀池采用幅流式，周边进水，周边出水，直径d = 3 2 m ，有设水涿 h ：4 0 m ，底坡i - 5 0 。，单池体积3 2 1 0 m 3 。 2 1 2 工艺原理及过程 a a o 生物脱氨除磷工艺是传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工 7 第二章材料和方注 艺和生物除磷工艺的综台( 王滋臣，1 9 9 7 ) ，其工艺流程如图2 所示。在该 工艺流程内，b o d 和以各种形式存在的氨和磷将一并被去除。a a o 生物 脱氮除磷系统的活性污泥中，菌群主要由硝化菌、反硝化菌和聚磷菌组成， 专性厌氧和一般专性好氧菌等菌群均基本被工艺所淘汰。在好氧段，硝化细 菌将入流中的氮氮及由有机氨氨化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝 酸盐；在缺氧段，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用， 转化成氮气逸入大气中，从而达到脱氪的目的；在厌氧段，聚磷菌释放磷， 并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物；而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并 通过剩余污泥的排放，将磷去除。 污水进入曝气池以后，随着聚磷菌的吸收、反硝化菌的利用及好氧段 的好氧生物分解b o d 浓度逐渐降低。在厌氧段，由于聚磷菌释放磷，t p 浓度逐渐升高，至缺氧段升至最高。在缺氧段，一般认为聚磷菌既不吸收磷， 也不释放磷，t p 保持稳定。在好氧段，由于聚磷菌的吸收，t p 迅速降低； 在厌氧段和缺氧段，n i l j n 浓度稳中有降，至好氧段，随着硝化的进行， , n i l 3 - n 逐渐降低。在缺氧段n 0 3 - - n 瞬间升高主要是由于内回流带八大 量n 0 3 - - n ，但随着反硝化的进行，n 0 3 - - n 浓度迅速降低。在好氧段，随 着硝化的进行，n 0 3 - - n 浓度逐渐升高。 a a - o 工艺的功能是有机物去除、脱氮、除磷三种功能的综合，因而 其工艺参数应同时满足各种功能的要求。如能有效地脱氮或除磷，一般也同 时高效地去除b o d 。但除磷和脱氮往往是相互矛盾的，实际运r 亍甲，主要 是根据排放水质的具体要求，综合平衡。具体体现在某些参数上。使这些参 数只能局限在某一狭窄的范围内，队达到所要的处理效果。 在本试验中我们主要考虑有机物和磷的去除并尽可能提高虱的硝化 程度及虱的去除，囡此没有采用内回流。 8 ， 第= 章材蚪和方疆 2 2 实验材料 2 2 1 主要污染物 沓林生产企业大概有1 5 0 家，目前通过地下水道管网排入污水处理r 大约有1 2 0 家。由于杏林属台商投资区，企业种类多，涉及行业广，污染 重。根据我厂污染源调查结果，工业废水涉及纺织、印染、化工、轻工、能 源、食品、制革、制糖、电镀等行业，工业废水数量多r 约占总污水量的 7 0 ) 且成分复杂，水质、水量波动大，难以生化处理。 2 2 2 进广水质 杳林工业区地处城乡结合部，早期的城镇建设缺乏规划，一些污水管 网未能同步建设，部分生活污水未能进入污水处理厂进行处理，再加上有些 生产厂家只考虑自身利益，为降低成本，把未经处理或处理不完全的工业废 水直接排八市政管网进入污水处理厂，致使进厂水质不稳定、水量波动大， 难以生化处理。其工艺设计数据及9 7 年进厂水质情况见表3 。 表3设计值和9 7 、9 8 年实际进水水质 t a b l e3 d e s i g n e da n d p r a c f i c a li n _ f l u e n tq u a l i t yo f w a s t e w a t e r 虽然9 8 年工厂通过加强对主要污染物排放单位的监察，促使其达标排放 逛厂的水质较为稳定，可生化比( b o d 5 c o d c ，) 有所提高r 见表3 ) 。但 9 第二章材料和方茫 有些生产厂家为了自身利益，未能充分利用自身的污水处理设施，愉排现象 时有发生，加犬了我们工艺控制的难度。 2 3 采集和分析 污水生物处理装置对微生物来说是一个特殊的生态系统，各和环境医 索的变化都会直接或间接影响微生物生长，破坏其相对平衡的生态环境，从 而影响系统处理污水的能力，这正是我们研究的目的。