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1、O-BAC工艺优化运行方案及影响因素的显著性分析 作者： 日期：O3-BAC工艺优化运行方案及影响因素的显著性分析 蒋福春1 孙洪伟2 乔铁军3 陈健11 苏州市自来水公司，苏州 2150022 广东仲恺农业技术学院城市建立学院，广州 5102253 深圳水务集团，深圳 518035摘 要 以南方某水库水为试验原水，采用正交试验方法，对影响臭氧-生物活性炭O3-BAC工艺运行效果的因素进展了系统分析。研究建立了多指标综合评分，并对预臭氧投加量、聚合氯化铝PAC投加量、聚丙稀酰胺PAM投加量、主臭氧投加量和主臭氧分配比例五个变量进展了分析，确定了系统优化运行方案；结果说明，主臭氧的投加量及其分配
2、比例对系统的运行效果具有显著性影响。关键词 生物活性炭 影响因素 显著性 权重系数 方差 Optimal Operating Program in O3-BAC System and Analyses of Significance of the Influencing Factors Jiang Fu-chun1 ,Sun Hong-wei2 ,Qiao Tie-jun3 ,Chen Jian1 (1.Suzhou Water Company,Suzhou 215002,China; 2.College of Urban Construction, Zhongkai University o
3、f Agriculture and Technology, Guangzhou 510225,China; 3.Shenzhen Water Supply(Group), Shenzhen 518035,China)Abstract: In the study，analyses of the factors that influence the operation results of O3-Biological Activated Carbon(O3-BAC) system were made in a typical city of south China which uses reser
4、voir water as raw water, and orthogonal test was used here. We established a multi-index comprehensive evaluation system. Five influence variables in O3-BAC system, which include preozonation dosage, poly aluminum chloride(PAC) dosage, polyacrylamide (PAM) dosage , ozonation dosage and ozonation dis
5、tribution, were analyzed. Further the optimal operating program in O3-BAC system were determined. The results show that ozonation dosage, as well as ozonation distribution, has significant effects to the system. Keywords: BAC; influence variable; significance; weight; variance1 引言 在水处理系统中，影响净水效果的因素有
6、很多，除了装置本身的设计因素以外，还包括一些运行因素。在运行因素中，混凝剂的投加量是影响絮凝的一个重要因素，有资料说明1，聚合氯化铝PAC的投量稍高或稍低均会影响出水水质和过滤周期。聚丙稀酰胺PAM的投加量和投加点对出水水质也有明显的影响2。臭氧预氧化可降低混凝剂投加量，或在一定混凝剂量下，提高浊度去除率，延长滤池过滤周期3,4。臭氧-生物活性炭工艺中，臭氧化可以大大延长活性炭滤池的工作周期，节省活性炭的再生或更换费用，关系到整个水处理系统的运行效果，其优化非常重要。由于臭氧剂量的改变，可能会减少活性炭滤池对有机物的吸附容量，而生物可降解性反而有所增加5。所以必须将臭氧剂量、臭氧分配方法等重要
7、影响因素通过试验进展优化，以充分发挥臭氧-生物活性炭工艺的优点。因此，为了更好地应用臭氧-生物活性炭工艺，寻找影响净水效果的主要因素，并检验其影响的显著性尤其重要。2 试验装置和方法 试验期间，原水的水质条件如表1所示。 表1 原水的水质条件Table 1 raw water quality. 水质指标最大值最小值平均值浊度(NTU)CODMn(mg/L)UV254TOC(mg/L)NH4-N(mg/L)NO3-N(mg/L)藻万个/L793266589AOC(g/L)10624THMFP(g/L)溴离子(g/L)溴酸盐(g/L)甲醛(g/L) 中试装置所采用的工艺为预O3混合池穿孔漩流反响池
