WO2023165001A1 - 一种复合型污水脱氮工艺装置及运行参数优化方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

一种复合型污水脱氮工艺装置及运行参数优化方法 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。
可选的，所述碳纤维刷的直径均为2.5cm，高均为16cm。
可选的，所述进水管和出水管处均设有蠕动泵。
一种复合型污水脱氮工艺运行参数优化方法，应用上述复合型污水脱氮工艺装置，包括以下步骤：
S1)设计正交实验：在Design Expert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：
Figure PCTCN2022088139-appb-000001
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Design Expert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Design Expert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。
可选的，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。
可选的，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。
可选的，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-6.94A 2-4.11B 2-1.99C 2
ER＝8-6.5A-5.2B-0.9C+0.5AB+0.45BC+2.58A 2+3.93B 2+4.93C 2
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。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供 的复合型污水脱氮工艺装置及运行参数优化方法，通过构建内置电极生物载体的复合型装置，采用响应曲面法设计实验，将碳氮比、水力停留时间及污泥体积分数作为关键运行参数，通过对脱氮效率、COD去除效率、电极载体脱氮贡献比三个响应变量进行分析，建立关键运行参数和响应变量之间的关系模型，获得最优运行调控方案；相较于单因素优化方法，本发明能够同时对多个因素进行优化调控，减少实验时间、降低实验成本；相较于其它优化方法，本发明对复合型工艺的污泥体积分数进行优化，比较了不同污泥体积分数条件下，工艺整体性能和电极区域的脱氮贡献占比；本发明将电极载体的脱氮贡献比作为响应变量，能够量化电极载体嵌入对工艺性能的积极影响，并确定最佳条件；总之，本发明可对复合型工艺的运行条件进行优化调控，加快推进了内置电极生物载体的复合型工艺应用于实际污水处理的进程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例复合型污水脱氮装置的结构示意图；
图2为本发明实施例复合型污水脱氮工艺运行参数优化方法的流程图；
图3为本发明实施例硝氮(NO 3 —-N)去除率随C/N和HRT变化的等高线图(污泥体积分数为25％条件下)；
图4为本发明实施例COD去除效率随C/N和HRT变化的等高线图(污泥体积分数为25％条件下)；
图5为本发明实施例电极贡献占比随C/N和HRT变化的等高线图(污泥体积分数为25％条件下)；
图6为本发明实施例最优运行参数条件下性能预测值与实际值的对比图。
附图标记说明：1、进水管；2、厌氧污泥区；3、电极载体区；4、外接电路；5、三相分离器；6、出水管；7、第一圆柱管；8、第二圆柱管；9、第三圆柱管；10、第四圆柱管；11、第五圆柱管；12、第六圆柱管；13、圆锥管；14、溢流堰。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供的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7、第二圆柱管8、第三圆柱管9、第四圆柱管10、第五圆柱管11、第六圆柱管12和圆锥管13(圆柱管之间以及所述第六圆柱管12和所述圆锥管13之间的连接处设有法兰，法兰处设有硅胶垫片，通过螺丝加固连接，以保持内部密封)，每段圆柱管中间设有取样阀；所述第五圆柱管11的侧壁设有进水管1，所述进水管1的一端由所述第五圆柱管11的侧壁穿入并向下延伸至所述圆锥管12内部，所述进水管1的另一端接入模拟废水(装置均以普通污水处理厂的颗粒污泥进行接种，装置进水为自来水配置的模拟废水，以葡萄糖为碳源、硝酸钾为氮源，同时还包括其他微生物生长需要的微量元素)，所述第三圆柱管9和第四圆柱管10构成生物电极载体区3，所述第六圆柱管12和圆锥管13构成厌氧污泥区2，所述第三圆柱管9内部中心位置设有阴极模块，所述第四圆柱管10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4串联成回路，所述第一圆柱管7处设有三相分离器5和溢流堰14，所述溢流堰14底部连通有出水管6；本装置运行时，通过蠕动泵向所述进水管1送入模拟废水，充满所述厌氧污泥区2后折返上升，经所述生物电极载体区3后在所述第一圆柱管7流入所述溢流堰14，经所述出水管6排出；污泥接种量、进水浓度和蠕动泵转速随后续正交实验条件设置而改变。
