污泥沉降过程的宏观空隙率特性分析及在工艺性能评估中的应用

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污水处理属于复杂的动态非线性系统,很多运行过程难以量化,导致实际运行中往往依据经验运行,其中污泥的形态观察特别是观察污泥的沉降过程是污水厂实际运行的重要环节,其絮体形态的变化在一定程度上可以反映污水处理厂的运行状态,但缺少系统有效的方法,对形态的观察、解释及应对策略却因人而异,具有很大的不确定性。因此,如何将污泥形态的观察量化并系统化是我国大量小规模污水处理厂在运行设施保障能力不足的现实条件下有效运行的关键。针对我国污水处理厂依赖经验运行的现状,在传统形态学观察的基础上,利用信息化技术对经验方法进行机理与量化解释。论文工作利用图像分析技术,提出宏观空隙率指标并以此来表征活性污泥与生物活性的研究,实现对污泥性质及生物活性的简单、快速评估,为实现污泥性能快速低成本检测提供技术基础。本研究以污泥沉降过程的图像形态特征为基础,重点分析了宏观空隙率与微观形态、沉淀性能、絮凝吸附性能、沉降压缩性能以及生物活性的新参数的内在联系,得到以下研究结果:(1)沉降初期宏观空隙率与污泥的絮凝性能存在一定的关联性:污泥LB-EPS越多,相对疏水性越差,沉淀性能越差,且沉淀过程形成絮团越小,表现为初始宏观空隙率越大。(2)沉降初期宏观空隙率受絮体微观结构的影响:内部孔隙率较小的污泥,沉降过程所形成的絮团较小,从而导致初始宏观空隙率较大,且在微生物呼吸活性上OURq/OURt较小,吸附性能较差。(3)沉淀30min时的宏观空隙率与污泥沉降压缩性能有关。30min宏观空隙率越大,其污泥压缩沉降过程作用较弱。(4)上述研究结论在实际工程中的AAO工艺和CASS工艺中得到了应用。在AAO与CASS工艺中,初始宏观空隙率与OURq/OURt呈负相关,OURq/OURt与污泥的结构和吸附性能有关,OURq/OURt的值越小污泥结构越紧密,吸附性能越差。当初始宏观空隙率越大污泥的絮凝性能越差形成的絮体越小,絮体内部的孔隙率越小,污泥结构紧密,吸附性能越差,OURq/OURt的值越小。30min宏观空隙率与SVI呈正相关关系,且有很高的相关性,30min宏观空隙率越大沉降性能越差。30min宏观空隙率与OURc/OURt呈正相关,即污泥系统中反硝化作用越强30min宏观空隙率越大。
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