王子凌，信 欣，劉 琴，楊 豪，曹惜霜

成都信息工程大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,四川 成都 610225

隨著我國(guó)肉類食品需求的增加，豬肉作為最主要的肉類食品之一，使得養(yǎng)豬業(yè)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有越來(lái)越重要的地位，然而隨著養(yǎng)豬業(yè)規(guī)模化與集約化的發(fā)展，豬場(chǎng)廢水的排放帶來(lái)的環(huán)境污染問題也越來(lái)越突出[1-2]，其中氮磷的排放是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因[3-5].按照國(guó)家“十三五”規(guī)劃，到2020年我國(guó)生豬出欄500頭以上的規(guī)?；B(yǎng)殖比重將達(dá)52%[6].四川省是畜禽養(yǎng)殖大省，其養(yǎng)殖增幅較快、養(yǎng)殖量較大，導(dǎo)致其耕地氮污染負(fù)荷較重，達(dá)202.98 kg/hm2，遠(yuǎn)高于全國(guó)平均水平[7-8].目前主要環(huán)保達(dá)標(biāo)排放型廢水處理工藝，如厭氧-好氧生化處理(A/O、A2/O等)等組合工藝，是許多大型規(guī)?；i場(chǎng)處理糞污廢水的首選工藝[9].其中，厭氧工藝處理階段主要用于有機(jī)物的去除及有機(jī)氮的分解，但厭氧出水中ρ(NH4+-N)的進(jìn)一步升高，導(dǎo)致低碳高氨氮厭氧發(fā)酵沼液〔其ρ(CODCr)/ρ(TN)為0.5∶1～2∶1〕的產(chǎn)生，需在好氧生化階段繼續(xù)進(jìn)行脫氮處理[10-11].但是，傳統(tǒng)好氧處理工藝往往面臨脫氮效果差、后續(xù)處理成本高、達(dá)標(biāo)排放壓力大等實(shí)際工程問題[12-13].

隨著人們對(duì)新型生物脫氮理論的認(rèn)識(shí)，出現(xiàn)了以厭氧氨氧化為核心的自養(yǎng)脫氮工藝，其中全程自養(yǎng)脫氮(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON)工藝作為典型代表，是在限氧條件下建立好氧和厭氧氨氧化菌的共生系統(tǒng)，通過氨氧化菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)的作用，將部分NH4+-N氧化成NO2--N，再通過厭氧氨氧化細(xì)菌(ANAMMOX)的作用，將剩余的NH4+-N和NO2--N轉(zhuǎn)化成N2和少量NO3--N.與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比，CANON工藝?yán)碚撋峡晒?jié)省62.5%的硝化需氧量和100%的反硝化需CODCr量，具有曝氣成本低、工藝流程短、耗能少、無(wú)需額外投加碳源和污泥產(chǎn)量少等優(yōu)點(diǎn)[14-15].

