A2/O工艺中好氧污泥絮体的分形结构与理化特征分析

采用图像法和沉降柱法分别研究了A²/O工艺中好氧污泥絮体的形貌、粒度分布、低维分形维数和沉降速率、有效密度、空隙率以及质量分形维数,并尝试探讨了上述相关性质与这些污泥宏观操作性质(沉降、压缩、脱水和稳定性)相关的各种理化指标以及胞外高分子物质(EPS)的含量之间的变化关系.结果表明,污泥絮体呈现不规则的形貌,表面具有空隙.其有效密度一般随着其粒径的增加而降低,而空隙率和沉降速率却呈现与有效密度相反的变化趋势,这些均表明了污泥絮体的分形结构的存在.2次所采集的污泥絮体的中位直径分别为248.81、 332.86 μm,有效密度的平均值分别为0.004 0、 0.007 2 g·cm^-3,自由沉降速率的平均值分别为2.67、 4.79　mm·s^-1,空隙率的平均值分别为0.94、 0.89,一维分形维数分别为1.03、 1.19,二维分形维数分别为1.64、 1.84,采用基于Logan经验公式的有效密度-最大直径的双对数关系确定的质量分形维数分别为1.74、 2.29.尽管第2次所采集的污泥絮体较为密实,但其表面粗糙程度却比第1次的低.此外,研究中发现絮凝能力较高或负电荷较高的A²/O好氧污泥絮体具有高的SVI和ZSV值;分形维数较低的污泥具有高的剪切敏感性和低絮体强度,相应的污泥稳定性低;EPS总量高的污泥脱水性能差,EPS中蛋白质含量高的污泥其表面电荷也较高.     

聚合氯化铁-腐殖酸(PFC-HA)絮体的不同拓扑空间下分形维数的研究

通过对PFC混凝去除水中HA过程中所形成的PFC-HA絮体的研究结果表明,原水pH分另4为9.0、7.0和5.0时,最佳投药量下形成的絮体的平均沉降速度之间的比值为1.17:1.00:0.49,而且所有絮体的水平投影方向的平均直径与垂直投影方向的平均直径的比值均接近0.85.结合Logan公式和有效密度-长轴的双对数关系计算出的絮体三维空间的分形维数Df较为可靠,在本试验中3种pH的原水下形成的PFC-HA絮体的Df均小于2.0.絮体沉降速度的变化是质量分形维数Df、有效密度和粒径等因素的变化综合影响结果,因此,絮体的Df、有效密度各自的变化趋势有可能与沉降速度的不一致.原水pH=7.0时絮体的Df稍大于原水pH=9.0时絮体的Df,但比原水pH=5.0时絮体的Df大11.73%.可见,与原水pH=9.0时形成的絮体相比,原水pH=7.0时形成了稍微密实的小絮体,但原水pH=5.0时却形成了较为疏松的、很小的絮体.在本试验的图像分辨率下,PFC-HA絮体在一维拓扑空间下的分形维数D1比较低,一般都低于1.10.基于投影面积-长轴关系计算的二维拓扑空间的分形维数D2变化趋势为样品3稍大于样品2,样品1最小;然而基于投影面积一周长计算的二维拓扑空间的分形维数D2却呈现不同的变化趋势.另外,尽管PFC-HA絮体的Df小于2,但其与基于投影面积-长轴关系计算的二维拓扑空间的分形维数D2不相等,不符合Meakin的结论,这与本试验中CCD相机的分辨率和絮体样本数量有关.     

