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基于图像分析和模糊数学的污泥颗粒化过程综合评价

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基于图像分析和模糊数学的污泥颗粒化过程综合评价

作者：施念合肥工业大学

学位级别：硕士

好氧颗粒污泥由于具有结构密实、沉降性能好、抗冲击负荷能力强等优点,在水处理领域应用广泛。但好氧颗粒污泥的形成与稳定受到多方面因素的影响,系统运行稳定性较差等限制了其在工程上的进一步应用。本文通过运行不同进水有机物浓度的... 详细信息

好氧颗粒污泥由于具有结构密实、沉降性能好、抗冲击负荷能力强等优点,在水处理领域应用广泛。但好氧颗粒污泥的形成与稳定受到多方面因素的影响,系统运行稳定性较差等限制了其在工程上的进一步应用。本文通过运行不同进水有机物浓度的反应器,结合定量图像分析技术,监测颗粒化过程污泥宏观结构、微观形态以及沉降性能等变化;建立以污泥微观形态学参数为自变量、宏观沉降性参数为因变量的偏最小二乘回归预测模型;基于模糊数学理论,结合污泥颗粒化实验数据,建立好氧污泥颗粒化过程的综合评价体系。主要研究成果如下:(1)设置两组进水有机物浓度不同的反应器培养好氧颗粒污泥,在第53天分别形成平均粒径为708.46μm和884.43μm的成熟颗粒污泥,进水有机物浓度的提高促进了形成颗粒污泥粒径的增大。同时,较高的进水有机物浓度易于富集更多的生物量,污泥浓度稳定在4 g/L左右。在胞外聚合物方面,进水有机物浓度的提高促使污泥分泌更多的多糖,污泥亲水性提高,形成颗粒污泥的Zeta电位绝对值相对较高,絮凝能力相对较弱。(2)在宏观反应器运行的基础上,利用定量图像分析技术对颗粒化过程中污泥微观形态进行观察分析,结果表示随着颗粒化的进行,污泥结构趋于密实,形态趋于圆形且边界越来越光滑规则。以污泥微观形态学参数当量直径、圆度、长径比、密实度、形状因子、分形维数为自变量,宏观沉降性能参数SVI、SVI/SVI、比重、沉降速度为因变量建立偏最小二乘回归预测方程,各因变量的预测值与实测值之间具有良好的拟合关系,R分别达到0.968、0.9801、0.9999、0.9881,表明可利用污泥微观形态学参数对宏观沉降性作出较为合理的预测,其中分形维数对SVI和SVI/SVI的预测结果起到最为重要的作用,在对比重的预测方程中,密实度对结果的影响作用最大,对沉降速度的回归预测中,圆度、密实度影响较大。(3)在前述污泥颗粒化宏观反应器运行和微观形态学分析的实验数据基础上,将颗粒化进程中污泥多个性质参数作为评价指标,以R1为实验组,R2为验证组,建立好氧污泥颗粒化过程综合评价体系,将颗粒化过程分为絮体阶段、初始颗粒化阶段、快速颗粒化阶段、完全颗粒化阶段。计算各评价指标的权重系数,得出圆度和长径比对综合评价结果的影响最大,将模型运算结果与R2中各参数的实际变化趋势进行对比,结果表明运用此综合评价体系能够得到客观、合理的颗粒化阶段预测,有助于及时发现系统异常情况,避免污泥膨胀,对维持好氧颗粒污泥系统的稳定性具有重要意义。

关键词：污泥颗粒化形态学定量图像分析模糊综合评价

菌藻系统处理低碳氮比生活污水的污泥颗粒化与脱氮过程

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菌藻系统处理低碳氮比生活污水的污泥颗粒化与脱氮过程

作者：汪瞳哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

我国城镇生活污水处理厂进水水质逐年呈现低碳氮比趋势,常规生物处理工艺渐渐难以满足污水高效脱氮除磷的处理要求。为响应国家碳中和的节能减排目标,课题开展菌藻颗粒污泥技术在低碳氮比生活污水下的应用试验,以实现在不外加碳源的前... 详细信息