然而，正如自然再里 的生物样，生物处理系统里的微生物对环境的变化具有一定适应性、抗冲 击性和滞后性。因此，在此次研究中，每组试验期大约一个月，其中先经过 一周左右的调试，待系统稳定后进 亍测试，扣除一些外界干扰或人为因素， 取十五 欠较稳定的试验来平均作为试验结果。 由于城市污水处理厂的来水与出水随时间变化，为了取得更育代表性 的水样，每天进水和出水水样的采集是根据水量变化每隔2 h 一次采取相应 比例体积拘瞬时样，并加以混台，分析其平均浓度。曝气池混合液因其体积 天，具有一定的缓冲作用，故取瞬时样分析。取样点分另u 设在细格栅后、水 解池出口、曝气池好氧区、终沉池出口。水样的分析按照国家环保局编的水 和废水监测分析方法f 第三皈) ： 2 4 水样预处理r 水解酸化) 沓林污水处理厂是采用二级生化处理废水，一级主要构筑物是水解旭， 水解池具有沉淀池的功能和水解酸化的作用：水解酸化应用于含难碌解育机 物、司生化性不高的工业废水的处理j 】作为一种预处理手段。其主要原理是 利用有机物厌氧分解过程中酸性发酵舻段的特点，将废水中某些大分子难降 孵有机物转化为较易降解的小分子有机物，从而改善废水的可生化性，从最 4 可看出，9 7 年和9 8 年污水经水解 也后，可生化比r b o d 5 c o d ) 分别从 逆水o 2 9 和0 3 8 提高到o3 8 和0 4 9 ，可生化比的提高为后续好氧生匕处理 创造有利条件，见表5 。 10 第二毒材料和方j 主 表4水解 乜有机物处理敬果 t a b l e 4r e m o v a le f f i c i e n c yo fo r g a m c p o l l u t a n ti nh y d r o l y t i cb a s r a 表5 工业废水生物处理可行性的评定参考值( 程树培，1 9 9 4 ) t a b l e 5 f e a z i b i l i t yo f w a s t e w a t e rb i o l o g l et r e a t m e n t 2 5实验方法正交设计法 正交法是多因素试验与优选法相结合的一种试验设计方法，它不仅符 台试验处理的重复、随机化和局部控翩等原则，而且能比较合理地安排多因 素试验，分析试验结果，确定影响试验结果因素的主次和寻求最佳的操作条 件。优点是可以用较少的试验次数就能较准确而迅速地找到最佳的试验操作 条件f 谭明初，1 9 8 5 ) 。 2 5 】影响因素分析 活性污泥法是水体自净过程的人工强化。要充分发挥活性污泥微生物 的弋谢作用，必须创造有利于微生物生长的良好条件。影响活性污泥增长及 处理效果的主要工艺参数及影响因素有f 王滋臣，1 9 9 7 ) ：活性污泥的污泥 负荷f f 州) 、污泥龄( s l y ) ，回流比、水力停留时间( 玎玎) 、溶解氧c d o ) 、 湿度、p h 值、有毒物质及污水可生物处理性等。在选择圊素时应考虑到系 统工艺的可控制兰。 第二毒材料和方注 1 ) 活性污泥的污泥负荷( f , q v i ) 化学需氧量( c o d ) 是指用化学试剂( 一般指重铬酸钾) 在氧化废水 中有机物过程中所消耗的数量，折合成氧的量f o ：) 。它是度量废水中有机 污染物的一个常用的水质指标。生物化学需氧量( b o d 5 ) 是指在2 04 c 条件 下，微生物好氧分解废水中有机物所需的氧数量。是一种间接表示有机 物污染程度驹指标。废水生物处理大多hc o d 和b o d j 两个指标度量有机 污染物浓度。c o d 值一般指示出废水中有机污染物总量的9 8 ，b o d t 反豫 微生物降解的有机物的数量。所以在生物处理工程上，常把c o d 作为有机 物去除指标，而亚b o d5 阼为活隹污泥中微生物的食料。通过对9 8 年试验 数据的分析可得出，就单因素影响分析，b o d ，高对除磷有利，但辽高会影 响c o d 的去除率，见图3 。 云一。 除8 0 蛊? o 值二。6 0 * 4 ： 3 0 嚣 1 一0 ) d 击脒星 i ， + 磷的云醣翠 】：。【j ：一l ：3一，3 1 3 s39b o d ! 