其中，所述第一圆柱管7的管高为15cm，内径为12cm；所述第二圆柱管 8、第三圆柱管9、第四圆柱管10、第五圆柱管11和第六圆柱管12的管高均为20cm，内径均为12cm；所述圆锥管13的管高为20cm，顶部内径为12cm，底部内径为6cm；所述进水管1的一端与所述圆锥管13底部之间的距离为9cm；所述阴极模块、阳极模块与所述外接电路4之间均采用钛丝串联成回路；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4由电源和电阻串联而成；所述碳纤维刷的直径均为2.5cm，高均为16cm；所述进水管1和出水管6处均设有蠕动泵。
响应曲面法是一种统计设计和数值优化技术的集合，在输出或响应受多个因素影响的问题建模和分析中非常有效，可以分析多个有关变量与响应值之间的关系，并且最终优化响应值。其主要优势在于，允许在减少运行次数的情况下评估自变量及其与因变量之间的相互作用。
如图2所示，一种复合型污水脱氮工艺运行参数优化方法，应用上述复合型污水脱氮工艺装置，包括以下步骤：
S1)设计正交实验：在Design Expert软件中选择Box-Behnke(BBD)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，各影响变量的低、中、高水平分别记作-1(最小值)、0(中心值)、+1(最大值)，对应水力停留时间HRT的调节范围2～8，污泥体积分数Vs的调节范围0.2～0.3，碳氮比C/N的调节范围1～5，最终得到的模型因素水平设计如表1所示，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13组正交实验方案；
表1 影响因素水平设计
Figure PCTCN2022088139-appb-000002
S2)收集实验数据：基于正交实验方案，运行三套以上复合型污水脱氮工艺装置，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13组正交实验方案中响应变量的实验数据，如表2所示；
表2 正交实验设计及实验结果
Figure PCTCN2022088139-appb-000003
污泥体积分数的计算公式为：污泥接种量/装置总体积×100％；
污染物(COD和NO 3 —-N)去除率包括：装置整体COD污染物去除率(RE，％)和电极载体区NO 3 —-N污染物去除率(RE e，％)，计算公式为：
Figure PCTCN2022088139-appb-000004
Figure PCTCN2022088139-appb-000005
式中：C in为进水污染物浓度，mg/L；C ef为出水污染物浓度，mg/L；C e为电极载体区进水污染物浓度，mg/L；
电极区域贡献占比表示的是装置中电极载体区对NO3 --N去除率占装置整体去除率的比例，计算公式为：
Figure PCTCN2022088139-appb-000006
S3)响应曲面模型建立：对响应变量的实验数据导入Design expert软件 中进行数学分析，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：
Figure PCTCN2022088139-appb-000007
其中：y为响应变量，b为常系数，x为影响变量；
对于脱氮效率NR、电极载体脱氮贡献比ER，选择二次模型作为最适合的曲面模型修正，NR、ER与A、B、C之间的正交关系分别由方程式表达为：
NR＝68.5+36.24A+1.63B+0.8125C-0.75AB-0.525AC-6.94A 2-4.11B 2-1.99C 2
ER＝8-6.5A-5.2B-0.9C+0.5AB+0.45BC+2.58A 2+3.93B 2+4.93C 2
对于COD去除效率CR，选择线性模型作为最适合的曲面模型修正，CR与A、B、C之间的正交关系由方程式表达为：
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。
S4)拟合系数分析：使用Design Expert软件对二次多项回归方程和回归系数进行方差齐性检验(F检验)和概率检验(P检验)，得出方差分析结果和显著性检验结果，如表3所示；
表3 方差分析
Figure PCTCN2022088139-appb-000008
Figure PCTCN2022088139-appb-000009
当模型分析结果Prob＞F值小于0.05时，表明该模型是有意义的。从表3可以看出NR和ER的模型P值分别为＜0.0001和0.0028，均小于0.05，表明该模型是显著的，应用响应曲面模型可以较为准确地分析和预测脱氮效率(NR)、电极载体脱氮贡献比(ER)的变化。Prob＞F值同时表示了重要的模型项式((Prob＞F)＜0.05)，从表3可以看出A、B、A 2、B 2、C 2是NR的重要模型项式，A、B、B 2、C 2是ER的重要模型项式，可根据各影响因素对响应值的影响力来调控运行参数。COD去除效率(CR)的模型P值＞0.0500，表明回归模型不显著，但与二次模型和三次模型的P值(0.5037和0.1655)相比，线性模型拟合度更高。