我国城镇生活污水处理厂进水水质逐年呈现低碳氮比趋势,常规生物处理工艺渐渐难以满足污水高效脱氮除磷的处理要求。为响应国家碳中和的节能减排目标,课题开展菌藻颗粒污泥技术在低碳氮比生活污水下的应用试验,以实现在不外加碳源的前提下提高生物处理系统的脱氮除磷效率。课题采用活性污泥与混合藻液构建菌藻污泥系统,设计两组对比实验,在模拟生活污水下考察系统的运行效能与稳定性,探究菌藻系统的污泥颗粒化过程与脱氮过程,并研究不同曝气强度和光照强度对上述考察项目的影响,具体研究内容与成果包括:优化了ABGS工艺的反应器设计与运行参数,在菌藻污泥系统颗粒还未完全成熟的阶段,实现了系统对低碳氮比生活污水的有效处理,出水COD、氨氮浓度达到一级A标准,TN浓度达到一级B标准。结果表明,ABGS有着更好的脱氮除磷能力,比普通SBR的脱氮效率提高了10%～11%,除磷效率提高了20%～28%。此外,通过测定系统的污泥浓度与藻类生物量,证明ABGS能实现低碳氮比下的长期稳定运行。测量了菌藻系统的污泥沉降性能和污泥颗粒平均粒径,借助各类显微镜观察污泥颗粒形态,提取并分析污泥胞外聚合物组分,描述了污泥颗粒化过程,探究了不同运行条件对污泥颗粒化进程的影响。结果表明,ABGS的污泥颗粒化水平与速度优于普通AGS,同时期粒径提高了13%以上,且污泥胞外聚合物的浓度更高。分析了菌藻系统单周期内营养物质浓度变化和污泥内细菌宏基因组测序结果,探究了ABGS在低碳源下污水的脱氮过程与脱氮途径。结果表明,随着颗粒化水平提高,ABGS内发生了更多非传统脱氮途径;ABGS内的变形菌门相对丰度更高,因此系统拥有更好的脱氮效果,且污泥系统具有发生传统、短程、全程、同步硝化-反硝化和厌氧氨氧化脱氮途径的微生物条件。课题实现了ABGS在低碳氮比进水条件下的污泥颗粒化与有效稳定运行,为ABGS在低碳源条件下的颗粒化与脱氮过程研究提供技术支持,推动了ABGS的工艺参数改良与其在低碳氮比生活污水处理中的应用。

关键词：菌藻颗粒污泥污泥颗粒化低碳氮比生活污水生物脱氮

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碱度对UASB污泥颗粒化的影响

中国给水排水 2002年第8期18卷 13-16页

作者：曹刚徐向阳冯孝善浙江大学环境工程系浙江杭州310029

碱度对UASB污泥颗粒化的影响表现在两个方面 :一是对颗粒化进程的影响 ;二是对颗粒污泥产甲烷活性 (SMA)的影响。在一定的碱度范围且其他条件一致的情况下 ,进水碱度高的反应器内污泥颗粒化速度快 ,但颗粒污泥的SMA低 ;进水碱度低的反... 详细信息

碱度对UASB污泥颗粒化的影响表现在两个方面 :一是对颗粒化进程的影响 ;二是对颗粒污泥产甲烷活性 (SMA)的影响。在一定的碱度范围且其他条件一致的情况下 ,进水碱度高的反应器内污泥颗粒化速度快 ,但颗粒污泥的SMA低 ;进水碱度低的反应器内污泥颗粒化速度慢 ,但颗粒污泥的SMA高 ,因此可通过调整进水碱度来影响污泥颗粒化进程及污泥的SMA。

关键词： UASB 污泥颗粒化碱度 SMA

SBR加载不同粒径磁性活性炭对其污泥颗粒化进程的影响机制

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环境科学 2017年第11期38卷 4679-4686页

作者：信欣管蕾郭俊元刘洁冯梅余婷婷成都信息工程大学资源环境学院成都610225

在相同序批式活性污泥反应器(SBR)中分别加载1.5 g·L^(-1)的80、140、200、和300目不同粒径的磁性活性炭(反应器编号依次为2、3、4、5号),同时以不投加磁性活性炭的SBR反应器(1号)作为对照组,研究各反应器污泥体积指数(SVI)、粒径分布... 详细信息

