随着我国工业的发展，化工产品生产过程中污染物排放量持续增加，环境污染日益加剧。以太湖流域为代表，流域内重污染行业数量多、比重大，因此以处理工业废水为主的污水处理厂占比也较大[1]。然而，由于工业废水中污染物可生化性差，进水碳源不足，导致不少污水处理厂仍存在出水难以稳定或无法达到一级A标准的问题，环境形势严峻。例如，江苏省某工业园区污水处理厂由于进水原水含有一定比例的难降解有机物，可生化性较差，且水质波动幅度大，导致出水TN无法稳定达标，亟需对现有工艺进行升级改造。目前，污水处理厂尾水深度脱氮的技术主要有生物滤池、MBBR、电化学技术及人工湿地等。其中反硝化滤池脱氮工艺比其他工艺具有占地面积小、脱氮效率高、出水水质稳定等优点[2-3]，但该工艺需要投加外部碳源，而碳源影响微了生物反硝化速率、系统N2O产量及工艺运行成本。因此，不同碳源对反硝化滤池的影响是目前研究的热点。如刘秀红等[4]分别选用乙酸钠、乙酸和甲醇作为中试反硝化滤池的碳源，发现三种物质作为碳源时系统硝酸盐去除率均可达到90%，其中甲醇作为碳源时，投加量最少，费用最低，但反冲洗周期最长。然而，目前鲜有采用经水解酸化处理后的污水原水用作碳源的研究报道。

在互联网快速发展的时代，作为一种倡导教师引导学生自主学习的新型教学辅助手段，网络教学在国内外教师中越来越受到欢迎。借助网络教学平台，优化学习方式，转换教学理念，结合教学内容进行教学方法的改革，提升和完善教育教学的质量和效果，从而使学生具备先进的社会价值观，提高学生的学习能力及在现代社会中的竞争能力。

本研究中试所在的污水处理厂一期工程处理工艺为“厌氧水解+二级生化处理+混凝沉淀”，流程如图1(A)所示，常年进出水水质如表1所示。

  

图1　污水厂现有工艺流程图

 

Fig.1　Flow Chart of Treatment Process in WWTP

 

表1　污水厂常年进出水水质

 

Tab.1　Perennial Quality of Influent and Effluent in WWTP

  

项目BOD5/(mg·L-1)CODCr/(mg·L-1)SS/(mg·L-1)NH3⁃N/(mg·L-1)TN/(mg·L-1)TP/(mg·L-1)设计进水15050025035258设计出水2080705(8)1505实际进水50～300100～900200～6000～3020～600～11实际出水6～2040～8015～350～512～300～02

由表1可知，污水厂出水TN存在超标现象，考虑到现有处理工艺实现达标难度大，必须对二级出水进行深度处理兼顾难降解COD的去除，才能实现达标排放。

根据该污水处理厂一期工程处理工艺及进水水质现状，本研究提出在系统末端增设反硝化滤池工艺，利用污水处理厂现有厌氧水解池生产挥发性脂肪酸(volatile fatty acids，VFAs)作为外加原位碳源节约运行成本的设想，工艺优化方案流程如图1(B)所示。建立反硝化滤池中试装置，同时配备可控水解酸化中试装置生产VFAs[5-7]，在滤池挂膜成功后将VFAs作为反硝化滤池处理尾水补充碳源[8-9]，探究该条件下反硝化滤池运行优化工艺条件，为低品质碳源高效水解及反硝化滤池耦合强化脱氮技术的应用提供理论指导和技术支持。

由图8可知，污水厂尾水氨氮浓度保持在1 mg/L左右，阶段一反应器出水氨氮保持在0.7 mg/L左右，而阶段二出水氨氮在1.2 mg/L左右。可以看出，因酸化液引入的氨氮并没有导致中试装置出水氨氮明显上升，中试装置对尾水氨氮有一定的去除，这主要是由于反硝化脱氮时微生物同化作用，但去除量并不显著。

