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一体化生活污水处理地埋式设备直销
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1.2工艺运行方法
进水流量为6L/h,出水抽吸泵工作时流量为8L/h,通过调节阀门保持出水流量恒定,以跨膜压力(真空表读数)来表征膜污染程度。每个试验工况的进水时间和工艺运行时间均相同,运行过程中取样6次。膜池中粉末活性炭的投加量为2g/L,为了保证每次工况下膜池内的生物量和活性*,每个工况结束后排掉一定体积混合液,再补充相应质量的新炭,维持池内的粉末活性炭浓度不变。每个工况结束后用膜出水对膜组件进行反冲洗,冲洗水流量为20L/h,冲洗时间为5min,后用质量分数为1%的NaOH溶液浸泡30min,直到膜的纯水通量恢复至新膜初始通量的95%以上为止。
1.3测试方法
UV254采用T6新世纪紫外可见光分光光度计(北京普析通用公司)测定;氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮采用标准分析方法测定。脂类物质是所有细胞中生物膜的主要成分,在细胞死亡后会很快分解,且超过95%的生物膜脂类是以磷脂形式存在,故用总磷含量来表示反应器中生物的活性具有可行性,总磷的测定采用钼锑抗分光光度法。胞外聚合物(EPS)可用来衡量膜池中对膜过滤产生不利影响的成分,本试验测定了混合液中溶解态蛋白质、多糖的含量,溶解态EPS的提取采用低速离心法,蛋白质用福林酚法在波长750nm下测定吸光度,多糖用蒽酮-硫酸法在波长625nm下测定吸光度。
2模型建立与数据分析
2.1正交试验设计
安排了一组4因素3水平的正交试验,以确定因素的主次性和显著性。根据文献确定影响因素为膜池内的曝气强度、膜池沉泥的刮泥间隔、膜抽吸泵的抽停时间、膜池内的曝气模式。膜池内的曝气强度根据气水比设计,选定3个曝气强度120、80、40L/h。膜池内的刮泥间隔通过公式t=TlnC0/Ce确定,其中T为膜池的水力停留时间(HRT=1.44h),C0为粉末活性炭初始质量浓度(2g/L),Ce为粉末活性炭剩余质量浓度,选定3个刮泥间隔1、0.75、0.5h。膜抽吸泵的抽、停时间根据进出水量确定,以水位不超过膜池超高以及不低于膜组件标高为准,选定3个抽、停时间组合30、10min,15、5min,9、3min。膜池内的曝气模式分别采用不曝气、间歇曝气(膜停抽时曝气,工作时不曝气)、连续曝气。正交试验方案见表1。
根据出水水质、运行成本、操作管理等方面的综合需要,构建了运行工况优化多目标模型,如图2所示。整个评价系统分成3个层次,目标层(A)中有1个元素:运行工况评价A,是问题的预定目标或理想结果;领域层(B)包括4个元素:氮类去除效果评价B1、有机物去除效果评价B2、反应器生物量评价B3、膜运行状况评价B4,是要实现目标所涉及的中间环节;指标层(C)包括7个为实现目标而选择的评价指标:出水氨氮(NH4+-N)C1、出水亚硝酸盐氮(NO2--N)C2、出水硝酸盐氮(NO3--N)C3、出水有机物UV254值C4、生物接触氧化池总磷(TP)C5、膜池混合液EPS浓度C6、跨膜压差(TMP)C7,7个指标均以每个工况下所测样品结果的平均值计。
图2运行工况优化多目标模型
本试验确定综合指标为Z,指标层(C)中各指标Ci在体系中的权重分配为wi,采用赋权加法得到综合指标公式:
。其中指标层各指标Ci对应的单项指标评分为Zi,计算得到的Z值作为评价各运行工况与优化的重要参考依据。
2.3指标体系权重分配
由于7个评价指标不尽相同,计量单位也不*,难以换算,因此采取层次分析法(AHP)进行分析,将复杂问题分解成各个组成因素,将这些因素按支配关系分组形成递阶层次结构,通过两两比较确定各个因素相对重要性,然后综合决策者的判断,确定决策方案相对重要性的总排序〔7〕。各个指标权重的比较方法采用四分法:将所有指标一对一进行比较,根据客观分析和具体试验要求,判断两者的相对重要性,并构造判断矩阵。判断非常重要的一方给4分,另一方给0分;比较重要的一方给3分,另一方给1分;双方同样重要,均给2分;zui后按每一指标的评分值占所有指标评分值的百分比确定其权重〔8〕。
本试验中具体的层次分析法评判步骤如下:(1)领域层各因素权重(wBi)分配:采用四分法建立运行工况评价判断矩阵A表(表2);(2)指标层各因素权重(wCi)分配:采用四分法建立氮类物质去除效果评价判断矩阵B1表(表3)及反应器生物量和膜运行复合评价判断矩阵B3&B4表(表4);(3)求出指标层各指标Ci在体系中的zui终权重分配:wi=wBi×wCi。
判断矩阵(A)中的4个因素:在氮类物质去除效果评价B1中,因原水氨氮较高,需要较高的去除率,且一般工艺去除率较低,故其重要性zui高;有机物去除效果评价B2,经本工艺去除后效果远优于水质标准要求,故其重要性较低;反应器生物量评价B3因本工艺的重要优势在于能较好地发挥微生物降解作用,故其重要性较高;膜运行状况评价B4因模拟试验周期相对较短,相对而言其重要性较低,但在示范工程中应重点考虑。判断矩阵(B1)中的3个因素:出水氨氮C1是本工艺的主要控制指标,出水亚硝酸盐氮C2和出水硝酸盐氮C3仅在分析氮元素的相互转化过程中作为参考,因此C1的重要性远高于C2和C3。判断矩阵(B3&B4)中的3个因素:膜池混合液EPS浓度C6既作为膜池中生物量的重要表征指标,又是膜污染形成的重要原因,故将判断矩阵B3和B4进行综合考虑;膜池内总磷C5作为池中生物量和生物活性的重要表征指标,与C6重要性相当;跨膜压差C7作为评价膜污染的直观指标,因试验周期较短,因此表现并不特别明显,其重要性较低。