异型膨胀活性污泥絮体微观结构特征研究

发布时间：2020-07-28 10:27

【摘要】：为了探索膨胀活性污泥微观絮体结构对污泥沉降性的精准影响,以不同进水工艺驯化异型膨胀活性污泥,在污泥絮体参数分类基础上,以主成分分析(PCA)法建立絮体结构特征指标体系,分析异型膨胀活性污泥絮体结构特征变化;以偏最小二乘(PLS)回归法探索絮体结构特征对污泥沉降性SVI的影响,建立基于絮体微观结构参数的膨胀污泥SVI函数。主要研究结果如下:1)4种不同进水条件的SBR系统驯化的活性污泥发生异型污泥膨胀:SBR1(缺N、P源)、SBR2(缺N、P源)、SBR3(缺N源)系统发生丝状菌污泥膨胀,N、P同时缺失越多,污泥膨胀越严重;SBR4(缺P源)系统发生粘性污泥膨胀。丝状菌膨胀型系统SVI与COD去除率呈现正相关(相关系数r为0.258),粘性膨胀型系统SVI与COD去除率呈现负相关(相关系数r为-0.193)。除SBR1系统外,无论丝状菌膨胀型还是粘性膨胀型活性污泥,胞外聚合物(EPS)多糖组分含量均高于正常污泥,而蛋白质组分含量均低于正常污泥。EPS组分多糖、蛋白质变化均影响污泥沉降性,多糖含量变化作用更大(SBR2系统例外)。丝状菌膨胀型污泥紧密层(T层)EPS、粘性膨胀型污泥松散层(S层)EPS对污泥沉降性能起主导作用,两者都是污泥膨胀的起因。2)将丝状菌膨胀型活性污泥絮体特征指标分为5类:絮体大小SZ、絮体伸长ST、絮体密实CO、絮体规则RO、絮体丝状菌FL,运用PCA法得到的絮体结构特征指标体系为:SZ=3.63ZP_(cond)+3.29ZP+2.74ZL+2.44ZW+2.41ZF_(max)+2.37ZD_(eq)+2.35ZA_(mean)ST=3.10ZExt+1.99ZA_(sp)+1.82ZBR+1.71ZARCO=18.48ZHs+2.92ZHR+0.34CompRO=2.35ZPR+1.944ZRo-0.895ZFF-0.867ZFDFL=1.41ZFLA+1.41ZFLSS指标函数结果表明:7个参数对絮体大小SZ指标的作用比较均匀,作用最大的为轮廓线周长ZP_(cond);对絮体伸长ST指标作用最大的是絮体充实度ZExt;絮体密实CO指标是絮体内部孔隙数量参数ZHs起决定性作用;对絮体规则RO指标作用最大的是絮体凸率ZPR;单位絮体面积丝状菌长度参数ZFLA、单位悬浮固体丝状菌长度ZFLSS对絮体丝状菌FL指标作用大小相同。3)将粘性膨胀型活性污泥絮体特征参数分为4类:絮体大小SZ、絮体伸长ST、絮体密实CO、絮体规则RO,运用PCA法得到的絮体结构特征指标体系为:SZ=2.98ZP_(cond)+2.80ZF_(max)+2.75ZP+2.66ZL+2.51ZW+2.49ZA_(mean)+2.46ZD_(eq)ST=2.20ZA_(sp)-1.84ZExt+1.43ZAR+0.28ZBRCO=1.76ZComp+1.71ZHR-1.73ZHsRO=2.06ZRo-2.03ZPR-2.04ZFF+1.89ZFD指标函数结果表明:7个参数对絮体大小SZ指标的作用比较均匀,作用最大的为轮廓线线周长ZP_(cond);对絮体伸长ST指标作用最大的是絮体长短轴比ZA_(sp);絮体密实CO指标是由絮体密实度参数ZComp起决定性作用;对絮体规则RO指标作用最大的是絮体圆度ZRo。4)丝状菌膨胀型活性污泥SVI与解释变量间有较强线性相关,丝状菌特征指标是引起该类型污泥膨胀的最主要原因。SVI回归模型方程如下:SVI=|0.610FL-0.351SZ-0.33ST+0.178RO-0.005CO|(R~2为0.779)粘性膨胀型活性污泥SVI与解释变量间有较强线性相关关系,絮体大小特征指标对污泥沉降性作用最大。SVI回归模型方程如下:SVI=|-0.554SZ+0.409ST+0.272RO-0.171CO|(R~2为0.688)5)丝状菌膨胀型活性污泥的SVI观测值与预测值具有较好的拟合度,R~2为0.801。粘性膨胀型活性污泥的SVI观测值与预测值拟合度一般,R~2为0.664。丝状菌膨胀型活性污泥絮体微观结构指标能准确地反映活性污泥沉降性,所建立的SVI回归模型方程更加适用于实际。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：