值 圈3b o b ；值与d 及磷的去除率关系图 f 堆3t h e e f f e c to f b o d ，o nt h er e m o v a le f f i c i e n c i e so f p h o s p h o i u sa n dc o d 活啦污泥混台液悬浮固体f m l s s ) 是指曝气池中污水和活性污泥混含 后的混合液悬浮固体数量，是由具有酒性的微生物f m a ) 、微生物自身氧化 的残留物r m e ) 、吸附在污泥上不能为生物降解的有机物f m i ) 、和无机物 m i i ) 四者的总量组成。通过列9 8 年试验数据的分析可得出，就单茵素影 响分析，m l s s 过高辽低对有机物受磷的去除都不利，迁高会妨碍充氧，也 使它难在沉淀池中沉降。过低微生物量少，生物代谢、降解能力差= 见区4 。 12 蔫二章材牛斗却方茫 指 标 值 嚯 ) 二e【4 3 02 1 4 92 7 9 03 2 0 e3 9 8 0 圈4m l s s 值与c o d 及磷的去除率的关系图 f i g 4t h ee f f e c to f m l s so i it h er e m o v a le m c i e n c i e so f p h o s p h o r u sm i dc o d 活性污泥的污泥负荷( f m ) 是指单位重量的活性污泥，在单位聍i 可 内要保证一定的处理敬果所能承受的有机污染物量，童位为k g b o d 二 f k 吐i l x , 7 s s d ) 。活性污泥的污泥负荷通常是用b o d ，代表有机污染物逆哥 计算的。再f m 表示污泥负荷f 代表有机污染物( 即食料) ，m 代表活睁 微生物量，即m r v s s ( 在工程计算上一般采用m l s s ) ，而f 与m 的比筐 代表了微生物量与食物量之间的一种平衡关系，它直接影响活性污泥增长速 率、育机污染物的去除效率、氧的利用率咀及污泥的沉降性能r 提树培， 1 9 9 4 ) 。f m 较大时，由于食物较充足，活性污泥中的微生物增长速率较快， 有机污染物被去除的速率也较快，生物除磷的效果较好，但此时的活性污泥 的沉降性能可能较差。反之，f 巾“较小时，由于食物不太充足，微生物增长 速率较慢或基本不增长甚至也可能减少，此时有机物板去除的速率也必豁 较慢，但这时溶解氧高，生物硝化完全，有利于提高脱氮效率，且这时活“- 2 污泥沉降性能往往鞍好。 a a o 生物脱氪赊磷是运芽灵活的一种工艺，可以以脱氮为重点，也 可以以琮磷为重点，也可以二者兼顾：应在特定的工艺下根据生一。的要求 确定相应的f ， 单匿素分析，通过对9 8 年试验数据的分析可绘成图5 从图5 中可看出，总体来说，污泥负茼越大越有利于除磷， 但大到 正 】3 虻阳蚰蛐=；o 笔二章村牛斗和方注 值量，除磷率反而下降，而且也不利于生物硝化。考虑到生物处理也是 种相对的生态平衡，列各种因素的影响有一定的适应期，各种实验数据均 为实验期内的平均值。由于避厂水质的不可控制性，各个因素的所取水平 虞，育定的波动范围只能是平均直。为此，在本次实验甲只取二个水 平，即n m ，o 0 5 ，g 0 0 5k g b o o j , f k g m l s s d ) 豁 戈 j ： ：4 0 ( 1 ： u f 耳1 1 1 11 1 坠j ， ：le 。3 。3 3 7 。5 i 。7 7 。! ：。：3 ：4 l 污诧啦荷僵 图5 污泥负荷与c o d 受磷的去除率的关系圈 f 培5 t h ee f f e c to fs l u d g el o a do i lt h er e m o v a le f f i c i e n c i e so fp h o s p h o r u sa n dc o d 污泥负荷的计算： 每日进水b o d 5 总量( 流量浓度) f m 曝气池体积、 、 厕j 号 12345 6 7 能耗 abcd e k w hk f ；试验号、 c o d l1 ：、： ll10 8 2 2221 2 7 1220 9 4 2】l1 3 2 212o 8 5 12l1 1 7 22l04 1 l1 1ji22：l120 8 6 ! 。3 12 12 521 7 6 21 22 822 i1 43 54 1 13 0 2 3 8 53 7 2 7 6 4 1 i3 2 93 5 346 237 93 9 2 i 41 0 91 0 3o 7 6 0 9 60 9 3 i i 4 l o8 2o 8 81 1 6 0 9 50 9 8 i 极差o 2 7o 1 50 4 0o 0 10 0 5 影响大小 24 第三妻试验结果分析与讨论 对表8 ( 表9 、1 0 也相同) 的说明 f 1 )“i ”这- - t ? 