基于群體平衡的活性污泥絮凝動(dòng)力學(xué).pdf

1、活性污泥處理工藝是最廣泛應(yīng)用的廢水生物處理技術(shù)。研究活性污泥的絮凝動(dòng)力學(xué),分析絮凝形成絮體的粒徑分布及其演化過(guò)程、影響因素,對(duì)于完善活性污泥流體動(dòng)力學(xué),理解反應(yīng)池中的污泥分布和二沉池中的泥水分離情況,以及研究江河、湖泊、海岸中自然絮體的形成與聚集等,都具有重要意義?；谌后w平衡(Population Balance)的活性污泥絮凝動(dòng)力學(xué)是在絮體質(zhì)量和數(shù)量守恒的假設(shè)下研究絮凝過(guò)程中絮體的粒徑分布及其變化,目前還存在一些需要解決的問(wèn)題和改進(jìn)

2、的方面,如有效的絮體聚并效率模型和子顆粒粒徑分布函數(shù)的構(gòu)建,絮體粒徑分布隨時(shí)間演化過(guò)程的模擬,影響絮凝的關(guān)鍵因素(如EPS含量和Zeta電位)與絮凝動(dòng)力學(xué)參數(shù)間的關(guān)系等。本研究主要內(nèi)容包括：
　　①應(yīng)用激光粒度儀測(cè)量了好氧活性污泥絮體在絮凝過(guò)程的粒徑分布,研究了速度梯度、VSS/SS、EPS含量及Zeta電位對(duì)絮體粒徑分布的影響。結(jié)果表明:絮體平均粒徑與速度梯度顯著負(fù)相關(guān),與 Kolmogrov尺度數(shù)量級(jí)基本相當(dāng),其間差異性與污泥

3、VSS/SS、絮體強(qiáng)度等有關(guān);相同的速度梯度下,絮體平均粒徑與VSS/SS或EPS含量顯著正相關(guān),與Zeta電位負(fù)相關(guān);有機(jī)質(zhì)和EPS會(huì)增強(qiáng)絮凝效果,EPS中蛋白質(zhì)比多糖對(duì)絮凝的促進(jìn)作用更明顯。
　?、趹?yīng)用顯微圖像分析方法,計(jì)算得到活性污泥絮體的分形維數(shù)。結(jié)果表明:絮體二維分形維數(shù)與 VSS/SS(或 EPS含量)負(fù)相關(guān),且與絮體的層次結(jié)構(gòu)有關(guān)(大絮體與小絮體的分形維數(shù)有差異);活性污泥絮體三維分形維數(shù)與絮體粒徑負(fù)相關(guān),符合冪函數(shù)

4、關(guān)系式。
　?、鄹倪M(jìn)了基于群體平衡的活性污泥絮凝動(dòng)力學(xué)模型:提出了由絮體破碎形成的子顆粒的二項(xiàng)式分布函數(shù),用二項(xiàng)式分布參數(shù)Cp表征絮體破碎的主要方式(破裂或侵蝕);在模型參數(shù)校核中,提出―平衡因子‖——即破碎系數(shù)A與聚并效率α的比,不僅減少了模型需要校核的參數(shù)數(shù)量,更有助于簡(jiǎn)捷地實(shí)現(xiàn)絮凝過(guò)程中絮體粒徑分布隨時(shí)間演化過(guò)程的模擬。模擬結(jié)果表明：模型能夠較好地模擬絮凝過(guò)程中絮體的粒徑分布及其演化過(guò)程；平衡因子與平均速度梯度呈冪函數(shù)關(guān)系,

5、隨著速度梯度的增加而增加；聚并效率與平均速度梯度呈冪函數(shù)關(guān)系,隨著速度梯度的增加而減小；破碎系數(shù)僅與污泥類(lèi)型有關(guān),與速度梯度無(wú)關(guān)；絮體顆粒區(qū)間劃分?jǐn)?shù)量不影響參數(shù)校核結(jié)果,區(qū)間劃分?jǐn)?shù)量愈多,絮體粒徑分布的模擬精度愈高；子顆粒二項(xiàng)式分布較二元分布對(duì)絮體粒徑分布的模擬精度更高。
　?、軐?duì)絮體聚并效率模型和破碎頻率模型進(jìn)行了研究和修正,結(jié)果表明：與聚并效率為常數(shù)相比,認(rèn)為聚并效率與絮體粒徑差有關(guān)的Friedlander模型和Pruppac

6、her and Klett模型可提高絮體粒徑分布的模擬精度；文中所構(gòu)建的Pruppacher and Klett修正模型可以適用于不同速度梯度時(shí)絮體粒徑分布演化過(guò)程的模擬；Kusters破碎頻率模型較Pandaya and Spielman破碎頻率模型可改善大粒徑絮體的體積分?jǐn)?shù)分布模擬,實(shí)現(xiàn)平均粒徑的準(zhǔn)確模擬；假設(shè)絮體的破碎頻率與最大粒徑成正比,且存在一個(gè)最大的破碎頻率,文中所構(gòu)建的Pandaya and Spielman修正模型,可實(shí)

7、現(xiàn)絮體粒徑分布和平均粒徑的同時(shí)準(zhǔn)確模擬。
　　⑤基于絮凝動(dòng)力學(xué)模型,分析了影響活性污泥絮凝的關(guān)鍵因素(EPS含量和Zeta電位)與絮凝動(dòng)力學(xué)參數(shù)間的關(guān)系,結(jié)果表明：平衡因子A/α與EPS含量或Zeta電位線(xiàn)性負(fù)相關(guān);EPS含量愈大或Zeta電位愈小,A/α愈小,更有利于絮凝,絮體的平均粒徑愈大；子顆粒二項(xiàng)式分布可以更好地描述不同EPS含量或Zeta電位的絮體粒徑分布的寬度;二項(xiàng)式分布參數(shù)Cp與EPS含量或Zeta電位線(xiàn)性正相關(guān),說(shuō)