在相同序批式活性污泥反应器(SBR)中分别加载1.5 g·L^(-1)的80、140、200、和300目不同粒径的磁性活性炭(反应器编号依次为2、3、4、5号),同时以不投加磁性活性炭的SBR反应器(1号)作为对照组,研究各反应器污泥体积指数(SVI)、粒径分布特征、胞外聚合物(EPS)中胞外蛋白(PN)、胞外多糖(PS)的含量变化规律以及除污性能.结果表明,不同粒径磁性活性炭对污泥颗粒化进程有一定的影响,粒径过大、过小对促进污泥颗粒化进程的强化作用不明显,当磁性活性炭的粒径为140目和200目时,活性污泥很容易以其作为"成核"载体快速形成好氧颗粒污泥,并且形成的颗粒污泥结构紧密,沉降速率快.采用高斯函数分析污泥粒径分布和标准偏差发现,反应器运行的第50 d,3号和4号反应器内污泥平均粒径均达到了780μm以上,明显高于其他反应器,标准偏差分别为318.9μm和362.3μm,两反应器内形成的颗粒污泥粒径较均匀,处理系统较稳定.与此同时,投加不同粒径的磁性活性炭均有利于促进污泥胞外蛋白质PN含量的增加,对胞外多糖PS的含量影响不大;但合适的磁性活性炭粒径(140目和200目)越有利于污泥PN的分泌,颗粒化程度明显的3号和4号反应器的PN/PS比值均高于其他3个反应器.磁性炭基好氧颗粒污泥的形成符合"惰性内核模型".此外,3号、4号反应器对废水TN和TP的去除率分别达到50%和60%以上,均高于其他反应器.

关键词：污泥颗粒化磁性活性炭好氧颗粒污泥粒径

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上流式厌氧污泥床快速启动污泥颗粒化试验

同济大学学报（自然科学版） 2008年第3期36卷 350-355页

作者：杨健王夙张利群同济大学环境科学与工程学院上海200092

采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,处理棉浆粕黑液,并辅以聚合氯化铝(PAC),加速反应器快速启动.经过四个多月的UASB快速启动试验,分析对比投加PAC的试验组和未投加PAC的对照组的反应器运行过程和结果,以及厌氧污泥性质和污泥颗粒化过程... 详细信息

采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,处理棉浆粕黑液,并辅以聚合氯化铝(PAC),加速反应器快速启动.经过四个多月的UASB快速启动试验,分析对比投加PAC的试验组和未投加PAC的对照组的反应器运行过程和结果,以及厌氧污泥性质和污泥颗粒化过程.试验证明,利用UASB工艺处理棉浆粕黑液是有效的,COD去除率可达52%,BOD5去除率可达85%;为加快UASB启动,添加PAC是可行的.添加PAC的反应系统完成了UASB的污泥颗粒化(第119 d),而未投加的反应器污泥颗粒仍处于形成期(第131 d);添加PAC有助于提高系统对抗外界环境变化的抵抗力,缩短对工况变化所需的适应时间;对微生物活性无不良影响.

关键词：上流式厌氧污泥床反应器快速启动污泥颗粒化棉浆粕黑液

稳定ANAMMOX工艺污泥颗粒化及微生物多样性分析

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环境科技 2022年第4期35卷 16-21页

作者：刘人源涂智陈晨彭阳章乘峰陈宏广东自远环保股份有限公司广东梅州514700 长沙理工大学水利与环境工程学院洞庭湖水环境治理与水生态修复湖南省重点实验室湖南长沙410114 长沙民政职业技术学院湖南长沙410004 江西环境工程职业学院江西赣州341002

通过在实验室规模UASB反应器中对稳定ANAMMOX工艺污泥颗粒化过程进行研究。结果表明:随着系统进水氮负荷提升,NH_(4)-N,NO_(2)^(-)-N和TN去除率最高分别达到89.37%,91.85%和83.35%,氮去除负荷提升至3.51 kg/(m^(3)·d),EPS含量显著增加... 详细信息

通过在实验室规模UASB反应器中对稳定ANAMMOX工艺污泥颗粒化过程进行研究。结果表明:随着系统进水氮负荷提升,NH_(4)-N,NO_(2)^(-)-N和TN去除率最高分别达到89.37%,91.85%和83.35%,氮去除负荷提升至3.51 kg/(m^(3)·d),EPS含量显著增加,污泥颗粒化程度明显加强。浮霉菌门的相对丰度由6.65%提高至18.94%,存在Candidatus_Kuenenia和Candidaus_Brocadia 2种ANAMMOX菌。该研究结果可为稳定ANAMMOX工艺污泥颗粒化提供理论指导。