图片处理,步骤,活性污泥,图像分析

3 个主要步骤：品制备：每隔 3d 对处于曝气状态的 4 个 SBR 系统采样 1 次。（离液面约 10cm 处）采集污泥混合液用于显微图像采集。取 25μL 活性污泥置于载玻片上，覆上盖玻片，完成制片。的活性污泥样品，需要将移液枪头部切去一段，让污泥样品像采集和处理：将活性污泥切片置于奥林巴斯 BX53 显微镜载相机），利用显微镜图片拍摄软件(明美 MShot Digital Imagi字交叉法（防止重复拍摄絮体）对活性污泥切片进行拍摄，每图像，利用 Image-pro Plus 6.0 图像分析软件对图像进行分析。输过程中，容易受到外界因素的干扰，会使图片的灰度分布误差，因此需要对絮体图片进行过滤图像分割等预处理。据处理：在图像分析软件中选择污泥絮体参数，规定测量参导出到 Excel 表格中计算，计算每类参数的总和、平均值，-pro Plus 图像分析软件对图像处理流程大致如图 2-2 所示。

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4 个 SBR 系统 SVI值都呈现逐渐降低的变化趋势，说明污泥沉降性能越来越好（污泥絮体图片如下图3-2 所示）。改变进水水质，培养一段时间后，4 个 SBR 系统的活性污泥先后出现组成、形态不同的异型膨胀污泥（丝状菌膨胀型与粘性膨胀型污泥，其微观絮体图片如下图 3-3 所示）。SBR1 系统中活性污泥 SVI 值范围为 55-400mL·g-1，进水限制 N、P 素（COD:N:P=100:0.5:0.1）后，活性污泥 SVI 逐步升高，培养到 55d 左右时，污泥 SVI超过了 150mL·g-1，丝状菌大量滋生，发生了丝状菌膨胀，污泥沉降性变差。SBR2系统中 SVI 值范围为 41-502mL·g-1

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图 3-3 膨胀活性污泥的微观形态Fig.3-3 The micromorphology of the bulking activated sludge活性污泥驯化中 EPS 组分变化PS 多糖组分变化 SBR 系统活性污泥的不同层 EPS 组分多糖含量变化如图 3-4 所示。图 3-4 可以看出，在污泥驯化期间，SBR1 系统不同层多糖含量变化不多糖）、L-PS（L 层多糖）、T-PS（T 层多糖）含量分别为 2.17mg/(，下同）、10.21mg/(g·MLSS)、50.88mg/(g·MLSS)。污泥膨胀期间，T-PS 含量分别为 1.98mg/(g·MLSS)、3.11mg/(g·MLSS)、29.68mg/(g·M泥驯化期各层多糖含量高于膨胀期的活性污泥的多糖含量。SBR1 系统S 组分多糖含量变化，说明 SBR1 系统中随着进水条件:N:P=100:0.5:0.1），活性污泥的 EPS 组分多糖含量降低，即丝状菌膨的各层多糖含量降低。驯化期 Total-PS（总多糖）含量为 63.26mg/(g

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