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.     

好氧污泥絮体与厌氧颗粒污泥的剪切稳定性分析

通过标准的剪切实验装置检测了好氧污泥絮体和厌氧颗粒污泥在不同剪切条件下剥离的分散胶体浓度的变化.结果表明,厌氧颗粒污泥的剪切敏感性(KSS)比好氧活性污泥高1个数量级,证明了好氧活性污泥的剪切稳定性更好.好氧活性污泥絮体在剪切下剥离的分散胶体平衡浓度(md,∞)分别随着污泥悬浊液的固体浓度(mT)和剪切强度(G)的增加而增加.AE模型的模拟结果显示,好氧活性污泥絮体样品1在剪切作用下粘附-剥离的平衡常数(Km)比样品2的高,相应的DG0adh/RT值更小,证明其在剪切作用下的粘附过程更易发生.修正AE模型可以更好地模拟不同剪切强度下污泥絮体上分散胶体的剥离过程,其不仅能够给出未施加剪切的稳定状态时因布朗运动而导致的分散胶体浓度,而且能确定与污泥絮体上分散胶体的剥离能量相关的DH/R值.模拟结果表明,好氧活性污泥絮体样品1上分散胶体的剥离需要更多的能量,剪切强度的升高对样品2的影响更加明显.活性污泥剪切稳定性的差异证明了其与污泥结构、性质以及污水处理厂运行效果之间的关系比较复杂.     

活性污泥絮体的分形结构分析

通过小角光散射(small-angle light scattering,SALS)实验确定出活性污泥絮体的分形区域,对絮体粒径分布进行了拟合分析,采用原子力显微镜(AFM)和激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)对絮体在不同尺度下的形貌进行了观测.结果显示,污泥絮体是由一系列的絮团结合而成,絮体表面凹凸不平,有各种"孔洞","缝隙",絮体内部存在一系列的孔隙.较大尺度的絮体同时存在多种孔道结构,构成絮体中营养物和水流的运输通道;污泥絮体在0.5～50μm之间具有明显的分形结构,表明活性污泥絮体在较小的粒径时已经具有一定的分形特征,活性污泥的粒度分布属于Gamma分布方式,证明污泥絮体的成长过程是一种絮团-絮团的凝聚过程.     

连续流CSTR反应器中好氧污泥的颗粒化及其特性

采用连续流完全混合反应器(CSTR)对好氧污泥的颗粒化进行试验研究。以乙酸盐作为碳源、由营养和微量元素配制的人工配水作原水(COD=150~500 mg/L、pH=6~7)、以污水处理厂活性污泥接种,在常温(25~30℃)条件下,经过20多天的运行,培养出外观为淡黄色、颗粒粒径为1~5 mm(平均为2~3 mm)的好氧颗粒污泥。污泥颗粒化过程由EPS作用下的自絮凝、大量丝状菌的缠裹及细颗粒间的黏附结合等作用产生,经过絮凝核的形成、絮凝核的黏附、颗粒的形成和颗粒的成熟等几个阶段。反应器运行稳定高效,在水力停留时间为2.82 h、COD有机负荷为4.24 kg/(m3.d)的条件下,COD、NH4+-N和PO43--P的去除率分别为85%~90%、90%和50%~70%。颗粒污泥具有极好的沉降性能,沉降速度达30~58 m/h。     

好氧消化污泥减量技术工艺参数研究

为研究不同溶解氧（DO）下细胞自溶过程对城市生活污水处理厂生化污泥减量效果的影响,实验通过控制污泥DO值分别为4.0、4.5、5.0、5.5、6.0 mg/L进行污泥好氧消化实验,并以MLSS、TN、TP的变化情况来表征污泥减量效果,结果表明：当DO值为6 mg/L和5.5 mg/L时,曝气作用时间大于5 d时,污泥减少量分别达59.0%和53.0%,减量效果十分显著。同时对污泥上清液TN、TP的考察表明,在污泥减量的同时应注意解决尾水的处理问题。     

絮体性能及其工艺调控的研究与进展

絮体结构和强度特征是絮凝过程的重要参数.在简要回顾絮体分形结构研究的基础上,对絮体结构与强度的测定方法、絮体结构形成的影响因素及其工艺调控的研究进展进行了概括性介绍.结合部分实验研究,着重讨论了水力条件对于絮体性能的影响和絮体重组、历史的演化机理,结果表明,逐步增强的水力剪切条件有助于改善絮体的结构和强度.     