1　试验材料与方法

1.1　中试工艺流程

由图4(B)可知，除7～10 d进水氨氮偏高外，其余时间进水氨氮含量很低(<2 mg/L)，出水氨氮比进水要低，这可能是由于反硝化细菌的同化作用，运行稳定时其去除率在35%左右。出水氨氮在1 mg/L左右，可见氨氮去除效果较差。这可能一方面是由于进水氨氮浓度较低，可硝化氨氮量较少，另一方面是由于反硝化滤池优势菌群为反硝化菌，反应器的硝化作用极小。

  

图2　深度脱氮工艺流程图

 

Fig.2　Flow Chart of Advanced Denitrification Process in WWTP

  

图3　中试装置图

 

Fig.3　 Diagram of Pilot Plant

1.2　中试设计参数

基于挂膜效果的考虑，本次试验选择接种挂膜[10]，投加碳源为乙酸钠溶液。挂膜启动分为两个阶段，第一阶段将接种污泥与试验配置用水按照2∶1的比例混合注入反应器，水位超过滤料层50 mm以上。以60 mL/s的曝气量连续闷曝24 h，使污泥中的微生物与填料充分接触，然后在闷曝结束后排出反应器中一半的污水，并再次注入试验配置用水到设计水位，此阶段共运行3 d。第二阶段根据设计要求配置试验用水储备于水箱，停止曝气，以1.8 mL/s的滤速连续进水直至出水水质稳定[11]。

 

表2　中试进出水设计水质

 

`Tab.2　Designed Quality of Influent and Effluent in Pilot Test

  

项目BOD5/(mg·L-1)CODCr/(mg·L-1)SS/(mg·L-1)NH3⁃N/(mg·L-1)TN/(mg·L-1)TP/(mg·L-1)备注尾水进水水质10501051505设计出水水质1050102505反硝化滤池进水

 

表3　反硝化滤池运行参数

 

Tab.3　Operation Parameters of Denitrification Filter

  

项目参数项目参数圆形滤池/座1滤池直径/m12滤池高度/m4过滤面积/m2111过滤速度/(m·h⁃1)5255滤料厚度/m18冲洗周期/d5气冲洗强度/(L·m⁃2·s⁃1)20水冲洗强度/(L·m⁃2·s⁃1)4空床停留时间/min216

1.3　试验方法

中试试验设计参数如表2和表3所示。

中试试验中反硝化滤池处理规模为100 t/d，其中硝态氮浓度按10 mg/L计，外加碳源量根据COD/-N=5∶1确定，投加碳源为乙酸钠溶液和水解酸化生成的VFAs，运行以两种不同的碳源组分比分为两个阶段，分析酸化液VFAs的投加适量范围。第一阶段外加碳源组分COD乙酸钠∶COD酸化液=3∶2，水解酸化液按400 mg/L COD计，每日所需原水流量为2.5 m3/d；第二阶段外加碳源组分COD乙酸钠∶COD酸化液=2∶3，水解酸化液按400 mg/L COD计，每日所需原水流量为5 m3/d。中试装置启动后，在每日相同时间段取水样，监测进出水水质浓度。

1.4　分析项目与方法

COD的检测采用重铬酸钾法，氨氮的检测采用纳氏试剂比色法，硝酸盐氮的检测采用酚二磺酸分光光度法，亚硝酸盐氮的检测采用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法，VFAs的检测采用反相高效液相色谱法[12]。

另外,分析了500 hPa感热通量偏弱和偏强年份的高度场和温度场(图8c,8d)。偏弱年,副热带高压588线位于127°E(图8c),其边缘离长江以南地区较近,有利于长江以南地区降水。而在偏强年,588线位于135°E(图8d),其边缘离长江以南地区位置较远,不利于海洋水汽向该区域输送。此外,在偏弱年,副热带高压脊线接近东西向,同时相应温度脊线为西南—东北走向(图中虚线),所以高空有较强的斜压性。而在偏强年,副热带高压脊线和温度脊线均为东西向,所以高空斜压性较弱。

