第１Ｏ卷第２期 ２ ０ １ ２年４月 水利与建筑工程学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｖｏ１．１０ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．，２０１２ 气提式接触氧化法处理生活污水的试验研究 吴彦洲，王维红 （新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐８３００５２） 摘要：针对气提式接触氧化法处理生活污水处理效果的影响因素，在实验室条件下，以某中学学生住 宿区的生活污水为原水，结合概率与统计学中的正交试验原理，分析论证了水温，气水比，水力负荷对考 察指标ＣＯＤ去除率的影响显著性。结果表明，水温在２０℃时，处理效果相对较好，最佳气水比和水力负 荷分别为１６：１和５．０ ｍ３／ｄ，ＣＯＤ和氨氮平均去除率分别为８０％和５６％，且出水ＣＯＤ、氨氮等指标均达到 了城市杂用水水质标准的要求。 关键词：气提；接触氧化；生活污水 中图分类号：Ｘ７０３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—１１４４（２０１２）ｏ２—０ｏ１０一ｏ４ Ｓｍａｌｌ Ｐｉｌｏｔ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｄｏｍｅｓｔｉｃ Ｓｅｗａｇｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ Ａｉｒ．１ｉｆｔ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ＷＵ Ｙａｈ－ｚｈｏｕ．ＷＡＮＧ Ｗｅｉ—ｈｏｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｎｉｆａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｌｗｎｕｑｉ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ ８３００５２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｏｉｎｔｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ａｉｒ—ｌｉｆｔ ｃｏｎｔａｃｔ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｎ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｓｅｗａｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｕｎｄｅｒ ｌａｂｏ－ ｒａｔｏｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ。ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｓｅｗａｇｅ ｉｎ ａ ｍｉｄｄｌｅ ｓｃｈｏｏｌ’Ｓ ｓｔｕｄｅｎｔ ａｒｅａ ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ．ａｎｄ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｒ— ｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｉｎ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｅ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｓｉｇｎｉｉｃａｆｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｇａｓ－ｗａｔｅｒ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｌｏａｄ ｏｎ ＣＯＤ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｅｘｅｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ａｐｐｒａｉｓｅｄ ｈｅｒｅ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ａｔ ２０℃，ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｇｏｏｄ，ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｇａｓ－ｗａｔｅｒ ｒａｔｉｏ ｉｓ １６：１， ｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｌｔｏａｄ ｉｓ ５．０ ｍ３／ｄ，ＣＯＤ ａｎｄ ａｍｍｏｎｉａ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ ａｒｅ ８０％ａｎｄ ５６％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｌｕ— ｆ，ｅｎｔ ＣＯＤ，ａｍｍｏｎｉａ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｈａｖｅ ｒｅａｃｈｅｄ ｔｈｅ ｍｉｓｃｅｌｌａｎｅｏｕｓ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｉｎ ｃｉｔｉｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｉｒ－ｌｉｆｔ；ｃｏｎｔａｃｔ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ０引 言 生物接触氧化法是一种高效的水处理工艺。利 用反应器内的填料及生物膜对有机物进行吸附和阻 留并在微生物作用下降解…１。生物接触氧化法兼有 活性污泥法和生物膜法的耐冲击负荷强、管理简单、 处理效果稳定等特点ｌ２－４］。填料的性能对处理效果 有直接影响 Ｊ。利用气提和接触氧化法相结合而形 ｍｇ／Ｌ～２６．５ ｍｇ／Ｌ、水温ＩＯ￣Ｃ～２５￣Ｃ、ｐＨ值６．５～ ７．５。 １．２分析项目和方法 所有指标均采用标准法进行测定，分析方法参 照《水和废水监测分析方法》（第４版）进行。 １．３工艺流程 试验流程见图１。 进气 成气提式接触氧化工艺，气提反应器在为接触池充 氧的同时，还起到均匀布水的作用。 １试验装置及方法 １．１污水水质 试验期间取某中学学生住宿区的生活污水为试 验原水，进水ＣＯＤ ３０ ｍｇ／Ｌ～２５０ ｍｇ／Ｌ、氨氮３０．１ 收稿日期：２０１１－１２．Ｏ１ 修稿日期：２０１２．０１—２７ 基金项目：新疆水利水电工程重点学科基金项目（２００２—１０—０５） 作者简介：吴彦洲（１９８６一），男（汉族），山西ｌ临汾人，硕士研究生，研究方向水处理工艺。 通讯作者：王维红（１９６７一），女（汉族），副教授，硕士生导师，主要从事水处理技术研究。 图１工艺流程图 第２期 吴彦洲，等：气提式接触氧化法处理生活污水的试验研究 表２正交试验结果 序号 ＣＯＤ去除率 ／％ ２结果与分析 ２．１生物接触氧化池的挂膜 试验采用快速间接接种。氧化池中注入新鲜污 水，向装置投加１０ ｋｇ干污泥，关闭进出水阀门，闷 曝２ ｄ后，填料表面呈淡黄色，镜检有菌胶团出现， 池中微生物活性不高。不断曝气并给连续小流量进 水，７ ｄ后，填料上的生物膜逐渐变厚，颜色由淡黄色 逐渐加深，有泥腥味。镜检发现大量小口钟虫，填料 底部有少量线虫，试验过程中不断检测进出水水质 变化情况，ＣＯＤ出水值为３２ ｍｇ／Ｌ，去除率６３．６％， 表明挂膜试验基本结束。 ２．２正交试验法确定因素 试验设计：以气水比（因素Ａ）、水力负荷（因素 Ｂ）和水温（因素ｃ）作为考察因素，以ＣＯＤ去除率为 ， 考察指标，采用 。（３ ）正交试验表进行试验。因素 一— 一 ｑ 水平见表１。按照上述方法分别测定ＣＯＤ去除率， ４ １ １ ６ ２ ２ ８ ３ ３ ７ ４ ７ １ 。 ２ １ ３ ０ ０肼阱 ■ ５ ９ ６ ． ．： 正交试验结果见表２。极差Ｒ，越大，说明该因素的 水平变化对试验指标的影响越大，即该因素越重 要［ 。根据试验结果直观分析可知Ａ２Ｂ２ Ｃ３对ＣＯＤ ２．