活性污泥絮体粒径分布与分形维数的影响因素

絮体粒径分布和分形维数是活性污泥的重要参数.应用激光粒度仪测量了好氧活性污泥絮体在絮凝过程的粒径分布,研究了速度梯度、VSS/SS、EPS含量及Zeta电位对絮体粒径分布的影响.结果表明,絮体平均粒径与速度梯度显著负相关(R2>0.80),与Kolmogorov尺度数量级基本相当,其间差异性与污泥VSS/SS、絮体强度等有关;相同的速度梯度下,絮体平均粒径与VSS/SS或EPS含量显著正相关(R2>0.85),与Zeta电位负相关.有机质和EPS在活性污泥絮凝中作用明显,会增强絮体强度,提升絮凝效果;EPS中蛋白质比多糖对絮凝的促进作用更明显.基于显微图像分析方法,得到了好氧活性污泥絮体二维分形维数为1.28~1.72,三维分形维数为1.70~2.69.絮体分形维数随VSS/SS或EPS含量的增加而减小;对于相同的活性污泥,絮体三维分形维数随粒径增大而减小,符合幂函数关系式.     

石油类物质环己烷对活性污泥沉降性能的影响

炼油废水中石油类物质容易影响活性污泥沉降性能、干扰处理效果.为了定量分析石油类物质对活性污泥沉降性能的影响,采用定量图像分析技术,通过图像采集、图像处理、图像分析和数据处理流程,考察了不同浓度环己烷影响下活性污泥絮体微观参数变化情况及参数间的相关性,并分析了微观参数与宏观参数[SV（污泥沉降比）、SVI（污泥容积指数）和MLSS（污泥浓度）]间的相关性.结果表明:①絮体微观参数值随环己烷投加浓度的变化规律具有明显的分组现象,同组参数间相关性强,可据此将参数分为大小类、规则性类和密实性类.②环己烷在低于1 g/L浓度条件下使活性污泥沉降体积增大,此时密实性参数与环己烷投加浓度、SV和SVI分别具有一定相关性.③环己烷投加浓度≥ 1 g/L时会导致污泥上浮流失,此时大小类和规则性类参数均分别与SV和MLSS具有一定相关性,其中,孔率与环己烷投加浓度呈负相关（R2为0.91）,分形维数与SV和MLSS分别呈负相关（R2分别为0.75和0.89）.研究显示,利用定量图像分析技术检测孔率和分形维数等污泥絮体微观参数,能够反映石油类物质对活性污泥沉降性能的影响,当孔率降至0.98以下预示着污泥流失,并且分形维数越大,流失越严重.      

厌氧折流板反应器(ABR)中成熟颗粒污泥的分形分析

研究了ABR反应器启动成功后成熟颗粒污泥的物理性质和不同拓扑空间下的分形维数.结果表明,在反应器启动成功后,各格室中形成了平均粒径为1.70～2.70 mm、边界较为清晰的黑色颗粒污泥.它们的SVI值为25～35 mL·g-1,有效密度主要集中在1.02g·mL-1以下,自由沉降速率主要集中在14.40～86.40m·h-1之间.在它们的等速自由沉降的过程中,第2格室到第5格室中颗粒污泥水平方向的投影平均直径与垂直投影方向上平均直径的比值接近0.73,而第1格室的这一比值却为0.83.依据沉降速率-当量圆直径的双对数图计算出的各格室中颗粒污泥的质量分形维数Df处于2.097～2.801之间,大小顺序为第5格＞第3格＞第2格≥第1格＞第4格,表明第5格室中形成的颗粒污泥较为密实,而第4格室的密实程度最小,但密实的颗粒污泥并不一定意味着较高的平均沉降速率.此外,依据投影法计算出的ABR各格室中颗粒污泥在低维拓扑空间下的几种分形维数之间的关系与其理论公式之间的关系相符,其中二维拓扑空间的分形维数为1.69～1.84(投影面积-长轴),大小顺序为第3格室＞第1格室＞第5格室＞第4格室＞第2格室,这些D2不等于2,即不符合Meakin的结论.一维拓扑空间下的分形维数在0.99～1.03之间,各格室之间差异不大,表明颗粒污泥的边界不规则程度小.     

