一种复合型污水脱氮工艺装置及运行参数优化方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种复合型污水脱氮工艺装置及运行参数优化方法，在内置电极生物载体的复合型污水脱氮工艺装置中，采用Box

【技术实现步骤摘要】
一种复合型污水脱氮工艺装置及运行参数优化方法


[0001]本专利技术涉及污水处理
，特别是涉及一种复合型污水脱氮工艺装置及运行参数优化方法。

技术介绍

[0002]内置电极生物载体的复合工艺是近年来新发展的污水处理工艺。该工艺将生物电化学系统与传统厌氧技术耦合，生物电化学模块作为厌氧生物过程的后续处理单元，可强化难降解污染物、低浓度污染物去除及低碳氮比条件下的脱氮，既解决了生物电化学系统能耗高、经济性差等问题，又缓解了传统生物处理工艺启动时间长、反应速度慢等缺陷，工艺抗冲击负荷能力更强，污染物去除效率更高。
[0003]针对污水脱氮处理，传统生物脱氮工艺通过氨化、硝化和反硝化过程将水中的氮转化为氮气去除，其中，反硝化过程需要充足的电子供体(通常为有机碳)，但由于大部分有机碳在好氧区被消耗，导致反硝化过程电子供体不足，出水硝氮残留，难以满足日益严格的污水排放标准。因此，传统污水脱氮工艺在处理低碳氮比污水时，需要添加额外的碳源，不仅使污水处理的成本增加，残留的有机碳也会影响出水水质。在利用生物电化学系统脱氮时，通过定向的电位调控，阴极作为电子供体，实现硝氮在阴极的自养反硝化，大大减少对有机碳源的需求。在此基础上，将生物电化学系统与传统厌氧工艺耦合，构建内置电极生物载体的复合型污水脱氮工艺，可进一步强化反硝化过程，即利用厌氧生物区实现异养反硝化，在后置的电极生物载体区中，利用生物电化学反应，补充电子供体的不足，进一步强化反硝化过程，进而实现低碳氮比污水的高效脱氮。
[0004]在复合型污水脱氮工艺中，控制合适的水力停留时间、污泥体积分数、碳氮比是工艺稳定运行的关键，同时，污水脱氮效率、化学需氧量(COD)去除率、电极生物载体的贡献均是评价工艺效能的重要指标，但是，关于该复合型污水脱氮工艺的优化调控策略、关键的指标效能的研究较为匮乏。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种复合型污水脱氮工艺装置及运行参数优化方法，利用响应曲面法获得工艺运行条件的优化调控方案，并可预测不同运行条件下工艺的效能，具有减少实验工作量、缩短工艺运行时间的优势。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种复合型污水脱氮工艺装置，包括：从上到下依次法兰连接的第一圆柱管、第二圆柱管、第三圆柱管、第四圆柱管、第五圆柱管、第六圆柱管和圆锥管，每段圆柱管中间设有取样阀；所述第五圆柱管的侧壁设有进水管，所述进水管的一端由所述第五圆柱管的侧壁穿入并向下延伸至所述圆锥管内部，所述进水管的另一端接入模拟废水，所述第三圆柱管和第四圆柱管构成生物电极载体区，所述第六圆柱管和圆锥管构成厌氧污泥区，所述第三圆柱管内部中心位置设有阴极模块，所述第四圆柱管内部中心位置设有阳极模块，所述阴
[0027]CR＝91.62
‑
0.5A+1.69B+2.06C
[0028]其中：A为水力停留时间，B为污泥体积分数，C为碳氮比。
[0029]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的复合型污水脱氮工艺装置及运行参数优化方法，通过构建内置电极生物载体的复合型装置，采用响应曲面法设计实验，将碳氮比、水力停留时间及污泥体积分数作为关键运行参数，通过对脱氮效率、COD去除效率、电极载体脱氮贡献比三个响应变量进行分析，建立关键运行参数和响应变量之间的关系模型，获得最优运行调控方案；相较于单因素优化方法，本专利技术能够同时对多个因素进行优化调控，减少实验时间、降低实验成本；相较于其它优化方法，本专利技术对复合型工艺的污泥体积分数进行优化，比较了不同污泥体积分数条件下，工艺整体性能和电极区域的脱氮贡献占比；本专利技术将电极载体的脱氮贡献比作为响应变量，能够量化电极载体嵌入对工艺性能的积极影响，并确定最佳条件；总之，本专利技术可对复合型工艺的运行条件进行优化调控，加快推进了内置电极生物载体的复合型工艺应用于实际污水处理的进程。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术实施例复合型污水脱氮装置的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术实施例复合型污水脱氮工艺运行参数优化方法的流程图；
[0033]图3为本专利技术实施例硝氮(NO
3—
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N)去除率随C/N和HRT变化的等高线图(污泥体积分数为25％条件下)；