为吾因素的“一水平”所对应的磷的去睬率之和。 譬如，与水力停留时间( a ) 的“一水平”所对应的磷的去豫率为 7 6 8 + 6 1 廿4 6 2 + 4 7 5 = 2 3 i g ，同样的列温度( e ) 因素，“一水平”所对应的 磷的去除率为7 6 8 。4 7 5 + 5 8 2 + 5 0 5 = 2 3 3 0 ，依次类推。 f 2 )“1 i ”这一 亍为各因素“二水平”所对应的磷的去豫率之和。 由于只有两个水平面，就不再出现“i ”。 r3 ) 在l b 袁中每个因素的“一水平”和“二水平”均出现四次， 昕以表中i 4 、1 i 4 就是指标磷的去除率的平均值。这里的极差就是表中 这两个数中自勺大数减去小数。 l4 ) 为了便于检查各因素算得的“i ”、“i i ”是否正确，可以先算 一下试验结果的总和，写在试验结果栏下面。验证时，每列的i + 1 1 应该等 于试验结果的总和。如表? 中的i + i i = 4 5 5 6 c r5 ) 表中极差的大小反映了固秦水平的变化对磷的击除率自勺影响。 极差大最明这个因素的两个水平对磷的去除率的影响大，该因素的水平选取 应认真考虑；板差小，表示这个因煮的两个水平对去除率没有什么影响， 可以根据别的要求( 如为节约成本、操作方便等) 来选取。从这个意义上来 说，可以根据极差的大小来排出因素的重要次序。 r 6 ) 对每一因素水平数且勺选择应区分两类因素：一类是不涉及交互 作用的因素，它的水平选取是选平均值甲指标较好的；另一类是有交互作用 的因素，它的水平选取无法单独考虑，应对有交互作用的两因素进k k t 较层 再选择对指标较好的水平。本表把交互作用所在的列相应的i 、i i 平均值和 极差也计算出来，写在表内，以便分析比较。 ( 一) 磷的去除奉分析 u 表8 中极差大小可以看出，污混负荷的影响最重要，其次是污泥负 荷与水力停留时间的交互作用，再次是可生化比，s i g 对磷的去除率有一 2 5 第三章 试验结罢舒毫f 与讨论 定的影响，h r t 和水温对磷的去除率影响不犬。实验结果表明：污泥负苘与 水力停留时旧之间存在交互作用，与试验前的假设是一致的。 为了更直观进行比较分析，我们采用各因素的不同水平作横坐标，毕 每个水平下磷的去豫率的平均值作纵坐标，绘出各试验因素与磷的去豫率 间的直观比较图，见图9 = 从匿中也可看出：较高的污泥负荷、可生，_ l 目9 否因素二水平下的除磷效 f i 9t h ee f f e c to fd i f f e r e n tf a c t e r su n d e l - w ol e v e lso nt h e le o v a le f f i c i e h c yo fp h o s p h o r u s 比有利于磷的去除：就单因素影响来说在实验范围内，水力停留时喊对豫 磷率几乎没有影响。坦其与污泥负荷问存在着明显的交互作用，在选择污泥 负茼值时，也应考虑引水力停留时。司的交互作用。 执正交表8 甲可看出，在本次实验中，第一号实验条件下，即：h r t = i 5 h ， f m = 0 1 6 k g ( b o d 。) k g ( 札s s ) d ，s k i = 1 1 d ，可生化t l = o 5 6 ，温度= 2 1 时，除磷敬果最好，磷的去除率达7 6 8 。 r 二) 有机污染物的处理效果分析 从表9 中百 以看出，对有机污染物去除率影响最大的也是污泥负荷 其次是s r t ，再次是h r t 与s r t 的交互作用水温、可生化比和h r t 的影响 不太大：实验结果表明：污泥龄s k i 与水力停留时间h r t 之i 刮存在父且作 26 茸三簟试验结果舟析与讨论 用，与试验前的假设是一致的： 扒匿1 0 甲可以看出：较高的f h 1 ，较高的s r t 对提高c 0 1 ) 去豫率有和j 。 虽然从单医素影响来分析，i t r t 对c o d 去除率影响不太大但在选择s i t i 时，应考虑到与h r t 间的交互作用。 从表中还可看出。在本实验中，第二号的实验的条件下，即：h r t = 4 5 】1 ， f m = 0 1 6 k g ( b o d 。) k g ( m l s s ) d ，s r t = 3 3 d ，可生化比= 0 4 2 ，湿度= 2 5 。c 旷，c o d 的去除率最高，达7 9 3 。 