外加磁場活性污泥反應器處理生活污水的試驗研究

摘 要:采用新型的外加磁場活性污泥反應器對生活污水進行處理，分別研究了磁場強度對COD、氨氮、總氮、總磷等去除效果的影響。并通過正交試驗發現:對于各因素對COD去除率的影響大小及順序為:HRT>磁場強度>DO>pH值;對NH3-N去除率的影響大小及順序為:pH值>磁場強度>DO>HRT;而對T-N去除率的影響大小及順序為:pH值>DO>HRT>磁場強度。。

關鍵詞:活性污泥磁場生活污水

中圖分類號:X703文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(a)-0147-02

1 材料與方法

1.1 試驗用水

本試驗采用人工配水模擬城市生活污水，原水才用葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、氯化銨和自來水配制而成。

1.2 分析指標及方法

各項指標的測定均參照國標進行。

1.3 試驗裝置

1.儲水箱；2.潛水泵；3.閥門；4.流量計（液體）；5.活性污泥反應器；6.曝氣頭；7.沉淀池；8.流量計（氣體）；9.流量計（氣體）；10.空氣泵；11.出水槽。

本試驗采用了試驗裝置。活性污泥反應器采用玻璃材質自制而成，為長方體，有效容積4.2L，沉淀池體積2.0L。反應器底部設有和空氣泵連接的曝氣頭;反應器的外側另一邊設置出水槽，用于收集經過反應器處理后的出水;沉淀池底部污泥依靠重力作用自動回流至曝氣池。

1.4 磁場的產生及調整

本試驗所選用的磁鐵大小為50×30×5mm，永磁燒結釹鐵硼材料，其中心磁場強度為M=110mT。試驗過程中通過調整磁鐵間距改變作用于活性污泥反應器的磁場強度。

2 結果與討論

2.1 磁場強度對污染物去除效果研究

在室溫下研究磁場強度對活性污泥法去除污水中污染物處理效果的影響。其影響規律如圖1所示。

從圖2可以看出，外加磁場對生物反應器處理生活污水具有強化作用。在磁場強度為0mT～100mT的范圍內，磁場對去除廢水中的NH3-N、T-N和T-P都有較大的提高，而對COD去除率的影響較小。從圖上可知，當磁場強度低于50mT時，系統對COD的去除率隨著磁場強度的增大而增加，在磁場強度為50mT時，COD的去除率達到最大，約90.8%左右，出水COD達到一級A排放標準，隨著磁場強度的增大，出水中COD的含量有所上升;磁場強度地變化對系統去除NH3-N的影響極為明顯，在磁場強度為10mT～75mT的范圍內，磁場均對NH3-N的去除具有促進作用，但磁場強度不同，對NH3-N去除率的影響也有所不同，當磁場強度為35mT時系統對NH3-N的去除率達到最大值91.2%，遠高于不添加磁場的65.1%，然而當磁場強度高于35mT時，隨著磁場強度的增加，系統對NH3-N的去除率逐漸降低，在磁場強度為100mT時，系統對NH3-N的去除率僅為55.7%，說明磁場強度過高會對系統去除NH3-N起到相反的作用;在磁場強度小于35mT時，系統對T-N的去除率隨著磁場強度的增大而增加，而高于該值則隨之減小，這與磁場強度變化對系統去除NH3-N的影響結果相似，可能是系統內硝化作用的結果直接影響到了系統對T-N的去除，同時，磁場能夠增加水中的溶解氧，對反硝化細菌的生長具有抑制作用;從圖2中可以看出，磁場的變化對系統去除T-P的影響較為復雜，隨著磁場強度的增加，反應器對T-P去除率的變化呈波浪線趨勢，但從總體來看，添加磁場能夠促進系統對T-P的去除，并在磁場強度為50mT時，T-P的去除率達到最大值45.5%，比不添加磁場高15%左右。從以上幾種結果綜合考慮，外加磁場的磁場強度在35mT～50mT范圍內時，反應器對廢水中的污染物均有良好的去除效果。

2.2 工藝參數的優化

2.2.1 正交試驗分析

影響活性污泥法處理生活污水效果的因素很多，并且因素之間可能存在交互作用，本試驗選取磁場強度、水力停留時間、溶解氧和pH值作為正交試驗的因素，進行了四因素三水平的正交試驗。以COD、NH3-N和T-N的去除率為評價指標，以探明這四種因素對廢水中污染物去除效果的影響程度。水平及因素見表1。