关键词：厌氧氨氧化污泥颗粒化脱氮性能微生物多样性

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好氧污泥颗粒化机理及其影响因素

浙江大学学报（农业与生命科学版） 2006年第2期32卷 200-205页

作者：金仁村郑平胡宝兰浙江大学环境工程系浙江杭州310029

好氧颗粒污泥活性高,沉降性好,是提高生物反应器效能的重要物质.本文结合作者的研究经验和国内外的研究成果,对好氧颗粒污泥的形成机理及其主要影响因素进行了剖析,认为好氧颗粒污泥的形成是一个长期而复杂的微生物生态学过程,好氧颗粒... 详细信息

好氧颗粒污泥活性高,沉降性好,是提高生物反应器效能的重要物质.本文结合作者的研究经验和国内外的研究成果,对好氧颗粒污泥的形成机理及其主要影响因素进行了剖析,认为好氧颗粒污泥的形成是一个长期而复杂的微生物生态学过程,好氧颗粒污泥的形成、发展和成熟过程可分为5个不同的阶段,复杂而有序的食物网是颗粒污泥具有高活性的重要原因.接种污泥、营养成分、环境条件、反应器构型以及运行工况对颗粒污泥的形成和性状具有重大的影响.

关键词：好氧活性污泥污泥颗粒化培育条件

饥饿对厌氧氨氧化污泥颗粒化及污泥形态的影响

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环境工程学报 2019年第11期13卷 2570-2575页

作者：万章弘彭书传岳正波王进合肥工业大学资源与环境工程学院合肥230009

厌氧氨氧化颗粒污泥经过长期保存会逐渐解体成絮状,但目前关于保存后期的饥饿环境对不同形态污泥的影响尚缺乏深入研究。针对该问题,以饥饿15 d颗粒解体后的厌氧氨氧化絮状污泥作为接种污泥,考察了其颗粒化过程及其对于反应器启动和运... 详细信息

厌氧氨氧化颗粒污泥经过长期保存会逐渐解体成絮状,但目前关于保存后期的饥饿环境对不同形态污泥的影响尚缺乏深入研究。针对该问题,以饥饿15 d颗粒解体后的厌氧氨氧化絮状污泥作为接种污泥,考察了其颗粒化过程及其对于反应器启动和运行的影响,同时对比研究了絮状和颗粒状厌氧氨氧化污泥对于饥饿的响应及其活性恢复情况。结果表明:饥饿10 d后补料继续培养3个批次,厌氧氨氧化颗粒污泥反应活性的恢复速率高于絮状污泥;接种厌氧氨氧化絮状污泥80 d左右,反应器中NH^+4-N和NO^-2-N的去除率均达到100%,160 d可以实现污泥的颗粒化。此研究结果可为利用长期保存下的种泥启动厌氧氨氧化反应器提供参考。

关键词：厌氧氨氧化颗粒污泥絮状污泥污泥颗粒化污泥饥饿

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UASB反应器处理饮料废水污泥颗粒化过程

环境工程学报 2017年第5期11卷 2774-2779页

作者：侯艳红彭党聪王娜冯晓颖西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055 西安可口可乐饮料有限公司西安710016

西安可口可乐饮料有限公司利用UASB反应器在常温条件下处理饮料废水,自投入运行以来,UASB中的污泥为絮状污泥,在旺季处理负荷较高时,造成污泥流失,出水SS增高。通过对进水水质进行分析,发现饮料废水中严重缺乏氮营养。通过添加营养物(尿... 详细信息

西安可口可乐饮料有限公司利用UASB反应器在常温条件下处理饮料废水,自投入运行以来,UASB中的污泥为絮状污泥,在旺季处理负荷较高时,造成污泥流失,出水SS增高。通过对进水水质进行分析,发现饮料废水中严重缺乏氮营养。通过添加营养物(尿素),反应器中污泥快速颗粒化。对颗粒化前后UASB的COD去除率、产气量、沼气组分、进出水氨氮浓度、污泥活性、形态以及微生物种群结构等进行监测,结果表明,颗粒化后污泥粒径大于0.5 mm的占54.66%,具有较高的沉降速度和活性;COD去除率达到92.5%,比未颗粒化时提高了约8%;污泥以乙酸、丙酸和丁酸为基质的最大比产甲烷活性(折算为COD)分别为0.69、0.47和0.39 g·(g·d)^(-1)(以VSS计),与絮状污泥相近。FISH检测表明,颗粒污泥的种群分布表现为层状结构(layered structure),发酵产酸细菌主要位于颗粒污泥外层,而甲烷菌则分布于颗粒内层。营养物(氮)浓度对UASB污泥颗粒化具有十分重要的作用。

关键词： UASB 饮料废水污泥颗粒化 FISH 微生物种群分布