匿】u 各卜西素二水平下c o s 自9 去除效果 l i g 1 01 h ee f f e c to fd i f f e r e n tf a c t e r su n d e rt w ol e v e l so nt h e r e m o v a le f f i c i e n e yo fc o d ( 三) 能耗分析 在试验的同时，对整个系统f 从污水进厂开始统计) 处理每立方米的污 水及去除每吨有机污染物斫需能耗避行统计分析，见表1 0 1 和1 0 2 一采甲 两种方法对能耗进行统计是为了不同的生产目的。以处理每立方米污水的能 耗作为指标，主要是考虑生产成本；以去豫每吨有机污染物所需能耗作为 指标，主要是考虑到环境。果护，圄为l 比指标与进出水中污染扬吉量有关，：口 有机污染物处理的越彻底，去陈每吨有机污染物所需的能耗就高a 从表1 0 1 中报差大小可看出，s l g r 对处理每立方米污水的能耗大小景： 2 7 莆三壶 试验结果分析与讨论 响最明显，其次是温度，再次是可生化比，污泥负荷的大小对能耗几乎没有 影响从图l 】一l 中可看出：对处理每立方米污水，高的污泥龄、低的温度耗 能天： 图l j 1 各个匿素二水平下能耗高低 f ig l l 一1i h ee f f e c t 。fd i f f e r e n t f a c t e r su n d e rt w 。l e v e l s 。nt h e c o n sl u m p ti o no fe n e r g y ( k w h n 3 ) 图l l 一：各个因素二水平下能耗高低 j glj ：t h ee f f e c t 。fd i f f e r e n t f a c t e r su n d e rt w 。l e v e l 5 u nc h p c o n s u m p ti o no fe n e r g y ( k * h c o d ) 2 8 一一_ _ l 第三童试验结果甜析与讨论 凡录t o 一2 中极差天小可看出，也是s r t 对去除每吨有机污染物的能耗 丈小影响最明显，其次是水力停留时间( h r t ) ，再次是污泥负荷而可生化 比和温度对耗能几乎没有影响。从图1 卜2 甲可看出：对于去喙每吨有机污 染物，高的污混龄rs r t ) 、低的水力停留时旧r h r t ) 耗能7 f a 时，若o = o 0 5 ，得( 卜o ) 、( i 0 0 = 9 5 ， 这就可判断因素a 是显著的，不能忽略，而这一判断错误的可能性为5 * ， 昕以信度。袭示这一判断错误的概率。 利用f 表作显著性检验f 简称f 检验) 的步骤是： 35 第三章试验结县甘析与讨论 “) 博以2 鹣2 鲁i t o o ? ) 根据自由度f a 、f 。以及选定的售度a 查f 表，得到临界值f a r f 。 f 。) 。表中分子自由度f - = f ，分母自由度f 2 = f e ，则表上f ，所在竖列与f j 所在的横行的交叉点上数字，就是f 的临界值。a 值取多大，观具体情况 而定。当试验精度较差时。可取大些，反之可取小些。 r3 ) 比较f 与f a ，作出显著性判断。通常若对于u - 0 0 5 有f f 3 c s ，则说明该因素水平的改变对试验结果有极显著影响，记作料；当f oo c f ，、，f ：。时，该因素水平对结果有显著影响，记作$ ；试验精度差时a 可取 大些。对于a = o 1 0 肓r ) f 。l o ，记作料；当f ol o jf a j f 。2 5 记作 。 ：) f 捡验只有当误差的自由度较大时，检验的灵敏度才能高。因此， 耐于表1 2 ，我们取空列5 和列l ( 偏差平方和最小的因素) 作为误差项。对 于袁1 4 ，我们取空刊3 和列7 作为误差项。对于表1 6 ，为了增加能耗的灵 敏度，我们取三个自由度，e l i - - - 个空列和一个偏差平方和最小的列作为误差 i 砸。 ( 三) 试验结果方差分析与讨论 f1 ) 从表1 2 的f 检验结果表明，对磷的去除率指标，各个因素影响 大小与极差分析结果是一致的。但是，只有污泥负荷这因素的影响是极显著 的起着决定性的作用。要提高磷的去豫率，首先必须考虑污泥负荷。 r ! )从表1 4 的f 检验结果表明，对于有机污染物的去除污泥负 荷及污泥龄这二因素的影响是极显著的，水力停留时间和污泥龄间的交互 3 6 第三聋试验结果甘圻与讨论 作用也有一定的影响。