為了減小誤差，原水的COD、NH3-N和T-N分別保持在370mg/L、15mg/L和35mg/L左右，泥水混合液溫度為28℃左右。每組條件下，反應器連續穩定運行7d，每天檢測試驗指標，取去除率的平均值為最終試驗結果。正交試驗結果如表2所示，數據分析見表3。

由極差分析的結果可以知道，對于各因素對COD去除率的影響大小及順序為:HRT=15.7>磁場強度=4.9>DO=4.1>pH值=1.033;對NH3-N去除率的影響大小及順序為:pH值=35.5>磁場強度=21.2>DO=18.1>HRT=4.6;對T-N去除率的影響大小及順序為:pH值=23.1>DO=20.9>HRT=20.5>磁場強度=8.9。由此可以看出，磁場強度對COD和NH3-N的去除率均有較大的影響，而pH值對NH3-N和T-N的去除率有很大影響。

2.2.2 響應曲面分析

為了研究各試驗因素對去除率的影響，分別對磁場強度和其他三因素用Matlab做了響應曲面，直觀地分析和比較各因素影響的大小和趨勢。

當磁場強度不變時，隨著水力停留時間的增加，系統對COD的去除率增大，但當HRT大于6小時后，COD去除率的增加速率減慢，甚至起到相反的作用。當磁場強度不變時，隨著DO的增加，系統對COD去除率也逐漸增大，有研究表明，在活性污泥法處理生活污水過程中，最佳溶解氧的濃度為2mg/L～4mg/L。

當磁場強度不變且低于60mT的情況下，隨著水力停留時間的增大，系統對NH3-N的去除率增加，而當磁場強度為60mT～100mT時，如磁場強度不變，系統對NH3-N的去除率隨著HRT的增加先減小后增大。當磁場強度不變時，隨著溶解氧濃度的增大，NH3-N的去除率也逐漸增加。在磁場強度不變的情況下，pH值在6～7變化對NH3-N的去除率有明顯的影響，當pH值大于7時，NH3-N去除率變化緩慢并在pH值為8時有所降低。磁場能夠影響系統對廢水中NH3-N的去除率，當HRT、DO和pH值不變，磁場強度小于60mT時，隨著磁場強度的增大，系統對NH3-N的去除率也快速提高，當磁場其強度大于60mT后，NH3-N的去除率隨磁場強度在增加而逐漸降低。

當磁場強度一定時，隨著水力停留時間的增大，系統對T-N的去除率有一個先增大后減小的過程，并在HRT為7小時左右時，系統對T-N的去除率達到最大值。溶解氧的變化對系統去除T-N的影響明顯，當溶解氧為1mg/L時，T-N的去除率最大，隨著DO的增大，系統對T-N的去除率逐漸減小，當溶解氧濃度達到2.2mg/L時，T-N的去除率又開始上升，這主要是因為，活性污泥法去除廢水中的T-N主要是通過細菌的反硝化作用，隨著溶解氧濃度的增加，系統的反硝化能力減弱，所以對T-N的去除率減小，然而溶解氧濃度增加后，系統的硝化作用得到增強，對反硝化作用有一定的促進作用，所以當溶解氧濃度大于2.2mg/L后，廢水中T-N的去除率有所上升。pH從6升高到8時，T-N的去除率先提高后降低，并在pH=7.5左右達到最大值。

3 結論

本研究通過對生物反應器添加外加磁場，研究了磁場強度、水力停留時間、溶解氧以及pH值的變化對系統處理生活廢水效果的影響，并通過正交試驗得出有效去除廢水中污染物的最佳工藝參數和條件，其結論如下:

適宜范圍的磁場強度能夠提高活性污泥去除廢水中污染物的能力，磁場強度過大則會起到相反作用。在磁場強度為50mT時，COD的去除率達到最大，約90.8%左右，而在磁場強度為35mT時，系統對NH3-N和T-N的去除率均達到最大值分別為91.2%和73.4%左右，反應器對T-P去除率的變化呈波浪線趨勢，但從總體來看，添加磁場能夠促進系統對T-P的去除，并在磁場強度為50mT時，T-P的去除率達到最大值45.5%，比不添加磁場高15%左右。

對于各因素對COD去除率的影響大小及順序為:HRT>磁場強度>DO>pH值;對NH3-N去除率的影響大小及順序為:pH值>磁場強度>DO>HRT;而對T-N去除率的影響大小及順序為:pH值>DO>HRT>磁場強度。系統對此三種物質的最大去除率分別為91.2%、77.9%、92.3%。由響應曲面分析可知，廢水處理過程中，其他因素與磁場之間有一定的相互作用。

參考文獻

[1]孔彥.我國城市污水處理現狀與展望[J].內蒙古科技與經濟，2007，5（10）:9～10.