基于群體平衡的活性污泥絮凝動力學.pdf

1、活性污泥處理工藝是最廣泛應用的廢水生物處理技術。研究活性污泥的絮凝動力學,分析絮凝形成絮體的粒徑分布及其演化過程、影響因素,對于完善活性污泥流體動力學,理解反應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)的活性污泥絮凝動力學是在絮體質量和數(shù)量守恒的假設下研究絮凝過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題和改進

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)的構建,絮體粒徑分布隨時間演化過程的模擬,影響絮凝的關鍵因素(如EPS含量和Zeta電位)與絮凝動力學參數(shù)間的關系等。本研究主要內容包括：
　?、賾眉す饬６葍x測量了好氧活性污泥絮體在絮凝過程的粒徑分布,研究了速度梯度、VSS/SS、EPS含量及Zeta電位對絮體粒徑分布的影響。結果表明:絮體平均粒徑與速度梯度顯著負相關,與 Kolmogrov尺度數(shù)量級基本相當,其間差異性與污泥

3、VSS/SS、絮體強度等有關;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,與Zeta電位負相關;有機質和EPS會增強絮凝效果,EPS中蛋白質比多糖對絮凝的促進作用更明顯。
　　②應用顯微圖像分析方法,計算得到活性污泥絮體的分形維數(shù)。結果表明:絮體二維分形維數(shù)與 VSS/SS(或 EPS含量)負相關,且與絮體的層次結構有關(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)與絮體粒徑負相關,符合冪函數(shù)

4、關系式。
　?、鄹倪M了基于群體平衡的活性污泥絮凝動力學模型:提出了由絮體破碎形成的子顆粒的二項式分布函數(shù),用二項式分布參數(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,更有助于簡捷地實現(xiàn)絮凝過程中絮體粒徑分布隨時間演化過程的模擬。模擬結果表明：模型能夠較好地模擬絮凝過程中絮體的粒徑分布及其演化過程；平衡因子與平均速度梯度呈冪函數(shù)關系,

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)關系,隨著速度梯度的增加而減?。黄扑橄禂?shù)僅與污泥類型有關,與速度梯度無關；絮體顆粒區(qū)間劃分數(shù)量不影響參數(shù)校核結果,區(qū)間劃分數(shù)量愈多,絮體粒徑分布的模擬精度愈高；子顆粒二項式分布較二元分布對絮體粒徑分布的模擬精度更高。
　?、軐π躞w聚并效率模型和破碎頻率模型進行了研究和修正,結果表明：與聚并效率為常數(shù)相比,認為聚并效率與絮體粒徑差有關的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；文中所構建的Pruppacher and Klett修正模型可以適用于不同速度梯度時絮體粒徑分布演化過程的模擬；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數(shù)分布模擬,實現(xiàn)平均粒徑的準確模擬；假設絮體的破碎頻率與最大粒徑成正比,且存在一個最大的破碎頻率,文中所構建的Pandaya and Spielman修正模型,可實

7、現(xiàn)絮體粒徑分布和平均粒徑的同時準確模擬。
　　⑤基于絮凝動力學模型,分析了影響活性污泥絮凝的關鍵因素(EPS含量和Zeta電位)與絮凝動力學參數(shù)間的關系,結果表明：平衡因子A/α與EPS含量或Zeta電位線性負相關;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;二項式分布參數(shù)Cp與EPS含量或Zeta電位線性正相關,說