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基于批沉降实验研究活性污泥沉降速率doc
基于批沉降实验研究活性污泥沉降速率
2006年1月重庆大学(自然科学版)
第29卷第1期JournalofChongqingUniversit—
y(NaturalSci—
enceEdition)
Jan.20o6
Vo1.29No.1
文章编号:
1000—582X(2006)Ol—Oll2一O5
基于批沉降实验研究活性污泥沉降速率
李振亮,张代钧,卢培利,许峰
(重庆大学1..资源与环境科学学院;2.西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室,重庆400030)
摘要:
运用批沉降实验研究了活性污泥的区域沉降和压缩沉降规律,确定了沉降特性参数.考察
了经验公式法确定区域沉降速率参数,发现其与实验测定值存在较大的差异.建立了个关于压缩沉降
过程中污泥层高度与时间的数学模型,给出了模型中参数的估计方法;运用批沉降实验数据对模型进行
了验证,结果表明模型能够较为理想地描述压缩沉降过程.并在该模型的基础上,提出了判断区域沉降
到压缩沉降临界点的理论公式,导出了一个新的压缩沉降速率公式,表明压缩沉降速率不仅和沉降时间
有关,还和污泥的初始浓度及污泥层初始高度有关.
关键词:
活性污泥;沉降速率;参数估计
中图分类号:
X703文献标识码:
A
活性污泥沉降与通常所说的固体颗粒沉降的区别
在于即使是在低浓度(约1gMLSS/L)下,活性污泥也
能有强烈的絮凝趋势,从而直接进行区域沉降….二
沉池中活性污泥沉降过程分为4个阶段,其中的缓慢
阶段(Lagstage)和过渡阶段(Transitionstage)历时较
短,主要发生的是区域沉降阶段和压缩沉降阶段.衡量
污泥的沉降性能一般用区域沉降速率,人们对其研究
也较多,而对压缩沉降的研究较少.
区域沉降速率是在轻微搅拌条件下实验测得的,
即口(stirredzonesettlingvelocity).目前已提出多种区
域沉降速率公式,应用较多的是Vesilind公式和
Cho公式口;其中前者的应用最为广泛,其参数的取
值,可以从侧面反映污泥的沉降性能.Vesilind公式的
参数可以通过传统的批沉降实验测得,也可以通过它
们与污泥沉降性能指标SVI,DSVI(dilutedSVI),SSVI
(stirredSVI)的经验关系直接获得J.压缩沉降的沉
降速率由污泥的沉降特性决定,但目前对这种沉降的
机理并不完全清楚.压缩沉降时污泥不仅受到水力条
件的限制,它们之间的相互作用,诸如压迫,压缩,渗透
等,也起着重要作用,致使污泥颗粒问距离愈来愈小,
水分被从中挤压出来J.对压缩沉降速率的研究长期
以来一直存在2个难题:
一是压缩沉降的开始时间难
以判断,二是压缩沉降速率随沉降时间变化难以测定;
所以至今未形成共识J.
然而在利用基于固体通量理论的二沉池模型进行
预测或模拟时,压缩沉降与区域沉降同样重要,尤其是
在对回流污泥浓度的预测和沿二沉池纵向分布的污泥
浓度的模拟上;在二沉池的设计中,区域沉降特性决定
表面积的取值,而压缩沉降特性对高度的确定起很重
要的作用….论文运用批沉降实验研究了活性污泥的
区域沉降和压缩沉降规律,特别对压缩沉降过程的模
型描述进行了深入的探讨.
1批沉降实验
实验所用活性污泥取白重庆市某污水处理厂.沉
降柱高为1.2m,内径为200mm,符合国际标准测定
方法….在沉降过程中,搅拌速率为1rpm;定义污泥
浓度约为1g(MLSS)/L时的界面为污泥层高度.
沉降实验共进行了4组,每组进行了6个不同污
泥浓度的沉降实验,测定沉降过程中污泥层高度随时
问的变化.高浓度污泥由沉降浓缩所得,低浓度污泥由
污水处理厂进水稀释时所得.污泥浓度由重量法测
定J.每组实验从取污泥到实验完成都控制在24h内.
描绘出完整的压缩沉降阶段需要漫长的沉降过
程,但是又要防止反硝化的发生,权衡取实验沉降时问
为1.2h,此时污泥层高度变化微小.实验所测沉降曲
线如图1所示,图1中高浓度污泥沉降曲线的缓慢阶
段持续时间较长,这与污泥的沉降性能有关.
收稿日期:
2005—08—20
基金项目:
教育部优秀青年教师资助计划(教人司[2003]355号);重庆市科委"十五"重点科技项目(7517一O2)
作者简介:
李振亮(1981一),男,山西大同人,重庆大学硕士研究生,主要从事废水处理原理与技术的研究.