盡管CANON工藝在處理低碳高氨氮廢水時(shí)具有較大優(yōu)勢(shì)，但目前CANON工藝的研究大多都處于試驗(yàn)階段，多采用人工配水作為進(jìn)水，多使用序批式反應(yīng)器運(yùn)行[16-20]，且大多數(shù)研究主要針對(duì)單因素條件對(duì)CANON工藝脫氮過程的影響[21-23].響應(yīng)面法是一種綜合試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)建模的優(yōu)化方法，能在較少的試驗(yàn)次數(shù)情況下檢驗(yàn)影響因素之間的交互作用[24]，不僅建立預(yù)測(cè)模型，還可檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪m應(yīng)性，并對(duì)系數(shù)顯著性和失擬項(xiàng)進(jìn)行分析；同時(shí)，可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行模型診斷和方差分析得到回歸方程，通過對(duì)自變量的合理取值求得最優(yōu)值.由于響應(yīng)面法對(duì)于結(jié)果模擬的精確度高，全面性好，目前許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者將其應(yīng)用于污水治理中.K?rbahti[25]采用響應(yīng)面法對(duì)電化學(xué)法處理紡織印染廢水的工藝進(jìn)行優(yōu)化，考察了不同條件下廢水CODCr、色度及濁度的去除率變化并得到了其最佳去除率.韓微等[26]為考察各因素對(duì)總磷去除的影響，采用響應(yīng)面法分析了各工藝參數(shù)和除磷效率之間的關(guān)系，得到了各參數(shù)的最佳運(yùn)行范圍并分析建立了磷含量平衡模型，同時(shí)對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)利用該模型能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出水中TP濃度.賈福強(qiáng)等[27]采用響應(yīng)面法中的BBD設(shè)計(jì)優(yōu)化電滲析器處理褐藻酸鈉廢水的工藝參數(shù)，分析了淡水濃水體積比、流量和電壓的交互作用對(duì)直流電耗的影響，建立了電滲析處理褐藻酸鈉廢水的二次多項(xiàng)數(shù)學(xué)模型，并確定了最佳工藝條件，其實(shí)際處理效果與理想目標(biāo)一致.WANG等[28]采用響應(yīng)面法的中心設(shè)計(jì)優(yōu)化魯奇煤氣化廢水的氧化降解工藝，研究了氣壓、溫度、反應(yīng)時(shí)間等參數(shù)對(duì)該工藝的影響，得到了魯奇煤氣化廢水TOC和NH4+-N的最高去除率.目前采用響應(yīng)面法對(duì)CANON工藝處理豬場(chǎng)沼液脫氮性能優(yōu)化的研究鮮有報(bào)道.因此，該研究以四川省成都雙流區(qū)某大型養(yǎng)豬場(chǎng)實(shí)際豬場(chǎng)沼液作為處理對(duì)象，采用BBD響應(yīng)面法優(yōu)化其關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù),研究HRT、溫度和進(jìn)水ρ(NH4+-N)各影響因素的交互作用，為優(yōu)化CANON工藝脫氮效能提供可靠的試驗(yàn)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置與運(yùn)行方式

注：1—進(jìn)水箱；2—進(jìn)水泵；3—曝氣泵；4—轉(zhuǎn)子流量計(jì)；5—溶解氧儀；6—曝氣盤；7—出水口；8—出水箱；9—聚氨酯海綿填料(填充率約為40%).圖1 試驗(yàn)裝置流程示意Fig.1 Schematic diagram of experiment device

該試驗(yàn)裝置采用合建式連續(xù)流反應(yīng)器(見圖1).反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，有效容積為2 L，反應(yīng)器分為反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)(其體積比為5∶1)，通過擋板隔開且底部連通.反應(yīng)器中添加聚氨酯海綿填料，填料為立方體結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)寬高均約為1 cm，內(nèi)外及表面設(shè)有密集微孔，孔徑范圍為30～50 PPI，比表面積大于5 000 m2/m3，填料填充率約為反應(yīng)器有效容積的40%并懸浮于反應(yīng)器中.反應(yīng)器底部安裝有曝氣盤，將反應(yīng)器置于恒溫水浴鍋內(nèi)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)保持ρ(DO)為(0.2±0.1)mg/L.

CANON反應(yīng)器運(yùn)行的初始參數(shù)：HRT為1.2 d、溫度為35 ℃、進(jìn)水ρ(NH4+-N)為400 mg/L.單因素試驗(yàn)主要考察反應(yīng)器在不同HRT(1.6、1.4、1.2 d)、溫度(41、35、29 ℃)、進(jìn)水ρ(NH4+-N)(300、400、500 mg/L)條件下的運(yùn)行效果.每個(gè)工況分別調(diào)整某一單一因素，考察CANON工藝對(duì)廢水NH4+-N及TN的平均去除率，每個(gè)工況運(yùn)行20 d.

1.2 接種污泥與試驗(yàn)用水

接種污泥為實(shí)驗(yàn)室前期培養(yǎng)的具有氨氧化功能和厭氧氨氧化功能的污泥[15]，接種量約為反應(yīng)器有效容積的40%.試驗(yàn)用水取自成都雙流區(qū)某大型養(yǎng)豬場(chǎng)實(shí)際廢水，同時(shí)添加微量元素，其中微量元素成分為CuCl2·6H2O(0.1 mg/L)、ZnSO4·7H2O(0.1 mg/L)、FeCl3(0.3 mg/L)、H3BO4(0.1 mg/L)、CoCl2(0.1 mg/L)、EDTA(0.1 mg/L)[29].調(diào)節(jié)后的進(jìn)水主要水質(zhì)指標(biāo)如表1所示.

