[发明专利]一种复合型污水脱氮工艺装置及运行参数优化方法

权利要求书

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；

基于该复合型污水脱氮工艺装置的复合型污水脱氮工艺运行参数优化方法，包括以下步骤：

S1)设计正交实验：在DesignExpert软件中选择Box-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组以上正交实验方案；

S2)收集实验数据：基于正交实验方案，在进水管送入模拟废水，通过调整蠕动泵的泵速来设定水力停留时间HRT、调整污泥接种量来设定污泥体积分数Vs、调整送入模拟废水浓度来设定碳氮比C/N，之后在出水口和电极载体区位置处分别取水样，并对水样的硝氮、COD浓度进行测定，经计算得到脱氮效率NR、COD去除效率CR和电极载体脱氮贡献比ER，以获得不同正交实验方案中响应变量的实验数据；

S3)响应曲面模型建立：对响应变量的实验数据进行数学分析，通过最小二乘法拟合二次多项回归方程，得到影响因素与响应变量之间的响应曲面模型：

其中：y为响应变量，b为常系数，x为影响变量；

S4)拟合系数分析：使用DesignExpert软件对二次多项回归方程和回归系数进行方差分析和显著性分析；

S5)确定模型最优工艺参数：使用DesignExpert软件，以响应变量为综合目标值，通过Optimization获得影响变量的最优运行参数。

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.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，在步骤S5)之后还包括：

S6)验证模型有效性：在最优运行参数条件下，利用复合型污水脱氮工艺装置进行验证，得到实际响应变量值，计算模型预测偏差。

8.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，步骤S1)中所述水力停留时间HRT的调节范围为2～8，污泥体积分数Vs的调节范围为0.2～0.3，碳氮比C/N的调节范围为1～5。

9.根据权利要求8所述的复合型污水脱氮工艺装置，其特征在于，步骤S3)中所述响应曲面模型表达为：

NR＝68.5+36.24A+1.63B+0.8125C-0.75AB-0.525AC-6.94A²-4.11B²-1.99C²

ER＝8-6.5A-5.2B-0.9C+0.5AB+0.45BC+2.58A²+3.93B²+4.93C²

CR＝91.62-0.5A+1.69B+2.06C

其中：A为水力停留时间，B为污泥体积分数，C为碳氮比。