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污泥离心脱水机

脱水机,污泥,离心技术|污泥水磷和有机物同步混凝去除方法 污泥水是指污水处理厂污泥浓缩、消化、脱水等环节产生的污水,具有流量小、污染物浓度高、水质波动大的特点虽然其流量仅占污水处理厂进水量的%以下,但却贡献了%~%的磷负荷、%~%的氮负荷和%~%的有机物负荷。特别是强化生物除磷系统,聚磷菌胞内的聚磷酸盐在污泥处理过程中会大量释放。如果将污泥水直接回流至进水口,既会造成磷的重复处理,又可能导致出水难以达标排放。相较于氮磷元素,污泥水中的有机物通常难以满足生物脱氮除磷的碳源需求。因此,采用化学除磷去除污泥水中的磷是相对经济的方法,对污水处理厂的稳定运行也具有重要意义。 污泥水中投加铝盐、铁盐和镁盐均能高效除磷,且能同步去除部分有机物。然而,投加无机药剂易于恶化污泥水中颗粒物的沉降性能,聚丙烯酰胺的复合投加则能有效避免该问题。因此,采用响应面技术优化污泥水混凝过程有望实现多种污染物的协同去除。响应面技术近年来在污水处理领域得到了广泛应用,但多目标优化仍是该技术应用过程中面临的瓶颈问题。如果对多目标优化结果逐一分析工作量较大,且最终方案的确定通常需要结合专业知识与经验,这又将定量优化转化为了定性分析。因此,本文拟引入多响应值的归一化评分法将污泥水混凝的多目标优化问题转化为单目标优化,寻求污泥水磷和有机物同步处理的工艺条件,以期为多目标响应面优化提供定量分析方法,并为污泥水处理提供技术支撑。 技术|污泥水磷和有机物同步混凝去除方法 实验所用污泥水取自上海市白龙港污水处理厂,该厂剩余污泥经重力浓缩后 单因素除磷实验:取污泥水 响应面优化实验:在单因素实验的基础上,以正磷、总有机碳和去除率为响应值,按照因素水平采用-模型实验。因素为/比:.~.、投加量:.~·-和污泥水浓度:.~.·-。各因素设定水平,-和对应因素范围上下限,则为中心点。试验采用,优化试验共需组。 、氨氮、正磷、、总氮和均按标准法测定,其中,和为水样经.μ滤膜过滤后的和。采用分析仪,美国测定;浊度采用浊度仪,美国测定;ζ电位采用-电位仪,英国测定;采用/分析仪,德国测定;采用-紫外分光光度计,美国测定。 .多响应值的归一化评分法 在将多响应变量转化为单目标函数的过程中,由于响应值单位或数量级间的差异,应首先对响应面优化过程中的各响应变量进行归一化。如果假定实验过程中有个变量,需要进行组实验,则第个变量第组实验得到的响应值,归一化后的标准值,为: 技术|污泥水磷和有机物同步混凝去除方法 式中,,和,分别为第个变量个响应值中的最小值和值。归一化后的响应值再乘以每个变量的权重,加和得出各组试验的响应值,即: 技术|污泥水磷和有机物同步混凝去除方法 式中,,为第组实验的加权归一化响应值,ω为第个变量的权重系数。对污泥水在白龙港污水处理厂进水污染物总负荷的贡献分析可知,污泥水中正磷和对进水污染物的贡献分别为.%和.%。因此,本文响应面优化中正磷、和去除率权重分别取.、.和.。 .污泥水中磷与有机物去除的单因素实验 不同/比下污泥水正磷、和去除率如图所示。铝盐除磷的反应方程如式所示。由式可知, 与正磷存在计量关系,随/比增大,正磷去除率增大图。当/比从.增大到.时,正磷去除率从.%增加到.%;/比进一步增大到.时,正磷去除率仅增长了.%。而随/的增加,和去除率呈持续上升,表明混凝形成的网状沉淀通过卷扫作用能去除污泥水中部分有机物。 技术|污泥水磷和有机物同步混凝去除方法 技术|污泥水磷和有机物同步混凝去除方法 图 /比对污泥水磷、有机物和浊度去除的影响 ζ电位是胶体颗粒稳定性的重要表征指标。污泥水的浊度和ζ电位随/比的变化如图所示。由图可知,浊度随/比增加呈下降,ζ电位则呈现先下降后上升。当/比在.~.范围时,ζ电位基本未变,随后则随着/比增加至.,ζ电位由-快速降低至-,随后又随着/比增加至.而回升至-,此后则稳定于-。ζ电位随/比的变化过程中,始终低于其起始值,这的投加反而会恶化颗粒物沉降。沉淀物的卷扫作用可能是浊度降低的重要原因。 能有效除磷但难以改善颗粒物的沉降特性,投加则能通过桥联吸附使絮体结构更为密实,易于沉降。投加量对污泥水正磷和有机物去除率的影响见图。随浓度增大,正磷去除率增大,但浓度从·-升至·-时,正磷去除率仅增大了.%,表明对于除磷影响很小。随浓度增加,和去除率均上升,但上升幅度较小,表明对于有机物去除影响较小。