表1 廢水主要水質(zhì)指標(biāo)Table 1 Characteristics of wastewater

1.3 水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)方法

ρ(CODCr)、ρ(NH4+-N)、ρ(NO3--N)、ρ(NO2--N)、ρ(TN)等參考文獻(xiàn)[30]中的方法測(cè)定；ρ(DO)和pH分別采用JPB-607A便攜式溶解氧分析儀(JPB-607A,上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)、pHTestr30型pH計(jì)(pHTestr30，新加坡賽默飛世爾科技實(shí)驗(yàn)室)測(cè)定.

1.4 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

采用BBD(Box-behenken)設(shè)計(jì)的二階模型對(duì)變量的響應(yīng)行為進(jìn)行表征，變量為HRT(x1)、溫度(x2)、進(jìn)水ρ(NH4+-N) (x3)，響應(yīng)值為NH4+-N去除率(y1)和TN去除率(y2)，BBD的二階模型如式(1)所示.

式中，β0、βi、βii、βij分別為截距、一次項(xiàng)系數(shù)、二次項(xiàng)系數(shù)和交互作用系數(shù)，ε為試驗(yàn)殘差.采用Design-Expert 8.0.5軟件設(shè)計(jì)試驗(yàn)，如表2所示.

表2 響應(yīng)面分析的因素與水平Table 2 Factors and levels of response surface analysis

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)

該文主要研究了HRT、溫度和進(jìn)水ρ(NH4+-N)等關(guān)鍵因素對(duì)CANON工藝脫氮效果的影響.結(jié)果表明，當(dāng)HRT分別為1.6、1.4、1.2 d時(shí)，NH4+-N的平均去除率分別為63.65%、80.74%和74.60%，TN的平均去除率分別為53.27%、70.76%和64.26%；當(dāng)溫度分別為41、35、29 ℃時(shí)，NH4+-N的平均去除率分別為67.46%、74.14%和69.9%，TN的平均去除率分別為57.24%、64.61%和60.42%；當(dāng)進(jìn)水ρ(NH4+-N)分別為300、400、500 mg/L時(shí)，NH4+-N的平均去除率分別為49.39%、74.03%和62.91%，TN的平均去除率分別為41.30%、64.30%和54.06%.單因素試驗(yàn)結(jié)果表明，不同運(yùn)行工況下，CANON工藝對(duì)廢水中NH4+-N和TN的去除影響程度不同，因此，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步考察各因素對(duì)NH4+-N和TN去除的交互影響作用、探索NH4+-N和TN去除的最佳工藝條件，采用BBD響應(yīng)面法進(jìn)一步優(yōu)化CANON工藝運(yùn)行條件，探究其處理豬場(chǎng)沼液的脫氮性能.

2.2 CANON工藝處理豬場(chǎng)沼液的響應(yīng)面法試驗(yàn)結(jié)果及方差計(jì)算

根據(jù)Box-Benhken給出的設(shè)計(jì)方案，以NH4+-N去除率為響應(yīng)值y1，TN去除率為響應(yīng)值y2，分析HRT、溫度及進(jìn)水ρ(NH4+-N)對(duì)脫氮效果的影響，取NH4+-N和TN去除率同時(shí)達(dá)到最高的工況條件.表3為響應(yīng)面法設(shè)計(jì)方案結(jié)果，圖2為響應(yīng)面法各工況試驗(yàn)結(jié)果.

表3 響應(yīng)面法設(shè)計(jì)方案結(jié)果Table 3 Results of Box-Behnken design

2.2.1響應(yīng)值為NH4+-N去除率的試驗(yàn)結(jié)果

以NH4+-N去除率為響應(yīng)值建立的二次回歸模型如式(2)所示：

注：14 d 29 ℃ 300 mg/L表示HRT為14 d、溫度為29 ℃、進(jìn)水ρ(NH4+-N)為300 mg/L,其他依次類推.圖2 響應(yīng)面法各工況的試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Results of response surface method under various working conditions

y1=- 879.9 + 711.6x1+9.625x2+1.501 4x3-

248.76x12-0.139 73x22-0.001 656x32+

0.010x1x2-0.085 5x1x3-0.000 142x2x3

(2)