2　结果与讨论

2.1　反硝化滤池中试装置挂膜启动研究

由图4(A)可知，滤池在运行第4 d起对-N有明显的去除效果，在7～10 d其去除率在80%以上，这是由于进水硝态氮负荷降低，系统所含的微生物可以降解污水中所含的硝态氮量，也反映出系统中反硝化细菌在大量繁殖。在11～13 d，监测结果显示硝态氮去除率降低，这是由于该段时间内硝态氮进水浓度陡增，但去除量仍保持在较高水平，所以脱氮效果仍可认为较好。在14～21 d，系统脱氮性能趋于稳定，-N去除率在80%以上，硝态氮与亚硝态氮总和在2.5 mg/L以下，标志挂膜成功。

  

图4　启动期滤池进出水-N(A)、和NH3-N(B)变化曲线

 

Fig.4　Variation of -N(A)、NH3-N(B)in Filter Influent and Effluent during Start-Up Period

反硝化滤池深度脱氮工艺流程如图2所示。在反硝化滤池启动初期，需要提供外加优质碳源，使反硝化滤池中微生物能快速稳定生长。在滤池挂膜成功后，从污水处理厂二期调节池中取原水与水解酸化池回流污水混合后进入水解酸化池。通过对水解酸化池运行条件进行调控优化，使污水水解酸化产生需要的VFAs。最后，将含有VFAs的水解酸化池上清液与污水处理厂尾水在混合池中混合，加入到反硝化滤池中进行脱氮处理。试验装置如图2所示，现场装置如图3所示。

2.2　低品质碳源反硝化滤池运行研究

由此可见，在原水水解酸化液投加量保持在一定范围的条件下，进水中低品质碳源经过水解酸化后产生的VFAs可用作原位反硝化碳源，可保证良好的反硝化处理效果，有利于减少人工投加碳源的使用，削减反硝化滤池工艺的运行成本。

一是全面强化顶层设计，重大研究取得明显进展。组织调研论证，梳理出七大流域40个重大水利科技问题。新增“东北四省区节水增粮高效灌溉技术研究与规模化示范”等4项国家科技支撑计划项目。“巨型机组水电站建筑结构关键技术”等4项科技成果获国家科技进步二等奖，“强涌潮河口曹娥江大闸工程建设关键技术研究与实践”等49项科技成果获大禹水利科学技术奖。

运行期间对中试装置水解酸化池出水VFAs进行了检测，结果如图5所示。

  

图5　水解酸化池出水VFAs变化曲线

 

Fig.5　VFAs Variation in Effluent of Hydrolysis-Acidification Tank

由图5可知，在前后阶段水解酸化池水力停留时间保持2.5 d不变的条件下(多余的水解酸化液外排)，出水VFAs最大值为172.4 mg/L，最小值为86.5 mg/L，平均值为131.6 mg/L，转化率在15%～20%波动，较为稳定，表明进水中的低品质碳源经过水解酸化后，VFAs的转化率较高，出产量大，达到了作为外加原位碳源的使用量要求。

由于百香果的pH值过低，与鲜奶混合会出现絮状物，若pH值过高，则无法凝乳[11]。研究了不同的混合液pH值对酸奶品质的影响。

本试验通过对重庆地区紫色土进行直接剪切试验测定土的抗剪强度，分析了植物根系对重庆地区紫色土的力学影响，为重庆地区的边坡防护治理提供一定的理论基础。

挂膜成功后，将原水水解酸化液和乙酸钠联用作为滤池补充碳源，反应器中进出水硝态氮、亚硝态氮的浓度变化如图6和图7所示。

由图6可知，污水厂尾水进水硝态氮波动较大，一方面是由于夏季降雨起到稀释作用，致使测量结果偏低，另一方面由于污水厂生物处理系统运行不稳定导致出水硝态氮波动较大，而尾水亚硝态氮始终保持较低浓度。稳定运行试验的第一阶段出水硝态氮与亚硝态氮都有明显的下降趋势，图7中对应的-N去除率逐步上升达到80%，出水硝态氮与亚硝态氮浓度之和均低于3 mg/L，表明酸化液作为反硝化滤池补充碳源的运行系统趋于稳定，系统有良好的反硝化脱氮效果。第二阶段酸化液投加量增加，导致了出水硝态氮与亚硝态氮明显高于第一阶段，且出现明显的亚硝酸盐积累现象，对应的-N去除率在65%左右，出水硝态氮与亚硝态氮浓度和高于5 mg/L。由此可见，酸化液投加量对反硝化滤池处理效率影响较大，其过量投加可能导致反应器出水超标，所以必须根据实际工程情况调控酸化液投加量。