油田废水处理中絮体/气泡的形态及分形特征

文章采用絮体分形理论,阐述了电絮凝处理油田含聚压裂返排废水中形成的絮体颗粒、产生微气泡的形态变化和分形成长特征,研究了废水停留时间对其形成及变化的影响,用分形维数表征了废水停留时间对絮体和气泡的影响及变化规律。结果表明,处理过程中产生的絮体颗粒和微气泡形态与其分形维数、当量直径变化具有良好的正相关性,与废水浊度呈负相关性,絮体分形维数D_f值达到1.906后稳定变化小,絮体颗粒聚集更加紧实、易于沉降,气泡的分形维数基本不随时间变化,D_f在2.0小幅振荡波动,其当量圆直径为39.31～44.74μm;在体系中产生均匀的微气浮,加快了絮体快速聚集分离的效果,处理废水21 min时浊度降为18.3 NTU。     

微絮凝对腐殖酸超滤过程膜污染的减缓特性

以硫酸铝[Al_2(SO_4)_3·18H_2O]为絮凝剂,腐殖酸(humic acid,HA)和高岭土(Kaolin)水溶液为原水,研究微絮凝过程产生的不同絮体形态,对自制聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜过滤过程的影响.主要考察了微絮凝过程中絮体的特性(粒径大小及分布,分形维数)以及不同条件下形成的絮体形态对膜通量的影响,利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对污染膜的表面形貌进行表征,并测定了PVDF膜与有机污染物之间黏附力大小,来解析不同絮体形态对超滤膜的膜污染影响机制.结果表明,Al~(3+)以电性中和作用水解去除有机物,随着絮凝剂投加量的增加,絮体粒径不断增大,絮体的分形维数减小.膜通量衰减速率与絮体的粒径呈负相关,絮体粒径越大,膜通量衰减速率越小,超滤过程中形成的滤饼层越疏松,同时,较小分形维数的絮体引起的膜污染较轻,其膜通量恢复率也较高.PVDF-有机污染物之间的相互作用力大小与运行初期相应污染膜通量衰减速率呈正相关.当Al~(3+)投加量为5 mg·L~(-1),初始pH=7时,HA去除率为96.7%,膜通量衰减最小,通量恢复率达到88%.     

絮体分形结构对沉淀速度影响研究

利用基于微天平的质量-粒径法和基于改进粒子图像测速技术的自由沉淀法对高岭土、腐殖酸絮体的分形结构进行了研究.结果表明,质量-粒径法得到的铁盐絮体三维分形维数为2.14~2.28,明显大于铝盐絮体的1.75~1.83,铁盐絮体结构更为致密,而铝、铁-腐殖酸絮体比相应的高岭土絮体分形维数要小.絮体分形维数与沉淀速度具有良好的对应关系,分形维数越大,絮体沉淀速度越大.质量粒径法与自由沉淀法求出的絮体分形维数相吻合,分形絮体沉淀速度不再满足Stokes沉淀速度公式.     

聚合氯化铁-腐殖酸(PFC-HA)絮体的粒度和分形维数的动态变化

通过采集PFC-HA絮体的单个样品和拍摄它们的二维图像,研究了在不同混凝条件下絮体的粒度和分形维数的变化.结果表明,原水pH的下降滞后了PFC-HA絮体的出现.原水pH≥7.0时,随着投药量的增加,PFC-HA絮体的分形维数D2(lgA-lgdL)和D3(lgV1-lgdL)随之降低,表明絮体的结构越来越疏松;而原水pH=5.0时,PFC-HA絮体的分形维数存在波动.在PFC的最佳投药量时,水力条件的优化可以提高HA的去除效果,但随着原水pH的下降,HA去除效果的提高程度也随之减小.在最佳水力条件下,PFC-HA絮体的粒度为数百微米,其分形维数值较大,表明絮体的结构较为密实.此外,PFC-HA絮体的粒度分布具有(类)分形特征,最佳水力条件下正的D.值表明絮体的粒度分布趋向平稳.在整个混凝搅拌过程中,PFC-HA絮体的分形维数的变化是与混凝的溶液化学条件、搅拌时间和分形维数类型有关,其D2具有先上升后下降的趋势,这一过程中絮体结构先趋向密实,然后趋向疏松.而且慢速搅拌过程中絮体的尺度也是先增加后下降.     

