ao一体化曝气生物滤池运行条件优化研究

ao一体化曝气生物滤池运行条件优化研究

一体化生物滤池是利用缺氧和好氧的新生物滤池。完成悬浮物过滤、有机分解和硝化处理，在同一反应单元中完成悬浮物过滤、有机分解和硝化处理。由于其占地面积小、废水水质高、投资省、抗负担重等优点，因此逐渐受到水处理专家的关注。本试验主要考察了不同进水有机物浓度与溶解氧对A/O一体化曝气生物滤池脱氮效能的影响,继而在借助试验设计软件DesignExpert7.0的基础上,采用Box-Behnken响应曲面法对影响A/O一体化曝气生物滤池脱氮效能的关键因素进行优化,并建立相关的数学模型,以期为该技术的进一步研究和实际应用提供理论依据。1材料和方法1.1挂膜启动时cocdr含量的变化A/O一体化曝气生物滤池由有机玻璃制成,滤柱高度为2m,内径10cm,承托层高30cm,滤柱侧壁设置取样口,运行方式为上流式,下部形成缺氧段,上部形成好氧段,缺氧段与好氧段的体积比为1∶2(图1)。挂膜启动时,进水水温平均为16℃,CODCr浓度为230～290mg/L,总氮浓度为35～40mg/L,氨氮浓度为23～30mg/L。缺氧段采用陶粒滤料,粒径为3～5mm,孔隙率为55%～78%,好氧段采用球形聚苯乙烯滤料。1.2测试方法试验分析的各项水质指标均采用国家标准方法测定,CODCr采用标准重铬酸钾法,NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法,TN采用分光光度法。2结果与分析2.1废水中有机物质浓度的影响2.1.1进水有机物浓度对a/o一体化曝气生物滤池脱氮效果的影响当好氧段溶解氧浓度为2mg/L,进水有机物浓度分别为200、300、400mg/L时,A/O一体化曝气生物滤池对总氮的去除效果如图2所示。由图2可知,进水有机物浓度为200、300mg/L时,总氮的平均去除率分别为20%与30%,最低的去除率仅为15.3%。而当进水有机物浓度为400mg/L时,总氮的去除效率较高,最高去除率为45.1%,且运行较稳定,说明进水有机物浓度对A/O一体化曝气生物滤池的脱氮效果具有较大的影响。即在进水氮浓度一定的条件下,提高污水的C/N比值,有利于提高脱氮效果。其原因在于缺氧段的反硝化细菌属于异养菌,进入缺氧段的污水中必须有充足的碳源,才能使反硝化菌成为优势菌群,从而保证反硝化的顺利进行。如C/N比值过低,则使反硝化过程受阻。同时碳源也是微生物生长的物质基础,当碳源不足时,会影响A/O一体化曝气生物滤池内菌体的繁殖,从而使得脱氮效能变差。2.1.2体化曝气生物滤池对氨氮去除的优化当好氧段溶解氧浓度为2mg/L,进水有机物浓度分别为200、300、400mg/L时,A/O一体化曝气生物滤池对氨氮的去除效果如图3所示。由图3可知,进水有机物浓度对氨氮去除率有显著的影响。当有机物浓度为200、300mg/L时,氨氮的平均去除率分别为44%与56%;当有机物浓度增加到400mg/L时,氨氮去除率最大可高达76.3%,即污水中的C/N比值越高,越有利于氨氮的转化与去除。2.2不同浓度的脱氮效果对不同浓度的影响2.2.1脱氮的去除效果当进水有机物浓度为300mg/L,好氧段溶解氧浓度分别为1.0、2.0、3.5mg/L时,A/O一体化曝气生物滤池对总氮的去除效果如图4所示。由图4可知,当溶解氧为1.0mg/L,对总氮的去除率最高仅为25.0%;溶解氧为2.0mg/L时,最大去除率为32.6%;而当溶解氧为3.5mg/L时,总氮的最大去除率达到55.9%。说明当好氧段溶解氧越大,脱氮的效果越好。但溶解氧增大,势必造成能耗增加,因此综合考虑,可将好氧段溶解氧控制在2mg/L左右。2.2.2溶解氧对氨氮的去除效果当进水有机物浓度为300mg/L,好氧段溶解氧浓度分别为1.0、2.0、3.5mg/L时,A/O一体化曝气生物滤池对氨氮的去除效果如图5所示。由图5可知,好氧段溶解氧控制在1.0mg/L时,氨氮的去除率相对较低;当溶解氧控制在2.0、3.5mg/L时,对氨氮的去除率较为稳定且去除率较高。特别是溶解氧浓度为3.5mg/L时,对氨氮的平均去除率达80%。其原因在于,氨氮去除与转化所依赖的硝化菌为好氧菌,随着溶解氧浓度的增加有利于氧向滤料附着水层及生物膜表面的传递,为硝化菌提供了充足的氧,使得硝化自养菌在好氧环境中新陈代谢良好,故A/O一体化曝气生物滤池脱氮效果得到改善。但如果曝气量过大,过度的湍流造成滤料上生物膜的脱落,减少了附着生物量,同时增加了动力消耗,因此可将好氧段的溶解氧控制在2mg/L左右。2.3根据反应剖面的a.o一体化生物滤池的脱氮效果2.3.1a/o模型及预处理以总氮的去除率为评价指标,以溶解氧、滤速与填料高度为考察因素,采用Box-Behnken响应曲面法优化A/O一体化曝气生物滤池的运行条件,试验设计因素编码及水平见表1。2.3.2模型方程的构建和性能测试试验设计及试验结果见表2。利用DesignExpert7.0,对表2中总氮去除率试验数据进行多元回归拟合,获得二次多项回归方程:2.3.3脱氮效果的影响所得到的二次回归方程的响应面及其等高线图如图6～图8所示。由图6～图8可知,滤速和滤层高度的交互作用对总氮的去处效果影响显著,两者脱氮效果的提高起到了关键性的作用。同时,由滤层高度曲面斜率大于滤速的斜率可知,滤层高度对于脱氮的影响大于滤速。通过对回归模型Y求解,得出最佳工艺条件为:溶解氧为3.1mg/L,滤速为0.35cm3/s,滤层高度为55.6cm,在此条件下,由方程所得总氮最大的去除率为49.93%。3好氧段溶解氧对总氮的去除效果(1)进水有机物浓度为400mg/L时,脱氮效果较好,总氮与氨氮的最大去除率分别可达45.1%与76.3%;而当进水有机物浓度降为200mg/L时,总氮与氨氮的去除率仅为20%与50%,表明进水的C/N比值越高,可为反硝化过程提供充足的碳源,脱氮效果越好。(2)当溶解氧为1.0mg/L,对总氮的去除率最高仅为25.0%;而当溶解氧为3.5mg/L时,总氮的去除率达到55.9%,同时对氨氮的平均去除率达到了80%左右。表明好氧段的溶解氧越大,脱氮效果越好,但同时工艺的能耗增大,因此可将好氧段的溶解氧控制在2mg/L左右。(3)由Box-Behnken响应曲面可知,滤速和滤层高度的交互作用对总氮的去除效果影响显著,