要提高有机污染物的去除率，首先必须考虑污泥负荷 和污泥龄。 r 3 )从表1 6 的f 检验结果表明，对于能耗这指标，从处理每立方米 污水的能耗来看，污泥龄和水的温度对其影响是极显著的；而从去睬每吨有 机污染物所需能耗来看，污泥龄的影响也是最显著的，水力停留时间也有一 定的影响。污泥龄对二种能耗统计指标影响都是最显著，要想降低成本首 先必须考虑污泥龄这一因素。 3 ! 3 综合平衡分析与讨论 在实际生产中。决定一产品的好坏或是处理率的高低往往不是由一个 性能决定的，需要同时兼顾好几个性能，即通过试验同时达到几个指标、对 于多指标试验常采用两种分析方法：综合平衡法和综合评分法。在这里我们 采用综合平衡法，就是对各个指标先单独各自计算分析，而后逐个分析每一 个因素对各个指标的影响，再进= f 亍综合考察比较，最后得到一个适用的操作 条件。 为了更直观地进行分析比较，我们把每个因素对各指标的影响绘成圈 1 2 、1 3 、1 4 、1 6 、1 7 。由于能耗这指标值过小，为了便于比较，图甲能耗f 度 j 立方米) 每指标都是乘于1 0 0 ，而能耗( 度去除每吨有机污染物) 每指标 都是乘于2 0 而得。 r1 ) 水力停留时闻( a ) 对各指标的影响 从图1 2 中可以看出，a 因素( 水力停留时间) 第一水平对磷及育机污染 物的去除有利但耗能大。而方差分析结果表明，a 因素( 水力停留时间) 除丁 对能耗( c o d ) 育一定的显著性影响外，对其它指标的影响不显著。实际操 作时，为了节能，可选第二水平即高的水力停留时间。 37 帮三章 试验结果分析与讨论 图l ：强力停冒日寸间对导指标的影响 f i 1 2i h ee f f e c t o ft h eh y d r a u l icr e t e n t i o nt i m eo i ld i f f p r e n t e p e r i m e n t n lt a r g e t s l2j 污泥负茼( b ) 对各指标的影响 从图1 3 中可以看出：b 因素( 污泥负荷) 第一水平对磷及有机污染物的 去陈有利但耗能天些。而方差结果显示：b 因素( 污泥负荷) 对磷及有机污染 物圭除率的影响是投显著的，而对能耗的影响是不显著的。为提高系统处理 废水能力，应采用第一水平。 图1 3 一? k 负简对备指标的影响 f lg 】jt h ep ffr t 【ujs l u d g el o a do i ld i f f e r e n te x p e l i m e n t a lt a r g e ts 3 8 第- - i试验结果分析与讨论 ( 3 ) 污泥龄( c ) 对各指标的影响 从图1 4 中可以看出：c 因素( 污泥龄) 第一水平对磷的去除有利，对有机污 染物的去除不利，但耗能少。方差结果表明：c 因素( 污泥龄) 虽然衬磷的 里：4 。节1 聪导指标的影响 f i g j4n ee f f e c lo f s r t0 1 1d i f f e r e n te x p e r i m e n t a lt a r g e t s 图1 5s g r 对c o d 的去除及能耗的影响 f i g 1 5 t h ee f f e c to fs r to nc o n s u m p t i o no fe n e r g ya n dc 0 1 ) r e m v a le f f i c i e n c y 去陈率影响是不显著的，但对能耗及有机污染物去除率的影响是极显著的， 而且对这二指标的影响结果是交叉的，即要提高有机污染物的去除率可能导 致能耗的增加。因此对s 1 r f 的取值应进一步作分析。我们以s g r 为横坐标， 能耗和c o d 去除率这二个指标为纵坐标绘成图1 5 。 3 9 第三章试验结果分析与讨论 从图中司看出：5 r t 对二指标的影响是复杂的，一水平时，c o d 去除率低能 耗也低，但s r t 在2 i d 左右有一个最佳值f c o d 去豫率较高，能耗坟慨) ： 二水平明，自耗普遍都高，c o d 去豫率却有高有低，但s r 在3 3 d 左右也茸 个最佳值从减少成本出发，s r t 宣取1 1 d 左右： 1 4 ) 可生化比( d ) 对各指标的影响 杖图1 6 中可以看出：d 因素( 可生化比) 第一水平对磷及有机污染物的 去豫有利但方差结果显示：在试验范匿内，d 因素( 可