活性污泥的理化性质与絮凝调理投药量的关系

采用烧杯试验研究了活性污泥理化性质与絮凝调理投药量的关系,分析了活性污泥离心上清液黏度及其中胶体的Zeta电位和表面电荷密度、污泥絮体的粒度、分形维数和强度等理化性质指标随调理絮凝剂(CPAM,CZ-8698)投药量的变化规律,探讨了这些指标在确定絮凝调理最佳投药量方面的差异.结果表明,CZ-8698的投药量对污泥的脱水性能和理化性质均可产生明显的影响,基于毛细吸水时间(CST)、污泥比阻(SRF)确定的活性污泥絮凝调理的最佳投药量范围为4.28～7.13g.kg-1,对应的CST与SRF值分别为(12.62±1.39)s、0.56×1012m.kg-1.在此最佳投药量区间,污泥离心上清液中胶体的Zeta电位与表面电荷密度均由负值变为正值,污泥絮体的分形维数分别为1.09(一维)和1.51(二维),其表面不规则程度最低、结构较为密实;污泥絮体的粒径随着絮凝剂投药量的增加持续增大到mm尺度,但其强度在投药量高于4.60 g.kg-1以后逐渐趋于稳定.此外,当絮凝剂投药量低于上述最佳范围时,污泥离心上清液的黏度已经达到了最小值(1.24±0.04)mPa.s.     

好氧及厌氧固定化微生物处理能力的比较研究

以聚乙烯醇（ＰＶＡ）为包埋剂,分别包埋固定活性污泥及厌氧污泥进行了对废水中有机物的好氧及厌氧降解试验,比较了固定化及未固定的污泥,固定化活性及厌氧污泥对废水处理力。结果表明,固定化污泥的容积负荷是未固定的污泥的１．３－２．１倍,在试验条例上,固定化厌氧污泥与自由厌氧污泥的容积负荷比（２．１３）明显高于固定化活性污泥下自由活性污泥的比值（１．３０－１．５４）。综合污泥负荷及单位污泥产气量,说明固定化     

超声波预处理对污泥干燥特性的影响

城市污泥的高含水率对其处理处置带来了各种不便.超声波由于功率大、穿透能力强、可引起空化作用等特性而在污泥干燥方面具有独特的优势.针对超声波对污泥干燥特性的影响进行实验研究,通过污泥干燥实验研究了超声处理时间、超声波功率、超声水温和干燥温度4种因素对污泥干燥特性的影响.结果表明,超声处理能够加速污泥表面自由水分蒸发和快速结束平稳干燥阶段,有效提高污泥干燥效率;超声处理对污泥干燥特性的改善随超声波功率(100~250 W)、超声水温和干燥温度的升高而更加明显.在低温105℃下干燥时,短时间的超声处理3 min对污泥干燥特性的改善效果最好.超声处理对污泥干燥整体效率的提高使其有望成为污泥低成本干化的有效方法,并为污泥干燥工艺的优化提供参考.     

铝絮凝剂对活性污泥中微生物活性影响研究

研究了铝絮凝剂对活性污泥中微生物活性影响 ,结果表明 ,在投加量较高时 ,游离态的Al3+对活性污泥的影响高于聚合态的铝。随着絮凝剂与活性污泥接触时间的增长 ,抑制作用增大。但随着活性污泥浓度的提高 ,微生物的耐受力有所增强 ,即活性污泥对铝絮凝剂有一定的适应性。二次暴露实验的结果还表明 ,铝絮凝剂对活性污泥的影响是非急性的。     