[0034]图4为本专利技术实施例COD去除效率随C/N和HRT变化的等高线图(污泥体积分数为25％条件下)；
[0035]图5为本专利技术实施例电极贡献占比随C/N和HRT变化的等高线图(污泥体积分数为25％条件下)；
[0036]图6为本专利技术实施例最优运行参数条件下性能预测值与实际值的对比图。
[0037]附图标记说明：1、进水管；2、厌氧污泥区；3、电极载体区；4、外接电路；5、三相分离器；6、出水管；7、第一圆柱管；8、第二圆柱管；9、第三圆柱管；10、第四圆柱管；11、第五圆柱管；12、第六圆柱管；13、圆锥管；14、溢流堰。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]本专利技术的目的是提供一种复合型污水脱氮工艺装置及运行参数优化方法，利用响应曲面法获得工艺运行条件的优化调控方案，并可预测不同运行条件下工艺的效能，具有
减少实验工作量、缩短工艺运行时间的优势。
[0040]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0041]如图1所示，本专利技术实施例提供的复合型污水脱氮工艺装置，包括：从上到下依次法兰连接的第一圆柱管7、第二圆柱管8、第三圆柱管9、第四圆柱管10、第五圆柱管11、第六圆柱管12和圆锥管13(圆柱管之间以及所述第六圆柱管12和所述圆锥管13之间的连接处设有法兰，法兰处设有硅胶垫片，通过螺丝加固连接，以保持内部密封)，每段圆柱管中间设有取样阀；所述第五圆柱管11的侧壁设有进水管1，所述进水管1的一端由所述第五圆柱管11的侧壁穿入并向下延伸至所述圆锥管12内部，所述进水管1的另一端接入模拟废水(装置均以普通污水处理厂的颗粒污泥进行接种，装置进水为自来水配置的模拟废水，以葡萄糖为碳源、硝酸钾为氮源，同时还包括其他微生物生长需要的微量元素)，所述第三圆柱管9和第四圆柱管10构成生物电极载体区3，所述第六圆柱管12和圆锥管13构成厌氧污泥区2，所述第三圆柱管9内部中心位置设有阴极模块，所述第四圆柱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合型污水脱氮工艺装置，其特征在于，包括：从上到下依次法兰连接的第一圆柱管、第二圆柱管、第三圆柱管、第四圆柱管、第五圆柱管、第六圆柱管和圆锥管，每段圆柱管中间设有取样阀；所述第五圆柱管的侧壁设有进水管，所述进水管的一端由所述第五圆柱管的侧壁穿入并向下延伸至所述圆锥管内部，所述进水管的另一端接入模拟废水，所述第三圆柱管和第四圆柱管构成生物电极载体区，所述第六圆柱管和圆锥管构成厌氧污泥区，所述第三圆柱管内部中心位置设有阴极模块，所述第四圆柱管内部中心位置设有阳极模块，所述阴极模块、阳极模块与外部设置的外接电路串联成回路，所述第一圆柱管处设有三相分离器和溢流堰，所述溢流堰底部连通有出水管；所述进水管送入模拟废水，充满所述厌氧污泥区后折返上升，经所述生物电极载体区后在所述第一圆柱管流入所述溢流堰，经所述出水管排出。2.根据权利要求1所述的复合型污水脱氮工艺装置，其特征在于，所述第一圆柱管的管高为15cm，内径为12cm；所述第二圆柱管、第三圆柱管、第四圆柱管、第五圆柱管和第六圆柱管的管高均为20cm，内径均为12cm；所述圆锥管的管高为20cm，顶部内径为12cm，底部内径为6cm；所述进水管的一端与所述圆锥管底部之间的距离为9cm。3.根据权利要求1所述的复合型污水脱氮工艺装置，其特征在于，所述阴极模块、阳极模块与所述外接电路之间均采用钛丝串联成回路。4.根据权利要求1或3所述的复合型污水脱氮工艺装置，其特征在于，所述阴极模块和阳极模块均由九支碳纤维刷串联而成，所述外接电路由电源和电阻串联而成。5.根据权利要求4所述的复合型污水脱氮工艺装置，其特征在于，所述碳纤维刷的直径均为2.5cm，高均为16cm。6.根据权利要求1所述的复合型污水脱氮工艺装置，其特征在于，所述进水管和出水管处均设有蠕动泵。7.一种复合型污水脱氮工艺运行参数优化方法，应用权利要求1
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6中任一所述的复合型污水脱氮工艺装置，其特征在于，包括以下步骤：S1)设计正交实验：在Design Expert软件中选择Box
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Behnke模型，选择水力停留时间HRT、污泥体积分数Vs和碳氮比C/N作为影响变量，选择脱氮效率NR、COD去除效率CR和电极载体脱氮贡献比ER作为响应变量，获得10组以...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔丹，王柯雯，张宇翔，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：