第29卷第1期李振亮,等:
基于批沉降实验研究活性污泥沉降速率113
0.20.40.60.81.01.2
t/h
(1)a组实验的沉降曲线
t/h
(2)b组实验的沉降曲线
+6.988
0.20.40.60.81.01.2
t/h
(3)c组实验的沉降曲线
(4)姐实验的沉降曲线
图14组实验的沉降曲线
2分析与讨论
2.1区域沉降速率参数的测定
目前已提出的多种区域沉降速率公式,应用最多
的是Vesilind公式,其表达为:
船=U0e~.
(1)
可变换为:
lnv=lnvo+(一nX).
(2)
将每条沉降曲线的区域沉降段近似为直线,对其
进行最/b-"乘法线性拟合,所得斜率即该浓度下的区
域沉降速率耶.对每组实验所得ln与污泥浓度
进行线性拟合,截距即为ln.,斜率为一71,.4组实验结
果如表1所示.
表12种方法求得的4组实验所用污泥的与n值
施(vgm?
h-l,n)
b组c组d组
批沉降实验法(8.732,n364)(7.545,O.345)(11.674,0.468)(6.793,n345)
0.94040.99710.90390.9874
Pitman[经验公式法(4.925,O.494)(5.383,O.450)(5.997,0.443)(5.224,O.464)
El【al】1a蚰dMa[1]
.…..
(4.530,0.492)(5.372,O.454)(5.714,O.438)(5.096,0.466)船醅悼,'
Wshlber~andKein砒h[1].
….(7.736,0.775)(8.609,0.651)(8.960,0.鲫)(8.326,0.689)拯嘧}牡,,,
Dai~r经验公式法(7.970,0.556)(7.970,O.499)(7.970,0.476)(7.970,O.518)
通过批沉降实验来确定与7/,既耗时费力,又要
妨止反硝化的干扰,而且往往重现性较差L】】,因此许
多学者提出建立污泥沉降性能指数SSPs与.,7/,之间
的经验关系式,通过测定SSP来近似地确定.和
J
.
常用的SSPs有SVI,DSVI及SSVI.Daigger以及
OzinskyandEkama基于大量统计分析,表明SSVI是
最佳选择引.
实验所采用的沉淀柱符合White等人提出的测量
SSVI3_5的规格,即深径比在5:
1到6:
1之间,容积不
小于4L….国际上测量SSVI,.
的标准方法是测出浓
度问于1~6e/L的污泥的SSVI,然后使用插值法来确
定浓度为3.5gMLSS/L的污泥的SSVI,即SSVI.
利用3次样条插值得到4组实验的SSVI(mL/g)
分别为:
123.0,108.8,103.1以及113.4.按vonSper—
lingandFr6es的分类标准,所用污泥的沉降性能都较
差J.选取SSVI实用范围合适的4个经验关系式,
分别计算出4种污泥的与7/,,见表1.
可见经验公式计算结果与批沉降实验测定结果存
在一定的差异,尤其反映在7/,的值;而且采用不同的经
验式,其计算结果也存在差异.这是应用经验公式确定
参数的不足,只能粗略估计区域沉降速率公式的参数;
所以在选择经验公式对区域沉降速率参数进行估计时
要慎重,尽量选取合适的经验公式.4个经验式中,当
SSVI3.5在7O至100mL/g之间时,Pitman经验式与Ek—
amaandMarais经验式对的计算结果都非常接近,对的
计算结果几乎完全相同;当SSVI脱离这个范围愈
远,其计算结果差异慢慢变大.
2O8642O
11OO0OO
j冒谜怄琶f熙
2O8642O
11OOO0O
—毋恒琶『聪螬
114重庆夫学(自然科学版)2006卑
2.2压缩沉降速率研究
2.2.1压缩沉降数学模型
压缩沉降虽然在沉降一开始就发生,但真正影响
污泥层高度只从过渡阶段完全结束开始;究竟如何从
量上明确压缩沉降阶段的开始,国际上尚无定论.
一
般根据作图法来估计压缩沉降阶段的开始,即在沉
降曲线上做区域沉降段和压缩沉降段的切线,两切线
相交后再做角平分线,该角平分线与沉降曲线的交点
就近似认为是区域沉降到压缩沉降的临界点,对应的
时间为t.,污泥层高度为¨.
将实验数据分为2类,a,b,C3组实验数据用于分
析总结,d组用于分析结果的验证.按该法对a,b,c3组
沉降实验中的18条沉降曲线进行划分,除去c组实验
中污泥浓度为6.988e-/L的沉降曲线不能按此法判断
外,可得到17个沉降曲线的压缩沉降段;观察其曲线
趋势,可用倒指数函数来描述:
H=ne蕊.(4)D
式(4)中,日为污泥层高度,t为压缩沉降时间,ti>0.