图3为污泥体积分数为25％条件下，NO 3 —-N去除率在不同C/N和HRT下的等高线图，NO 3 —-N随C/N的增大而增大，随HRT的延长呈先上升后下降趋势，在HRT＝5h，C/N＝4附近已达到最优NO 3 —-N去除率95％。图4为污泥体积分数为25％条件下，COD去除效率在不同C/N和HRT下的等高线图，与NO 3 —-N去除率相比COD去除效率变化范围小，均在80％以上，在HRT＝4.6h，C/N＝3附近已达到最优COD去除效率93％。图5为污泥体积分数为25％条件下，电极区域贡献占比在不同C/N和HRT下的等高线图，电极贡献占比随C/N的增大而减小，随HRT的延长呈先下降后上升趋势；在HRT＝2h，C/N＝2附近已达到最优电极贡献占比25％。
S5)确定模型最优工艺参数：使用Design Expert软件中的Optimization优化设计模块，设置三个响应变量均为目标值，确定复合型工艺的最优运行参数条件为HRT＝6h，C/N＝4，污泥体积分数＝25％。
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；将复合型污水脱氮工艺在最优工艺参数条件下运行，响应曲面数学模型分析预测得到的硝氮去除率为81.5％，COD去除效率为93.1％，电极区域脱氮贡献占比为9.3％；得到实际结果为：硝氮去除率为79.6％，COD去除效率为90.1％，电极区域脱氮贡献占比为9.8％。如图6所示，预测值与实际处理效果相比，误差分别为2.3％、 3.2％和5.4％，均小于阈值，在可接受范围内，因此基于响应曲面对复合型污水脱氮工艺运行条件进行优化调控的方法是可靠有效。
本发明提供的复合型污水脱氮工艺装置及运行参数优化方法，通过构建内置电极生物载体的复合型装置，采用响应曲面法设计实验，将碳氮比、水力停留时间及污泥体积分数作为关键运行参数，通过对脱氮效率、COD去除效率、电极载体脱氮贡献比三个响应变量进行分析，建立关键运行参数和响应变量之间的关系模型，获得最优运行调控方案；相较于单因素优化方法，本发明能够同时对多个因素进行优化调控，减少实验时间、降低实验成本；相较于其它优化方法，本发明对复合型工艺的污泥体积分数进行优化，比较了不同污泥体积分数条件下，工艺整体性能和电极区域的脱氮贡献占比；本发明将电极载体的脱氮贡献比作为响应变量，能够量化电极载体嵌入对工艺性能的积极影响，并确定最佳条件；总之，本发明可对复合型工艺的运行条件进行优化调控，加快推进了内置电极生物载体的复合型工艺应用于实际污水处理的进程。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

  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。
  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. 一种复合型污水脱氮工艺运行参数优化方法，应用权利要求1-6中任一所述的复合型污水脱氮工艺装置，其特征在于，包括以下步骤：
    S1)设计正交实验：在Design Expert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：
    Figure PCTCN2022088139-appb-100001
    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Design Expert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Design Expert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。
  8. 根据权利要求7所述的复合型污水脱氮工艺运行参数优化方法，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。
  9. 根据权利要求7所述的复合型污水脱氮工艺运行参数优化方法，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。
  10. 根据权利要求9所述的复合型污水脱氮工艺运行参数优化方法，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-6.94A 2-4.11B 2-1.99C 2
    ER＝8-6.5A-5.2B-0.9C+0.5AB+0.45BC+2.58A 2+3.93B 2+4.93C 2
    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。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117003324A (zh) * 2023-10-07 2023-11-07 北京赛科康仑环保科技有限公司 一种氨氮废水处理人工智能控制方法和系统
