[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

说明书

本发明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‑Behnken模型设计正交实验，选择碳氮比、水力停留时间、污泥体积分数作为影响因素，选择硝氮去除率、COD去除效率和电极载体区脱氮贡献占比作为响应变量，利用响应曲面法对正交实验结果进行分析，建立影响因素与响应变量之间的数学模型。本发明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。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

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。

可选的，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。

可选的，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。

可选的，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。