两种接种污泥在MBR中培养好氧颗粒污泥的研究

实验考察两种接种污泥——絮状活性污泥和厌氧颗粒在膜生物反应器(MBR)中培养好氧颗粒污泥过程中理化特性的差异,实验结果表明:好氧颗粒污泥均以丝状菌交织构成网状框架结构,球菌、杆菌穿插其间,并且外围附着一些原、后生动物;由厌氧颗粒污泥形成的好氧颗粒表面结构比由絮状污泥形成的好氧颗粒污泥表面结构更加规则致密。由絮状污泥和厌氧颗粒污泥培养成熟的好氧颗粒污泥平均粒径分别为1.3mm和1.5mm,它们的粒径比较接近,但都小于厌氧颗粒污泥。两种好氧颗粒污泥的SVI值75mL/g,沉降速度都随粒径的增大而增大,范围为25～89m/h,都具有良好的沉降性能。两种接种污泥在MBR反应器中培养好氧颗粒污泥的过程中,MLVSS的增殖率均先为负值,然后逐渐上升变成正值,并且在好氧颗粒成熟后稳定在一定的水平。     

Moisture distribution in sludges based on different testing methods

Moisture distributions in municipal sewage sludge, printing and dyeing sludge and paper mill sludge were experimentally studied based on four different methods, i.e., drying test, thermogravimetric-differential thermal analysis (TG-DTA) test, thermogravimetricdifferential scanning calorimetry (TG-DSC) test and water activity test. The results indicated that the moistures in the mechanically dewatered sludges were interstitial water, surface water and bound water. The interstitial water accounted for more than 50% wet basis (wb) of the total moisture content. The bond strength of sludge moisture increased with decreasing moisture content, especially when the moisture content was lower than 50% wb. Furthermore, the comparison among the four different testing methods was presented.The drying test was advantaged by its ability to quantify free water, interstitial water, surface water and bound water; while TG-DSC test, TG-DTA test and water activity test were capable of determining the bond strength of moisture in sludge. It was found that the results from TG-DSC and TG-DTA test are more persuasive than water activity test.     

Moisture distribution in sludges based on di erent testing methods

Moisture distributions in municipal sewage sludge, printing and dyeing sludge and paper mill sludge were experimentally studied based on four di erent methods, i.e., drying test, thermogravimetric-di erential thermal analysis (TG-DTA) test, thermogravimetricdi erential scanning calorimetry (TG-DSC) test and water activity test. The results indicated that the moistures in the mechanically dewatered sludges were interstitial water, surface water and bound water. The interstitial water accounted for more than 50% wet basis (wb) of the total moisture content. The bond strength of sludge moisture increased with decreasing moisture content, especially when the moisture content was lower than 50% wb. Furthermore, the comparison among the four di erent testing methods was presented. The drying test was advantaged by its ability to quantify free water, interstitial water, surface water and bound water; while TG-DSC test, TG-DTA test and water activity test were capable of determining the bond strength of moisture in sludge. It was found that the results from TG-DSC and TG-DTA test are more persuasive than water activity test.     

游离氨(FA)协同曝气时间对活性污泥沉降性能的影响

采用3个序批式反应器(SBR)(R0:硝化结束时停曝气;R_(0-30):硝化结束提前30 min停曝气;R_(0+30):硝化结束延迟30 min停曝气),控制3种游离氨(FA)浓度梯度(0.5,5.1,10.1 mg/L)协同3种曝气时间(t0:硝化结束时停曝气;t0-30:硝化结束提前30 min停曝气;t0+30:硝化结束延迟30 min停曝气)的条件下,研究了FA协同曝气时间对活性污泥沉降性能的影响。结果表明:整个试验过程,在初始FA浓度相同条件下,R0和R_(0+30)系统NH+4-N平均去除率分别为98.6%和99.3%,而R_(0-30)系统NH+4-N平均去除率仅为72.3%。在较低FA浓度(0.5,5.1 mg/L)条件下,随着曝气时间增加,活性污泥的污泥沉降比(SV30)值和污泥体积指数(SVI)值均逐渐降低,污泥沉降性能趋好。在较高FA浓度(10.1 mg/L)条件下,随着运行周期的增加,污泥沉降性能逐步变好,R_(0-30)系统的SVI平均值最大,R_(0+30)系统次之,R0系统最小,其值分别为165.1,152.5,134.5 m L/g,且污泥活性f平均值大小顺序fR_(0-30)>fR0>fR_(0+30),其值分别为0.77、0.70和0.65。这表明在较高FA浓度(10.1 mg/L)条件下,曝气时间延长,导致污泥活性降低。     

