摘要：結(jié)合生產(chǎn)實際運行數(shù)據(jù)，分析了深圳市某污水處理廠A2O生物處理單元、AB生物處理單元、微絮凝過濾單元和次氯酸鈉消毒單元等對氨氮的去除效果，采用基于蒙特卡羅（Monte-Carlo）模擬的概率統(tǒng)計方法對該廠再生水中氨氮符合相應標準的概率（保障率）進行了定量計算。結(jié)果表明，氨氮存在較大的超標風險，對此采用Plackett-Burman設計對全流程處理工藝中影響氨氮去除效果的因素進行了研究，篩選出了主要控制因子：混合液回流比、過濾池聚合氯化鋁（PAC）投加量和接觸池中次氯酸鈉投加量，為進一步優(yōu)化工藝參數(shù)提供了重要理論依據(jù)和實踐基礎。

城市污水處理廠污水來自經(jīng)過一定處理的生活污水或不包含重污染工業(yè)廢水在內(nèi)的城市污水，其污染物本底值相對較高，在利用過程中，其水質(zhì)存在潛在風險。而目前污水處理廠常規(guī)的二級處理、深度處理工藝對某些水質(zhì)指標的去除效果不佳，比如氨氮。造成此現(xiàn)狀的原因，除工藝自身的局限外，還由于生產(chǎn)性的全流程污水處理中存在不同工藝的組合，其運行參數(shù)往往通過中試實驗所確定，運行時間限制、控制條件和主要控制因素的不確定性導致了實際應用存在一定的誤差。因此，改進和優(yōu)化生產(chǎn)性全流程污水處理工藝，提高對氨氮的去除效能，降低再生水中氨氮的環(huán)境風險，顯得尤為重要。

Plackett-Burman設計法是20世紀中后葉發(fā)展起來的優(yōu)化實驗條件統(tǒng)計學方法，屬于部分析因設計中二水平設計，具有不完全平衡塊的特征，能夠在較少的實驗和時間下，通過建立一階數(shù)學模型，從眾多的過程因素變量中分析出重要影響因素與響應值的變化規(guī)律，篩選出最為重要的幾個因素，確定最優(yōu)的因素組合，再做后續(xù)工作進行優(yōu)化細調(diào)，避免在后期的優(yōu)化實驗中由于因子數(shù)太多或部分因子不顯著而浪費實驗資源。與隨機平衡實驗、部分因子實驗相比較，該方法在篩選實驗重要因子方面最為有效和準確。Plackett-Burman設計法常與響應面分析法等統(tǒng)計學方法聯(lián)合使用，在化學化工、生物工程和食品工業(yè)條件優(yōu)化等領(lǐng)域廣泛應用。

本研究在水處理領(lǐng)域首次采Plackett-Burman設計對生產(chǎn)性全流程污水處理工藝中影響氨氮去除效果的因素進行研究，為進一步優(yōu)化工藝參數(shù)、挖掘工藝處理能力、提高對氨氮的去除效能提供重要理論依據(jù)和實踐基礎。

1實驗設計

1.1污水處理廠工藝流程

污水處理廠主體工藝分為2部分，工藝流程如圖1，主要工藝參數(shù)見表1。一部分采用A2O二級生物處理工藝，處理能力為18萬m3/d，一部分采用AB法工藝，B段為T型氧化溝，處理能力為12萬M3/D，總規(guī)模為30萬M3/D。經(jīng)二級處理后的30萬M3/D污水進入深度處理系統(tǒng)，采用的是微絮凝過濾工藝，然后，其中20萬M3/D的水量經(jīng)過紫外消毒達到'城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）(一級A標準后排入深圳河，10M3/D的水量經(jīng)過接觸池次氯酸鈉消毒達到相關(guān)再生水標準后作為再生水用于補充河道和城市綠化。

1.2實驗設計

根據(jù)生產(chǎn)運行實際可控性，選擇氧化溝PAC投加量（X1）、生物池混合液回流比（X2）、生物池出水PAC投加量（X3）、過濾池反沖洗周期（X4）、過濾池PAC投加量（X5）、過濾池次氯酸鈉投加量（X6）、接觸池中次氯酸鈉投加量（X7）、接觸池后次氯酸鈉投加量（X8）作為可控因素進行研究，選用N=12的Plackett-Burman實驗來確定要考察過程中的關(guān)鍵可控因素，并預留3個虛擬變量作為誤差分析。具體參見http://szhmdq.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

每個因素取2個水平2低水平和高水平，按照因素的特點、實際運行值及經(jīng)驗取高低水平值，評價指標為再生水中氨氮濃度（MG/L）。采用Design Expert軟件進行實驗設計、數(shù)據(jù)分析及模型建立。Plackett-Burman實驗設計因素水平及編碼見表2。

詳情請點擊下載附件：污水中氨氮去除的主要影響因素