由图可知,低浓度时,ζ电位距离等电点较远,胶体不易沉降;随投加量的增加,ζ电位逐渐趋近于零,颗粒物易于沉降,出水浊度降低。这投加有利于絮体长大,改善颗粒物沉降性能。 技术|污泥水磷和有机物同步混凝去除方法 图 投加量对污泥水磷、有机物和浊度去除的影响 由于对混凝剂的竞争作用,悬浮物浓度的变化会影响除磷。不同浓度下污泥水正磷、、和浊度的变化如图所示。浓度小于·-时对除磷影响较小,此后随浓度增大,正磷去除率呈现下降。随浓度的增加,和去除率均呈先增大后减小的,浓度为·-。浓度小于·-时对浊度影响不大,此后浊度随浓度增大则呈上升。 技术|污泥水磷和有机物同步混凝去除方法 图 浓度对磷、、去除率和浊度的影响 采用-模型对实验结果进行二次多项式拟合,可得、和方程式~。将响应面实验得到的响应值代入式和中得到加权归一化响应值,,并进行二次多项拟合,得到总加权归一化响应值的方程。 技术|污泥水磷和有机物同步混凝去除方法 技术|污泥水磷和有机物同步混凝去除方法 技术|污泥水磷和有机物同步混凝去除方法 技术|污泥水磷和有机物同步混凝去除方法 模型的方差分析结果见表。所拟合的全变量二次回归方程可决系数为.,表明预测值与实测值间有良好的拟合关系。模型值为.,信噪比为.,表明该实验可信度和稳定性良好。由表可知,本实验所选模型不同处理间差异显著模型<.,该实验方法具有性。 表回归方程模型方差分析及其系数的显著性检验 技术|污泥水磷和有机物同步混凝去除方法 由表中回归系数的显著性检验知,对的线性效应显著,和则不显著,由各因素的值可判断其对的影响顺序为:/比>浓度>浓度。交互作用显著,、交互影响均不显著,结合式可知,表现为对的促进作用,而和则表现为拮抗作用。因素的曲面效应显著,和不显著。 图为采用式和计算得到的投加量和浓度对正磷和去除率影响的协同作用。在污泥水中多种污染物同步去除时,由于去除机制的差异,存在不同污染物去除条件偏移的现象。在图中,正磷去除的条件为投加量.~.·-,浓度<·-;而的去除条件则为投加量.~·-,浓度.~.·-。显然,多目标优化中不同响应变量条件的差异将造成优化条件确定的困难。 技术|污泥水磷和有机物同步混凝去除方法 图 投加量和浓度对正磷和去除率影响的等高线图 图为污泥水处理的总加权归一化响应值等高线图。由图可知,浓度一定时,随/比增加,增加;/比一定时,随浓度的增加,先增大后减小。的变化速率显示,/比主效应大于浓度和浓度。由图可知,随浓度的增加,减小,颗粒物对混凝剂存在竞争作用。对比图和图可知,采用加权归一化响应值后得到的条件介于和正磷条件之间,该优化条件兼顾了总磷和有机物的去除。总体而言,/比为.~.,投加量为.~·-,浓度为.·-时,磷和有机物同步去除较好。 技术|污泥水磷和有机物同步混凝去除方法 图污泥水处理的总加权归一化响应值等高线图 .污泥水处理的优化与验证 根据-模型分析结果,优化操作参数为:/比.、投加量·-、浓度.·-,该条件下、和分别为.%、.%和.%。在该条件下进行验证实验,、和分别为.%、.%和.%,相对偏差分别为.%、.%和.%,模型可信度较高。 .权重系数对响应面优化的影响 为了分析权重系数对响应面优化结果的影响,将ω,ω,ω由,,调整为.,,,则优化操作参数变为:/比.、投加量·-、浓度.·-;若调整为,,,则优化参数为:/比.、投加量·-、浓度.·-。显然,权重系数变化会影响优化操作参数,但对极显著因素/比的影响较小。 相较于多响应变量优化,归一化评分法解决了变量间数值量级差异的问题,单指标评价使结果的分析计算变得简单,各因素对响应变量的影响表现得更加明显,各因素之间的交互作用也更易于观察。然而,该方法结果分析的性和实用性取决于指标的权重系数。依赖专业知识和实际要求科学合理地确定权重系数是该方法的。目前常用的权重系数确定方法包括经验法专家评分、德尔菲法等、因子分析法、信息量法、性法、秩和比法和层次分析法等。 技术|污泥水磷和有机物同步混凝去除方法 铝盐和复合投加能同步去除污泥水中磷和有机物,并改善沉降。 采用-模型优化与混凝沉淀去除磷和有机物的工艺,通过归一化评分法将多响应变量转化为单响应变量,各操作条件对磷和有机物同步去除的贡献为/比>浓度>浓度。 污泥水磷和有机物同步去除的操作参数为:/比、浓度·-、浓度.·-,该条件下正磷、和去除率分别为.%、.%和.%。
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