CN117672048A (zh) * 2024-01-31 2024-03-08 山东大学 基于氮同位素测试的氮源分析虚拟仿真实验系统及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105293694A (zh) * 2015-11-26 2016-02-03 中国科学院生态环境研究中心 内置生物催化电解系统的堆叠式废水厌氧处理装置及采用其处理废水的方法
CN106986413A (zh) * 2017-05-09 2017-07-28 山东省城市供排水水质监测中心 基于响应曲面法的uv/h2o2工艺参数优化方法
US20190359510A1 (en) * 2018-05-23 2019-11-28 Beijing University Of Technology Cooperative optimal control method and system for wastewater treatment process
CN112142267A (zh) * 2020-10-09 2020-12-29 哈尔滨工业大学 一种厌氧生物电化学-好氧移动床生物膜一体式废水处理装置及其处理废水的方法
CN113213624A (zh) * 2021-02-08 2021-08-06 北京工业大学 一种电活性生物载体模块及用其进行污水处理的装置
CN113609442A (zh) * 2021-08-18 2021-11-05 中冶生态环保集团有限公司 基于响应曲面的Fenton氧化高浓度废水多重因素优化方法
CN114084955A (zh) * 2021-11-26 2022-02-25 桂林理工大学 一种基于响应曲面法优化厌氧氨氧化膜生物反应器脱氮性能的方法、脱氮方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4801244B2 (ja) * 2000-09-13 2011-10-26 日華化学株式会社 生物電気化学的処理による排水中の窒素成分の除去方法および除去装置
CN101817587B (zh) * 2010-04-20 2012-02-15 大连理工大学 旋转生物阴极微生物燃料电池及其污水处理方法
CN105906051B (zh) * 2016-06-06 2019-01-18 山东大学 一种电化学微生物自养脱氮污水处理方法及系统
CN106554132B (zh) * 2016-10-12 2017-12-22 南京大学 一种高纳污能力低能耗的污水深度脱氮装置及其运行方法
CN106630387A (zh) * 2016-11-17 2017-05-10 上海晶宇环境工程股份有限公司 电解强化反硝化生物膜脱氮工艺的装置
CN111172061B (zh) * 2019-12-25 2023-05-19 广东石油化工学院 一种好氧反硝化复合菌剂及其应用
CN112694166A (zh) * 2020-12-12 2021-04-23 北京工业大学 一种利用电极生物载体强化低碳氮比污水脱氮的工艺方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105293694A (zh) * 2015-11-26 2016-02-03 中国科学院生态环境研究中心 内置生物催化电解系统的堆叠式废水厌氧处理装置及采用其处理废水的方法
CN106986413A (zh) * 2017-05-09 2017-07-28 山东省城市供排水水质监测中心 基于响应曲面法的uv/h2o2工艺参数优化方法
US20190359510A1 (en) * 2018-05-23 2019-11-28 Beijing University Of Technology Cooperative optimal control method and system for wastewater treatment process
CN112142267A (zh) * 2020-10-09 2020-12-29 哈尔滨工业大学 一种厌氧生物电化学-好氧移动床生物膜一体式废水处理装置及其处理废水的方法
CN113213624A (zh) * 2021-02-08 2021-08-06 北京工业大学 一种电活性生物载体模块及用其进行污水处理的装置
CN113609442A (zh) * 2021-08-18 2021-11-05 中冶生态环保集团有限公司 基于响应曲面的Fenton氧化高浓度废水多重因素优化方法
CN114084955A (zh) * 2021-11-26 2022-02-25 桂林理工大学 一种基于响应曲面法优化厌氧氨氧化膜生物反应器脱氮性能的方法、脱氮方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117003324A (zh) * 2023-10-07 2023-11-07 北京赛科康仑环保科技有限公司 一种氨氮废水处理人工智能控制方法和系统
CN117672048A (zh) * 2024-01-31 2024-03-08 山东大学 基于氮同位素测试的氮源分析虚拟仿真实验系统及方法
CN117672048B (zh) * 2024-01-31 2024-04-19 山东大学 基于氮同位素测试的氮源分析虚拟仿真实验系统及方法

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