8、斜板沉淀池石英砂滤池O3BAC，进水流量为10m3/h，工艺流程如图1所示。混凝剂为PAC，采用机械混合，其反响时间为20min；助凝剂为PAM，投加点通过小试试验进展确定，为反响池的前1/3处；预臭氧氧化接触时间为5min；主臭氧分为三级投加，每一级的反响时间均为5min。臭氧的投加采用钛板微孔曝气形式，炭层空床接触时间EBCT为17min。砂滤池和炭滤池的过滤速度分别为8m/h和8.85m/h。 图1 中试工艺流程Fig.1 The flow of the pilot test 中试工艺的设计参数是确定的，过滤条件也是固定的。因此，把预臭氧投加量、PAC投加量、PAM投加量、主臭氧投加量和
9、主臭氧的分配比例五个影响因素作为试验的研究对象。分别编号为A、B、C、D、E。采用正交试验方法，每个因素均设定两个水平，其分布如表2所示。投加量的单位为mg/L。 表2 影响因素的水平分布Table 2 The distribution of the influential factors因素ABCDE水平14：3：3水平26：3：1根据试验情况，选用正交表L827设计试验，即7因素实际为5因素，6和7为误差因素、2水平的8组试验。具体试验方案如表3所示。表3 正交试验方案L827Table 3 Orthogonal test table of L827试验编号A 1B 2C 3D 4E 56
10、71111111121112222321222114212112251222112612212217221121282212121 本试验的检测指标包括浊度、耗氧量CODMn、UV254、总有机碳TOC、氨氮NH4-N、亚硝酸盐氮(NO2-N)、硝酸盐氮(NO3-N)、三卤甲烷前体物(THMFP)、溴离子(Br-)、微囊藻毒素。此外，还分析了由于臭氧氧化导致升高的生物稳定性表征指标可同化生物有机碳AOC，以及臭氧化副产物甲醛HCHO和溴酸盐(BrO3-)。 3 结果及分析 出水浊度均小于0.15NTU，其总去除率在98以上，NH4-N和NO2-N的含量小于0.05mg/L和0.003mg/L，
11、UV254总去除率接近100，出水HCHO的含量均小于0.05mg/L，微囊藻毒素RR含量均小于0.3mg/L，微囊藻毒素LR含量均小于0.1mg/L。 因此，确定TOC、AOC、THMFP、Br-、CODMn、NO3-N和BrO3-为评价指标。TOC、AOC、THMFP、Br-和CODMn的去除率越高说明净水效果越佳；NO3-N的生成率和BrO3-的含量越低，出水的平安风险越小。 表4 不同试验条件下各出水指标的aij值Table 4 aij of the effluent under different orthogonal tests试验编号12345678CODMnNO3-NTOCTH
12、MFP68AOCBr-25BrO3-表4表示考察指标在各个试验条件下出水指标的去除率、生成率和含量情况，其数值用aij表示。其中，去除率和生成率以百分数计，BrO3-的含量以g/L计。 不同运行条件对出水指标的影响也有所不同，因此，评价水处理系统的运行效果应该把多个指标综合起来考虑。所以，进展多指标综合评价时，需将7个水质指标综合起来，通过综合评分法来确定优化方案。所谓综合评分法就是根据各个指标重要性的不同，给每一组试验评出一个分数，作为这个试验的总指标，作进一步分析，从而选出较优的试验方案6。表5 不同试验条件下各出水指标的bij值Table 5 bij of the effluent un
13、der different orthogonal tests 试验编号12345678CODMnNO3-NTOCTHMFPAOCBr-BrO3-将表4中的第i行在第j列上对应的数定义为aij，其中 i=1,2,.,7; j=1,2,8。定义为各个指标在8组试验中的平均值。定义bij表示为各个指标在各组试验下的aij值与其相应的的比值，计算公式如式1所示。 1bij是单次试验值和屡次试验的平均值的比值。根据bij的定义，可以大致反映某个指标在某个运行条件下，偏离总体情况的程度。详见表5。3.2.1 计算权重系数 在多指标综合优化中，权重系数是指某个考察指标在全部考察指标中所处的重要程度。在综合评价中，某指标的权重系数越高，那么其重要程度越高；反之，重要性就越低7,8。 根据试验原水和出水的水质情况，即原水和出水的7项指标均低于相应的评价标准值。所以，水质指标的权重系数可以根据原水和出水的某个指标的观测值相对