体积溶氧传递系数在好氧颗粒污泥系统中的变化特性初步分析

取成熟的好氧颗粒污泥,在同一测试装置中采用相同的曝气条件进行体积溶氧传递系数(kLa)的测试,当传统活性污泥和成熟好氧颗粒污泥浓度MLSS为2 000、4 000、6 000、8 000 mg·L-1时,其kLa(min-1)值分别为0.586 1±0.009 5、0.586 1±0.027 2、0.555 6±0.016 8、0.533 8±0.026 8和0.645 5±0.027 6、0.632 0±0.075 5、0.618 5±0.062 5、0.640 6±0.055 5,表明颗粒污泥kLa值高于同浓度条件下的絮体污泥,且随浓度增加,絮体污泥氧传递效率下降而颗粒污泥无明显变化.对好氧颗粒污泥进行筛分后,大颗粒和小颗粒在污泥浓度相同、体积相同、表面积相同以及个数相同的情况下二者的kLa值均无明显差别,由此可以推断,这些因素对好氧颗粒污泥kLa的影响可以忽略.研究结果对于污水处理厂节能运行具有一定的参考价值.     

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.     

絮凝过程中絮体生长的多重分形行为

为了研究絮体在絮凝过程中生长的多重分形行为,对用PFS(聚合硫酸铁)处理高岭土原水时混凝过程中絮体生长段的絮体图像进行采集和分析;分析图像多重分形谱及其特征参数行进趋势,而且针对絮体生长规律着重对絮体形态及其分布的演变情况进行了定量化描述.结果表明,随着絮体生长的进行,多重分形谱图的形态由左钩状逐渐转变为右钩状,描述絮体分布均匀性的多重分形谱谱宽Δα由50 s时的1.0213逐渐增大至250 s时的1.3659,Δf(α)的数值大小由于大概率和小概率絮体主导地位的改变而由负转正,f(α)max所表示的简单分形维数由1.9995逐渐降至1.7762.     

不同水力条件下悬浮液絮体分形结构的研究

利用计算机MATLAB软件,在高浓度悬浮液混凝试验的基础上对选煤废水混凝过程中不同水力条件(搅拌速度和搅拌时间)下所拍摄的显微镜絮体图片进行处理,计算其分形维数,从而分析研究不同水力条件下所形成的絮体结构与对应的絮体平均沉降速度及处理出水浊度的关系。试验结果表明,在混凝剂加入的初始阶段,当搅拌速度v1为250r/min、搅拌时间t1为10s时,絮体结构最密实且接近球体,分形维数最大(Df=1.961 6),此时絮体沉降速度最快,混凝沉降效果最好,出水浊度可达170NTU。     

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.     

活性污泥胞外聚合物(EPS)的分层组分及其理化性质的变化特征研究

针对活性污泥的胞外聚合物(EPS),采用阳离子交换树脂(CER)法和离心/超声波法对总EPS和分层EPS(由外至内依次为slime,LB-EPS,TB-EPS)分别进行提取,测定EPS中多糖(PS)、蛋白质(PN)和DNA的含量,并对各EPS溶液的理化特性随溶液条件的变化特征进行了探讨.结果表明,EPS的化学组分(PS、PN和DNA)在TB-EPS层中含量最高,其亲水性组分的含量高于疏水性组分,但PN的疏水比高于PS.各层EPS中PS/PN的值对其Zeta电位和等电点有重要的影响.其中,PS/PN越高,各层EPS的Zeta电位越小,分层EPS的等电点越高.各种EPS溶液pH的增加导致其Zeta电位基本呈下降趋势,对应的等电点分别为pH总EPS=2.9、pHslime=2.2、pHLB-EPS=2.3、pHTB-EPS=1.3.离子强度的增加可以导致EPS溶液的电导率呈直线上升,对应的Zeta电位却迅速增加然后趋于稳定,但并未出现电位逆转现象.此外,升高温度(<40℃)可以降低各种EPS溶液的表观黏度,并在40～60℃之间时逐渐趋于稳定.     