３水温因素影响 试验期间，通过对进入氧化池装置污水水温的 控制，水温分别取１ＯｏＣ、１５％、２０ｃＩ＝、２５℃作为控制点 的去除率最高，为６６．５％。由此可以根据Ｒ，的大 ㈤㈤㈤ ， ０ 小顺序排出因素的主次。所考察的３个因素对ＣＯＤ 去除率的影响，显著性大小为Ｃ＞Ａ＞Ｂ。 表１正交试验因素水平表 ¨¨ ０ 分析水温因素对效果的影响，见图２。对比可知，水 温在１０￣Ｃ～ｌ５℃之间，ＣＯＤ和氨氮去除效果并不明 显。证明水温较低，微生物生长速度比较缓慢，活性 ｍ 地 ０ ∞■ 较弱，从而影响去除率。当水温在１Ｏ ２ ８ ８ ５℃～２０℃之 间；微生物达到了最佳活性温度，生长繁殖加快， ∞ ３ １ ２ ３ ５ ９ ７ ８ ３ ＣＯＤ和氨氮处理效率提高，而氨氮处理效率变化更 明显；但随着水温升高，去除率和处理效果并没有随 之提高，而是下降，说明水温已经超出了微生物最佳 活性温度。 ６０ ４０ ２Ｏ ＯＯ ８０ ６０ ４０ １ＯＯ ９Ｏ ３０ １Ｏ０ ：２０ １ ５ １０ ９Ｏ ８０鋈 ７０料 ６０８０透 ７０ ６Ｏ ５Ｏ ４０ 慧 ２０ Ｏ ５０ ４Ｏ 臻 图２水温因素影响 ２．４气水比因素影响 溶解氧浓度是氧化装置中的一个重要参数。试 和氨氮的去除率较低，当气水比提高到１６：１时， ＣＯＤ和氨氮的去除率分别达到了最高值９０％和 ７０％，表明此时溶解氧浓度能够满足氧化装置中微 生物生长及代谢需要。而进一步使气水比增大， 验期间通过气水比的改变，气水比分别取１４：１、 １６：１、１７：１、１８：１、２０：１并保持水温为２０：Ｅ、水力负荷 为５．０ ｍ３／ｄ不变，来分析气水比因素对处理效果的 影响，见图３。进行对比分析在气水比１４：１时，ＣＯＤ ＣＯＤ和氨氮的去除率降低。说明过高的气水比并 不能使氧化装置中的溶解氧浓度得到提高，而过高 １２ 水利与建筑工程学报 第１０卷 的气水比产生的较强湍流使填料上的生物膜脱落降 氧处理工艺中曝气设备能耗占总运行费用的比重较 低微生物总量，处理效果降低［ 。能耗关系到污水 大，减少曝气量可以在一定程度上降低运行的费用。 处理工艺的评价指标和处理方法的可行性［ 。在好 所以最佳气水比控制在１６：１。 ＋进水浓度 ６０ １ＯＯ ４０ ９Ｏ Ｊ ２０ － ＯＯ ８０ 曲 自 ８０ ６０ ７０基 ６Ｏ 避 ４０ ２０ ５Ｏ 塬 Ｏ ４０ １４ １６ １７ １８ ２０ １４ １６ １７ １ ８ ２Ｏ 气水比 气水比 图３气水比因素影响 ２．５水力负荷因素影响 果在不断的提高，说明水力负荷增加能加速水在池 试验期间通过进水流量的改变，使水力负荷分 中扩散速度反应传质效应也得到提高并对填料表面 别为４．０ ｍ３／ｄ、５．０ ｍ３／ｄ、６．０ ｍ３／ｄ、７．０ ｍ３／ｄ、８．０ 老化的生物膜形成有效冲刷，促使生物膜及时更新， ｍ３／ｄ并保持水温为２０℃、气水比为１６：１不变，来分 防止因生物膜过厚而发生堵塞现象。当水力负荷大 析水力负荷因素对处理效果的影响，见图４。对比 于５．０ ｍ３／ｄ时，去除率在不断的减低，经分析可能 分析，当流量在５．０ ｍ３／ｄ时，处理效果最佳，ＣＯＤ和 是由于填料上成熟的生物膜被水流冲刷带走，而又 氨氮的去除率分别为８１．０％和８８．８％。伴随着进 难以在填料表面附着形成新的生物膜，从而使装置 水流量的不断增大，ＣＯＤ和氨氮的处理效果在降 中的微生物总量降低，处理能力受限，出水水质变 低。可见，处理效果与水力负荷不成简单的线性关 差。 系。当水力负荷在４．０ ｍ３／ｄ～５．０ ｍ３／ｄ时，处理效 —卜进水浓度 ６０ １ＯＯ ３０ ｆ ４０ ９０ ２５ ● ２０ ｂＤ ８０芝 ２０ 巨 ００ ８０ ７０槲 １５ 避 ６０ ６００ ４０ 鬟 羹１０ ０ ２０ ５０ ｓ Ｕ Ｏ ４０ Ｏ ４ ５ ６ ７ ８ ４ ５ ６ ７ ８ 水力负荷／（ｍ ・ｄ。） 水力负荷／（ｍ ・ ） 图４水力负荷因素影响 ３结语 （３）气提式氧化装置中的水力负荷是影响有机 负荷的主要因素。因此，水力负荷增加适当，有利 经过对不同工况下试验数据的经典统计分析， 于水在池中扩散和提高反应传质效率。在水温保持 得到以下结论： 为２０￣Ｃ、气水比为１６：１条件下，试验到的最佳水力 （１）通过对进入氧化池装置污水水温的控制， 负荷为５．０ ｍ３／ｄ。 