活性污泥和发酵淤泥检测 污水处理淤泥检测
1 引言
活性污泥法是污水处理厂为常用的处理工艺之一，而沉降过程的泥水分离是工艺处理过程中的重要处理单元.研究发现，活性污泥沉降性恶化会造成污泥易流失、出水悬浮物增加、污水处理能力降低等问题，一旦发生污泥沉降性恶化需相当长的时间才能恢复正常.在实际应用中以污泥容积指数(SVI)来表征活性污泥沉降性，但SVI仅能从宏观上评价活性污泥，而对于活性污泥的微观特征却难以表征.一般认为影响活性污泥沉降性的微观因素主要有：丝状菌、胞外多聚物(EPS)、污泥絮体表面性质和形态结构、絮体大小分布特点和污泥浓度等.这些微观因素的综合作用决定了活性污泥的宏观沉降性能.其中，污泥絮体形态学的分析容易转化为工程技术，因此，已有学者提出利用图像分析技术从微观层面对活性污泥沉降性问题进行研究，建立污水处理系统中宏观参数和微观特性的相互联系，从微观角度解释污泥沉降性变化的原因.
由于污泥絮体的结构、形态、大小具有多样性，且用于表征污泥特性的微观参数较为多元化，各参数表示的信息重叠部分较多，故污泥絮体微观表征具有一定的复杂性.应用主成分分析(PCA)方法讨论了絮体形状和污泥沉降性能的关系，结果表明，利用PCA方法可很好地对众多絮体形状参数的数据集进行降维，为解决污泥絮体微观表征问题提供了思路，并可结合多元线性回归方法对污泥沉降性进行预测.Mesquita等应用PCA方法，根据因子得分分布特点识别活性污泥系统运行的异常情况，包括丝状菌膨胀、针状絮体、粘性膨胀，并采用了PCA和偏小二乘回归(PLS)方法对混合液悬浮固体浓度(MLSS)和SVI进行在线预测，认为污泥沉降性与游离丝状菌含量、聚体大小、聚体形状有较为显著的相关性，明确了以活性污泥微观参数表征宏观特性的可行性.
但目前研究采用的模型较为复杂、结果不够直观，并且没有考虑到絮体密实性和污泥浓度的影响.针对以上存在的问题，本文通过实验室规模反应器采集样本，从絮体形状、大小、密实性等微观特征着手，借助PCA方法对絮体参数进行分类，从而获得用于表征活性污泥絮体微观特征的综合指标.同时，以PCA所得主成分作为判别条件，采用Fisher判别分析对污泥沉降性能进行判别，以期为污泥沉降性能在线自动判别提供技术基础.
2 材料与方法
2.1 试验装置
试验装置为6个内径为100 mm、高度为1100 mm的SBR反应器，反应器有效容积为8 L，装置示意图如图1所示.反应器底部设有微孔曝气盘，其内设置溶解氧传感器，以监测溶解氧的变化.
图1 试验装置示意图
2.2 污泥絮体培养
按照不同接种污泥来源，将反应器分为两组(R1~R3和R4~R6)，R1~R3接种污泥取自马鞍山市某污水处理厂(W1，A2O工艺)二沉池，R4~R6接种污泥取自马鞍山市另一污水处理厂(W2，氧化沟工艺)二沉池.试验以安徽工业大学教职工生活区污水为基质，按照1∶ 10比例稀释，再以葡萄糖为碳源，氯化铵为氮源，磷酸二氢钾为磷源，将进水中COD ∶ TN ∶ TP调节为100 ∶ 5 ∶1.两组中的3个反应器COD分别控制为200、400、600 mg ·L-1左右，目的在于使得驯化后各反应器中污泥性状多元化，以保证模型有较好的适用范围.
反应器采用水浴方式控温，温度保持在(20±1)℃.反应器每天运行2个周期，每个周期为12 h，其中，进水时间为10min，反应时间为10 h，沉淀时间为30 min，排水时间为20 min，待机时间为1 h.