表4給出了響應(yīng)值為NH4+-N去除率的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果.相關(guān)系數(shù)的顯著性可以用顯著性檢驗(yàn)結(jié)果可信程度的遞減指標(biāo)P值來(lái)表示.如表4所示，P<0.001，表明該模型極其顯著；失擬項(xiàng)P值為0.431，多元相關(guān)系數(shù)(R2)為 0.099 86，表明該模型的相關(guān)性好、擬合效果好且試驗(yàn)誤差較??；校正決定系數(shù)(Rad2)為 0.098 7，表明有98.70%響應(yīng)值的變化可以通過該試驗(yàn)方法和結(jié)論建立的模型進(jìn)行解釋.表4中x1、x2、x3、x12、x22、x32和x1x3的P值均小于0.01，表明其對(duì)響應(yīng)值的影響極顯著.由F(x3)>F(x1)>F(x2)可知，各因素對(duì)NH4+-N去除率的影響程度由強(qiáng)到弱依次為進(jìn)水ρ(NH4+-N)>HRT>溫度.綜上，該響應(yīng)面模型是可用的.

表4 響應(yīng)值為NH4+-N去除率的回歸方程方差分析Table 4 Analysis of variance regression equation for response function of NH4+-N removal efficiency

2.2.2響應(yīng)值為TN去除率的試驗(yàn)結(jié)果

以TN去除率為響應(yīng)值建立的二次回歸模型如式(3)所示：

y2=-924.7+665.5x1+13.817x2+1.488 1x3-

241.01x12-0.190 4x22-0.001 757x32+

0.308x1x2-0.005 1x1x3-0.000 708x2x3

(3)

對(duì)上述回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表5所示，P<0.001，模型的適應(yīng)性極其顯著；失擬項(xiàng)P=0.635(>0.05)為不顯著且多元相關(guān)系數(shù)(R2)為 0.998 0；校正決定系數(shù)(Rad2)為 0.995 7.表5中x1、x2、x3、x12、x22、x32的P值均小于0.01，表示其對(duì)響應(yīng)值的影響極顯著.由F(x3)>F(x1)>F(x2)可知，各因素對(duì)TN去除率的影響程度由強(qiáng)到弱依次為進(jìn)水ρ(NH4+-N)>HRT>溫度.綜上，該BBD響應(yīng)面法是可用的.

表5 響應(yīng)值為TN去除率的回歸方程方差分析Table 5 Analysis of variance regression equation for response function of TN removal efficiency

2.3 響應(yīng)曲面分析及驗(yàn)證

通過Design-Expert 8.0軟件分析響應(yīng)面法的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步考察HRT、溫度和進(jìn)水ρ(NH4+-N)兩兩因素對(duì)于NH4+-N和TN去除率的交互影響.圖3為HRT和溫度對(duì)NH4+-N去除率影響的響應(yīng)曲面圖.由圖3可見：當(dāng)溫度一定時(shí)，NH4+-N去除率隨HRT的增大呈先升后降的趨勢(shì)，HRT為1.4 d左右時(shí)達(dá)到最大；當(dāng)HRT一定時(shí)，NH4+-N去除率隨溫度的升高呈先升后降的趨勢(shì).NH4+-N去除率最高點(diǎn)處于溫度和HRT分別為32～38 ℃和1.3～1.4 d的范圍內(nèi).而當(dāng)溫度和HRT分別為最低和最長(zhǎng)時(shí)，模型中NH4+-N去除率達(dá)到最低.從圖3也可以看出，HRT的坡度較溫度的坡度更陡，曲線越陡因子對(duì)反應(yīng)的影響越大，說明HRT對(duì)NH4+-N去除率的影響更加顯著.

圖3 HRT和溫度對(duì)NH4+-N去除率的影響Fig.3 Effects of the HRT and temperature on NH4+-N removal efficiency