  

图6　滤池进出水-N、-N变化曲线

 

Fig.6　Variation of -N、-N in Filter Influent and Effluent

  

图7　滤池进出水-N变化曲线

 

Fig.-N Variation in Filter Influent and Effluent

保持床铺整齐、清洁、干燥，盖被须轻暖，衣着避免过多，以免产生烦躁不安及过量出汗，内衣不应过紧，以免影响呼吸动作，及时更换尿布。高热出汗后及时更换衣服，避免受凉后加重病情。

  

图8　滤池进出水NH3-N变化曲线

 

Fig.8　NH3-N Variation in Filter Influent and Effluent

由图9可知，阶段一条件下，中试装置具有良好的脱氮功能，以乙酸钠与原水水解酸化液(COD乙酸钠∶COD酸化液=2∶3)作为碳源，可保证出水TN低于5 mg/L，进水TN平均值为10.34 mg/L，出水TN平均值为3.89 mg/L，TN去除率平均值为61.5%。阶段二进水TN平均值为12.95 mg/L，出水TN平均值为6.85 mg/L，TN去除率平均值为47%，无法达到TN出水低于5 mg/L指标。

  

图9　反硝化滤池进出水TN浓度变化

 

Fig.9　TN Variation in Influent and Effluent of Denitrification Biofilter

2.2.1　运行期间VFAs转化效果监测

2.2.3　运行期间COD去除效果监测

2.2.2　运行期间脱氮效果检测监测

图10为中试装置运行期间尾水与中试装置出水COD变化情况，由于投加外加碳源以及引入酸化液作为补充碳源，出水COD有时会高于进水，但在第一阶段基本低于出水COD标准(50 mg/L)。阶段二出水COD高于阶段一，主要是由于原水水解酸化液比例增大，存在更多不利于微生物利用的COD，可见出水COD与进水及原水COD密切相关。另一方面，尾水硝态氮浓度降低，反硝化碳源消耗量下降，也会导致出水COD浓度超标。因此，需定时检测原水与尾水COD及尾水硝态氮含量，当水质波动变化较大时可及时作出调整，或将部分出水回流至生化系统，避免出水COD超标。

  

图10　滤池进出水COD测定值

 

Fig.10　COD Variation in Filter Influent and Effluent

3　结论

本研究进行了以污水厂进水水解酸化液为外加碳源的反硝化滤池中试研究，得出以下三个结论。

(1)以乙酸钠溶液为碳源的反硝化滤池中试装置挂膜时，历时15 d装置出水趋于稳定，标志挂膜成功。

(2)当尾水处理规模为100 m3/d、硝态氮浓度为10 mg/L时，原水水解酸化液与乙酸钠溶液投加量按照COD/-N=5∶1(COD乙酸钠∶COD酸化液=3∶2)投加，可保证出水TN低于5 mg/L，且出水COD和氨氮达到一级A标准。

(3)水解酸化液投加量对反硝化滤池处理效率影响较大，必须根据实际工程情况调控酸化液投加量。在酸化液投加保持适量范围的条件下，进水中低品质碳源经过水解酸化后产生的VFAs可用作原位反硝化碳源，可保证良好的反硝化处理效果，有利于减少人工投加碳源的使用量，削减反硝化滤池工艺运行成本。

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本文在无线传感器网络与未知目标之间有相对移动的情况下研究了联合TDOA/FDOA定位方法,在文献[12]提出的半正定松弛方法的基础上提出了一种增强型的半正定松弛方法,利用增强型的优化方法有效改善了定位的精度。本文通过深度挖掘优化变量之间的内在联系,并将这些联系构造成合理的约束条件,进而将这些非凸约束松弛成凸约束对半正定规划问题进行收紧,求得了全局最优解。文章理论证明了这些约束条件是有效的,起到了收紧半正定松弛规划问题的作用。增强半正定规划问题是一个凸优化问题,它能找到近似WLS问题的全局最优解,进而避免了收敛于局部极小点的情况。