好氧-沉淀-厌氧工艺剩余污泥减量性能和机理研究

探讨了污泥衰减、能量解偶联、低污泥产率厌氧反应对OSA工艺污泥减量作用的影响.结果表明,污泥衰减是由微生物死亡及吸附于污泥表面的颗粒有机物水解酸化和微生物内源代谢2部分组成.间歇试验污泥厌氧过程中,上清液SCOD、NH 4-N、TP浓度均随厌氧时间逐渐升高,OSA污泥厌氧16 h后溶解性蛋白质高达33.09 mg/L,上升幅度高于多糖浓度的变化,证实了污泥水解现象.OSA污泥内源SOUR可达8 mg/(g·h),是CAS污泥内源SOUR的1.7倍以上,说明OSA系统中较高的内源代谢促使污泥减量.污泥衰减是OSA工艺污泥减量的决定性原因,可占OSA污泥减量效果的66.7%左右.间歇实验证实了OSA系统由于厌氧一好氧耦合环境,存在能量解偶联现象,但由于这种作用引发的污泥减量仅占7.5%左右.OSA工艺污泥厌氧池释放的SCOD作为缺氧反硝化、厌氧释磷、硫酸盐还原及产甲烷的二次基质,由于这些厌氧反应污泥产率低于好氧代谢,使得系统污泥产率下降,约有23.5%的污泥减量是源于这种因素.OSA污泥减量是由多方面因素综合作用的结果.     

不同形状污泥干燥特性的差异性及其成因分析

通过对100~300℃恒速干燥条件下饼状污泥和球状污泥的失重速率、干基质量变化的测定,系统分析了不同形状污泥干燥特性的差异及造成这种差异的原因.结果表明,饼状污泥在干燥过程中会产生裂缝,并分裂成若干小块,而球状污泥仅仅会产生体积收缩,形状并未发生变化.由于表观形态变化的差异,导致了污泥干燥过程的差异,饼状污泥的干燥过程分为升速和降速2个阶段,而球状污泥的干燥过程则分为升速、恒速和降速3个阶段;饼状污泥的平均干燥速率大于球状污泥.在150℃以上干燥时,饼状污泥的有机物在水分蒸发的同时即开始分解,而球状污泥则在水分蒸发完后才开始发生有机物分解.     

化学解偶联剂对污泥产率的比较研究

研究比较了8种化学物质--邻氯苯酚 (oCP),间氯苯酚 (mCP),2,4-二氯苯酚 (DCP), 2,4,5-三氯苯酚 (TCP),对硝基苯酚 (pNP),间硝基苯酚 (mNP),2,4-二硝基苯酚 (DNP)和3,3',4',5-四氯水杨酰苯胺(TCS)对污泥产率的影响.结果表明:8种化学物质都能有效地控制污泥产率,均可以做为解偶联剂.硝基酚类化合物比氯酚类化合物的污泥减量化效果要好,DNP和pNP的污泥减量化效果最好,分别达到89.16% 和83.77%.解偶联剂效果的差异与其酸性大小有关,其pK_a越低,污泥的减量化效果越好.随着解偶联剂质量浓度的升高,污泥产率逐渐减小. 解偶联剂质量浓度固定不变时,随着污泥质量浓度的升高,污泥产率逐渐提高.高污泥浓度将弱化解偶联剂的效果,因此建议采用比解偶联剂浓度(解偶联剂质量浓度/污泥质量浓度)来选择解偶联剂.