圖4為HRT和進(jìn)水ρ(NH4+-N)對(duì)NH4+-N去除率影響的曲面圖，HRT和進(jìn)水ρ(NH4+-N)的交互作用明顯.由圖4可見：當(dāng)進(jìn)水ρ(NH4+-N)一定時(shí)，NH4+-N去除率隨HRT的增加呈先升后降的趨勢(shì)；當(dāng)HRT一定時(shí)，NH4+-N去除率隨進(jìn)水ρ(NH4+-N)的增加也呈先升后降的趨勢(shì)，且進(jìn)水ρ(NH4+-N)在300～400 mgL范圍內(nèi)其去除率變化較快，同時(shí)注意到，當(dāng)進(jìn)水ρ(NH4+-N)處于低水平時(shí)，HRT高水平較低水平去除率更低，此時(shí)NH4+-N負(fù)荷在整個(gè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)中處于最低水平，該階段發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)有少許異味，可能是較低的NH4+-N負(fù)荷導(dǎo)致微生物沒有足夠的反應(yīng)底物進(jìn)行脫氮過程，反應(yīng)器脫氮效果降低，因此在CANON工藝的運(yùn)行過程中應(yīng)避免過低負(fù)荷的狀況出現(xiàn).當(dāng)進(jìn)水ρ(NH4+-N)處于400～500 mgL范圍內(nèi)NH4+-N去除率變化較為平緩，曲面的頂點(diǎn)即最高去除率落在進(jìn)水ρ(NH4+-N)為400～450 mgL、HRT為1.3～1.4 d范圍內(nèi).

圖4 HRT和進(jìn)水ρ(NH4+-N)對(duì)NH4+-N去除率的影響Fig.4 Effects of the HRT and influent NH4+-N concentration on NH4+-N removal efficiency

圖5為溫度和進(jìn)水ρ(NH4+-N)對(duì)NH4+-N去除率影響的曲面圖.由圖5可見：當(dāng)溫度一定時(shí)，NH4+-N去除率隨進(jìn)水ρ(NH4+-N)的增大呈先升后降的趨勢(shì)，進(jìn)水ρ(NH4+-N)在400～450 mgL時(shí)達(dá)到最高；當(dāng)進(jìn)水ρ(NH4+-N)一定時(shí)，NH4+-N去除率隨溫度的升高呈先升后降的趨勢(shì)，溫度在32～35 ℃時(shí)達(dá)到最高；進(jìn)水ρ(NH4+-N)變化的坡度較溫度變化的坡度更陡，說明進(jìn)水ρ(NH4+-N)對(duì)NH4+-N去除率的影響更加顯著.

圖5 溫度和進(jìn)水ρ(NH4+-N)對(duì)NH4+-N去除率的影響Fig.5 Effects of the influent NH4+-N concentration and temperature on NH4+-N removal efficiency

圖6為溫度和HRT對(duì)TN去除率影響的曲面圖.由圖6可見，曲面圖發(fā)生了明顯彎曲.通過等高線可以判斷HRT較高時(shí)對(duì)TN去除率影響更大，且在HRT高水平時(shí)TN去除率降至曲面圖最低點(diǎn).而溫度上升對(duì)TN去除率的影響呈先升后降的趨勢(shì).當(dāng)溫度為32～35 ℃、HRT為1.3～1.4 d時(shí)，TN去除率達(dá)到最高.

圖6 溫度和HRT對(duì)TN去除率的影響Fig.6 Effects of the HRT and temperature on TN removal efficiency

圖7為HRT和進(jìn)水ρ(NH4+-N)對(duì)TN去除率影響的曲面圖.由圖7可見：HRT一定時(shí)，TN的去除率隨進(jìn)水ρ(NH4+-N)上升呈先升后降趨勢(shì)，在400～450 mgL的范圍內(nèi)達(dá)到最高；進(jìn)水ρ(NH4+-N)一定時(shí)，HRT的變化出現(xiàn)相同的趨勢(shì)，HRT為1.3～1.4 d范圍內(nèi)去除率開始下降.等高線在HRT為1.2～1.3 d、進(jìn)水ρ(NH4+-N)為300～350 mgL時(shí)最密集，表明該處對(duì)TN去除率的影響較大，并且進(jìn)水ρ(NH4+-N)變化的彎曲程度較HRT變化的彎曲程度大，說明進(jìn)水ρ(NH4+-N)對(duì)TN去除率的影響更為顯著.同時(shí)發(fā)現(xiàn)，該模型最低點(diǎn)落在HRT為1.6 d、進(jìn)水ρ(NH4+-N)為300 mgL處，可能是由于該工況下NH4+-N負(fù)荷過低導(dǎo)致微生物缺少足夠的反應(yīng)基質(zhì).而曲面的頂點(diǎn)即最高去除率落在進(jìn)水ρ(NH4+-N)為400～450 mgL、HRT為1.3～1.4 d的范圍內(nèi).