对比不同水温下ＣＯＤ和氨氮的去除率，表明水温过 （４）试验期间气提式氧化装置对ＣＯＤ和氨氮的 低或过高都使微生物的活性降低，从而影响出水水 平均去除率分别为８０％和５６％。出水ＣＯＤ、氨氮等 质。 指标均达到了城市杂用水水质标准的要求。 （２）气水比是影响气提式氧化装置处理效果的 重要因素，主要通过溶解氧来影响处理效果，因此， 参考文献： ［１］赵贤慧．生物接触氧化法及其研究进展［Ｊ］．工业安全 溶解氧浓度是生物接触氧化工艺中一个重要的控制 与环保，２０１０，３６（９）：２６．２８． 参数。在水温保持为２ＯｃＣ、水力负荷为５．０ ｍ３／ｄ条 ［２］ Ｚｈｅｎｇ Ｙｕａｎ－ｊｉｎｇ．Ｔｒｅａｔｉｎｇ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｂｙ Ｂｉｏｉｆｌｍ Ｐｒｏｃｅｓｓ 件下，试验得到的最佳气水比为１６：１。 ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｒｅｓｓ，１９８３：３－４． 第２期 吴彦洲，等：气提式接触氧化法处理生活污水的试验研究 １３ ［３］ 丁晓玲，贾春宁．生物接触氧化工艺处理难降解有机废 水的研究［Ｊ］．水处理技术，２００５，３１（７）：２０．２４． ［４］ 梁建祺，宁寻安．生物接触氧化技术在低温条件下脱氮 除磷效果试验研究［Ｊ］．环境工程，２００９，２７（Ｓ１）：３３４— ３３６． ［５］张菊萍，孙华，周增炎．一种新型悬浮填料的性能试 验研究［Ｊ］．安全与环境学报，２００２，５（２）：４２． 矫 希 Ｊ／ 乖 不 币 币 不 （上接第５页） 图４ ２５号ｐｉｎｇ的抽稀比较 图５ ７５号ｐｉｇｎ的抽稀比较 由图３、图４、图５可知，对于近似平面海底两种 算法没有明显的差别，而对于凹形，凸形海底，基于 总体最小二乘的Ｄｏｕｇｌａｓ—Ｐｅｕｃｋｅｒ算法从整体上更加 接近测量所获得的点。为了更好证实它的优越性，选 — 取了函数 ＝∑ｌ ｄ Ｉ来比较两种算法的抽稀精 ＝０ 度，其中 代表各点到所对应直线距离的绝对值之 和，ｄ 表示第ｉ个点到所对应直线的距离，ｎ代表某 ｐｉｎｇ所获得的测深点数，此处为１０１。表１为两种算 法抽稀的精度。 ［６］廖玉麟．概率论与数理统计［Ｍ］．上海：复旦大学出版 社，１９９４：３２２．３３６． ［７］郑祥，樊耀波．膜生物反应器运行条件的优化及膜污 染的控制［Ｊ］．给水排水，２００１，２７（４）：４１．４４． ［８］张自杰，等．废水处理理论与设计［Ｍ］．北京：中国建筑 工业出版社，２００３：６７５—６８０． 币 乔 尔 尔 矫 ！钚 舔 秘 ．． 表１ ＤＰ与ＴＩＮ－ＤＰ算法精度比较 由表１可知，基于总体最小二乘的Ｄｏｕｇｌａｓ— Ｐｅｕｃｋｅｒ算法具有更高的精度，可以获得更加真实的 海底状况。 ４结语 在分析Ｄｏｕｇｌｓａ．Ｐｅｕｃｋｅｒ算法的基础上提出了基 于总体最小二乘的Ｄｏｕｇｌａｓ—Ｐｅｕｃｋｅｒ算法，经试验证 明，基于总体最小二乘的Ｄｏｕｇｌａｓ．Ｐｅｕｃｋｅｒ算法可以 获得更好的精度，从而整体上可以更加真实的反映 海底的地形情况，更加符合多波束系统测深数据抽 稀的地形完善性准则。 参考文献： ［１］曹鸿博，张立华，朱穆华，等．海量多波束数据抽稀方法 的比对分析［Ｊ］．海洋测绘，２０１０，３０（５）：８１—８２． ［２］夏伟，黄谟涛，刘雁春，等．Ｄｏｕｇｌａｓ．Ｐｅｕｃｋｅｒ算法在多 波束测深数据抽稀中的应用［Ｊ］．测绘科学，２００９，３４ （３）：１５９—１６０． ［３］杨云，孙群，朱长青．曲线数据压缩的总体最小二 乘算法［Ｊ］．西安电子科技大学学报（自然科学版）， ２００８，３５（５）：９４６—９４９． ［４］Ｓｈｅｎ Ｙｕｎｚｈｏｎｇ，Ｌｉ Ｂｏｆｅｎｇ，Ｃｈｅｎ Ｙｉ．Ａｎ ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｔｏｔａｌ ｌｅａｓｔ—ｓｑｕａｒｅｓ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｌ Ｊ Ｊ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｄｅｓｙ，２０１０，８５（４）：２２９—２３８． ［５］丁克良，沈云中，欧吉坤．整体最小二乘法拟合［Ｊ］．辽 宁工程科技大学学报（自然科学版），２０１０，２９（１）：４４— ４７