不同碳源培养的成熟好氧颗粒污泥的分形表征

为了表征不同碳源培养的好氧颗粒污泥的密实以及规则程度,试验利用不同碳源培养的成熟好氧颗粒污泥SEM照片,采用Photoshop、Fips2对图形进行处理并且对图像进行分形计盒维数的计算.其中,1号(葡萄糖膨胀颗粒)好氧颗粒的计盒维数最低,达到1.794±0.011,3号(蛋白胨颗粒)与5号(生活污水颗粒)的分形维数较高,达到了1.866±0.018和1.880±0.015,较为致密.不同碳源培养的好氧颗粒污泥的边界计盒维数主要分布在1.14左右,其中6号(啤酒颗粒)的形状较为规则,计盒维数达到1.115±0.003,7号(垃圾渗滤液颗粒)污泥的形状最不规则.结果表明,利用二维分形维数能够较好地表征、区分不同好氧颗粒污泥的密实程度、规则程度,并且能够表征好氧颗粒污泥的状态,如膨胀等.分形表征一定程度上弥补其他现有表征好氧颗粒污泥的理化特性方法的缺陷,为研究好氧颗粒污泥的组成、结构及物化特征的关系提供重要依据.     

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.     

好氧颗粒活性污泥的培养及理化特性研究

研究厌氧－好氧交替工艺中好氧颗粒活性污泥的培养和理化特性,在普通好氧曝气条件下,反应顺内培养出了好氧颗粒活性污泥,颗粒直径０．５－１．５ｍｍ,比重１．００７左右,含水率９７－９８％,ＭＬＳＳ４．０４－６．８８％ｇ／Ｌ,ＳＶ１２０－４５ｍｌ／ｇ,一般约３０ｍｌ／ｇ,颗粒污泥受阻沉降层的均匀沉降速度ｖｓ约２．１５ｃｍ／ｍｉｎ,临界浓度时沉降速度值ｖ２约０．３５ｃｍｉｎ,颗粒污泥的耗氧速率ＯＵＲＷ１．２     

膜生物反应器与传统活性污泥反应器内生物群落特征

采用膜生物反应器(MBR)和传统活性污泥法(CAS)2种反应器处理相同的生活污水,考察了MBR和CAS的运行和生物群落结构及其动态变化.结果表明,MBR对COD和氨氮的去除效率均比CAS高, MBR和CAS出水COD的平均值分别为39.6 mg/L和62.9 mg/L,出水氨氮的平均值分别为6.8 mg/L和14.5 mg/L,可以看出无论是对于有机物还是NH⁺₄-N,MBR的去除效果都比CAS要好.由于MBR的污泥处于大的曝气剪切力、过低的污泥负荷、以及长SRT导致的各种惰性物质积累等环境中,使MBR中污泥的群落及其变化与CAS相比有明显的不同.随着反应器运行时间的增加,DGGE的结果表明MBR的种群数量始终高于CAS, MBR群落相似性系数的变化也比CAS要大很多,在第15、 124、 186和230　d时,MBR的条带数分别是22、 25、 24和20条,而CAS在相应的运行时间时条带数分别为19、 14、 17和20条.MBR污泥与种泥的相似性系数分别是54.1%、 63.7%、 63.9%和66.8%,而CAS污泥与种泥的相似性系数分别是71.8%、 61.4%、 9.1%和65.9%.说明CAS的排泥导致非选择性的微生物流失,同时,也说明MBR的群落具有更好的适应环境因素变化的能力,这是MBR抗冲击负荷能力较强的原因之一.从戴丝系数来看,尽管群落相似性越来越高,但群落始终处于变化状态,说明环境的微小变化（进水水质、环境温度等）都会引起生物群落的变化.     

三氯苯酚对A^2／O工艺污泥产率的影响

应用2,4,5-三氯苯酚（TCP）作为化学解偶联剂投加到A2／O工艺中进行试验,在A^2／O连续流工艺中研究TCP不同投加方式对试验的影响,结果表明：在保持TCP总投加量相同的情况下,采用大剂量一次性投加的污泥减量效果比小剂量分次投加的效果好。即每两天投加240mg TCP,污泥产量比对照下降了67．10％,而每天投加120mg TCP,污泥产量比对照仅下降了35．90％。A^2／O工艺中COD的去除能力有所下降,当一次性投加240mgTCP时,COD的去除率比对照下降了26．80％,但出水氨氮和总氮的浓度未受多大影响,磷的去除率有些下降,SVI有所上升,但是没有严重影响污泥的沉降性能。