圖7 HRT和進(jìn)水ρ(NH4+-N)對(duì)TN去除率的影響Fig.7 Effects of the HRT and influent NH4+-N concentration on TN removal efficiency

圖8為溫度和進(jìn)水ρ(NH4+-N)對(duì)TN去除率影響的曲面圖.由圖8可見，當(dāng)溫度一定時(shí)，TN去除率隨進(jìn)水ρ(NH4+-N)的上升呈先升后降的趨勢(shì)，并且當(dāng)進(jìn)水ρ(NH4+-N)和溫度都處于低水平時(shí)，TN去除率非常低，這是因?yàn)檩^低的FA (free ammonia,游離氨)濃度和溫度無(wú)法對(duì)NOB(亞硝酸鹽氧化菌)進(jìn)行有效地抑制，導(dǎo)致反應(yīng)器脫氮效果較差.而高溫時(shí)NH4+-N去除率也較低是因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)相關(guān)脫氮菌活性降低.從圖8也可以看出，溫度引起NH4+-N去除率變化的曲線坡度較為平穩(wěn)，當(dāng)進(jìn)水ρ(NH4+-N)較低時(shí)，溫度引起的TN去除率變化在10%以內(nèi)，相反，進(jìn)水ρ(NH4+-N)變化引起的TN去除率變化曲線更陡，表明進(jìn)水ρ(NH4+-N)對(duì)TN去除率的影響更加顯著.當(dāng)進(jìn)水ρ(NH4+-N)為400～450 mgL、溫度為32～35 ℃時(shí)，TN去除率最高.

圖8 溫度和進(jìn)水ρ(NH4+-N)對(duì)TN去除率的影響Fig.8 Effects of the temperature and influent NH4+-N concentration on TN removal efficiency

2.4 最佳脫氮條件的驗(yàn)證

BBD響應(yīng)面法分析結(jié)果表明，在HRT為1.35 d、溫度為34.4 ℃、進(jìn)水ρ(NH4+-N)為415 mg/L的條件下，CANON工藝的脫氮性能達(dá)到最佳，其NH4+-N和TN去除率分別為81.91%和72.12%.因此，反應(yīng)器在最大程度接近理論最優(yōu)運(yùn)行條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，連續(xù)運(yùn)行30 d，其NH4+-N去除率和TN去除率如圖9所示.運(yùn)行期間，反應(yīng)器出水ρ(NH4+-N)平均值達(dá)74.68 mg/L，NH4+-N去除率達(dá)83.05%；出水ρ(TN)平均值達(dá)108.28 mg/L，TN去除率達(dá)73.91%.NH4+-N去除率和TN去除率與模型得到的預(yù)測(cè)值相對(duì)誤差分別為1.3%和3.4%，說明該模型可以真實(shí)地反映各因素對(duì)CANON工藝脫氮性能的影響，證明應(yīng)用BBD響應(yīng)面法優(yōu)化CANON工藝處理豬場(chǎng)沼液的脫氮性能是可行的.

圖9 脫氮條件的驗(yàn)證結(jié)果Fig.9 Verification of denitrification conditions

3 結(jié)論

a) 采用單因素試驗(yàn)對(duì)CANON工藝的脫氮性能進(jìn)行考察，發(fā)現(xiàn)HRT、溫度和進(jìn)水ρ(NH4+-N)對(duì)反應(yīng)器脫氮效率均有顯著影響，各因素對(duì)TN、NH4+-N去除率的影響程度由強(qiáng)到弱依次為進(jìn)水ρ(NH4+-N)>HRT>溫度.

b) 經(jīng)過BBD響應(yīng)面法優(yōu)化的模型極其顯著，獲得最佳脫氮條件為HRT 1.35 d、溫度34.4 ℃、進(jìn)水ρ(NH4+-N) 415 mgL，該條件下模擬出的NH4+-N和TN去除率分別為81.91%和72.12%.

c) 在BBD響應(yīng)面法優(yōu)化后的最優(yōu)條件下運(yùn)行30 d，試驗(yàn)驗(yàn)證CANON工藝NH4+-N和TN的平均去除率分別為83.05%、73.91%，與模型預(yù)測(cè)值較接近，說明試驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)面法優(yōu)化得到的運(yùn)行參數(shù)可信度較高.