式(4)可变换为:
ln/t=lnn+6×去.(5)
回归分析结果表明倒指数形式非常匹配,式(5)
的相关系数平方R都在均值0.99附近.
2.2.2参数估计
1)n,b的估计
当t趋于无穷大,H=n;又由通量守恒可得:
.:
.(6)..'
式(6)中,,巩分别为沉降开始时的污泥初始浓
度和污泥层初始高度,为沉降结束时的污泥浓度.
由沉降理论可知,在压缩沉降阶段各种作用力致使污
泥颗粒间的水分不断地被挤压出来,颗粒间距愈来愈
小;因此只有压缩时间足够,最终的污泥浓度应该为一
定值,也就是说为常数,这个值与污泥的孔隙率,含
水性及承受的压力有关.事实上,将l7组沉降实验进
行1.2h后的污泥浓度进行统计,发现它们之间的差
异已经较小.
当风恒定时,则与成正比关系.将l7个压缩沉
降段回归分析所得参数,的值分别称为样本值与样本
值,对各样本值与对应的进行回归分析,发现它们
呈明显的线性关系(见图2),回归结果如下:
n=0.0321+0.068×Xo.(7)
式(7)中截距仅为0.0321,忽略后和式(6)一致.
由于各样本的b值之问偏差较小,可取其均值
0.1932,见图3(图中离散点为各样本值,直线为b=
圈2样本口值与Xo的线性关系
0.1932).H对参数b的灵敏度为:
s()==b.
(8)
取b=0.1932,当t=0,S(H,6)取到最大.考虑各
样本的与不同,计算出≤12.37%.可见将6取
常数后对H的估计偏差不大,而且这种偏差随着t的
增大将大幅度地减小.
O.8
O.6
罢0.4
o.2
0
_
_
x
^H
—
x
_-一一__I
-
样本
图3样本b值
2)t的估计
作图法可以判断t,然而该法的缺陷是需有沉降
曲线.将式(4)结合区域沉降速率即可得到一种
实用且简单的判断方法:
^
ne=Ho—v,t.(9)
如果参数选取合适,该方程应该能较为准确地判
断;方程无准确解时可取近似解,方程有2个解时应
取较大者.
运用该经验公式估计a,b,c3组沉降曲线的t,将
估计值与作图法所得的估计值进行比较,结果见图4.
由图4可见,两者估计值基本相一致.同时,经验公式
法的估计值普遍较作图法的估计值小,这与缓慢阶段
及过渡阶段有关,经验公式法并未考虑这一因素;这
2个沉降阶段持续的时间愈长,两者估计值差异愈大.
由式(9)所得t求出,再由质量守恒得到此时
的污泥浓度,即可判断污泥在沉降过程中进行压缩
沉降的浓度值;再结合式(4)对污泥层高度进行估计,
这无论对二沉池的设计还是模型的模拟都有着非常重
要的意义.
第29卷第1期李振亮,等:
基于批沉降实验研究活性污泥沉降速率1l5
样本
图42种方法估计的t值
2.2.3模型验证
压缩沉降数学模型描述一定浓度的污泥发生沉降
时,在压缩沉降阶段污泥层高度与时间的变化关系将
模型及模型参数的估计方法应用于d组实验所测压缩
沉降阶段的模拟,结果见图5(图中离散点为实测值,
曲线为模拟曲线).
O+O/h
(B)置吒.895kg/m'
(蝴
(c)蕊-4.365kg,Ⅲ,
t
(e)蕊,847kg/m~
(
(b)xo-3.409
(蝴
(d)-6.166kg/m'
图5对d组实验压缩沉降段的模拟结果
由图5可见,5个压缩沉降段的模拟结果较为理
想.而且应用该压缩沉降数学模型可预测当污泥浓度
间于1—8L时,压缩沉降经45min后,污泥层高度
变化较小,这与沉降实验现象相符.
2.2.4压缩沉降速率公式
对式(4)求导,并考虑沉降方向向下,即可得到压
缩沉降的速率公式:
一
警=南.(10)一.
可见压缩沉降速率不仅和沉降时间有关,还和污
泥的初始浓度及污泥层初始高度有关(反映在参数
a).另外,的一阶导<0,二阶导>0,可知压缩沉
降速率逐渐减小,而且这种减小趋势渐趋缓慢,这与沉
降理论相符.
3结论
1)通过批沉降实验,对活性污泥的区域沉降和压
缩沉降规律进行了研究,对沉降特性参数进行了确定;
发现经验公式法确定的区域沉降速率参数与实验测定
值有较大差异,在实际应用中要慎用经验公式法.
2)建立了一个活性污泥压缩沉降过程数学模型,
提出了判断区域沉降到压缩沉降临界点的理论公式,
导出了一个新的压缩沉降速率公式.运用批沉降实验
数据对模型进行验证,结果表明模型能够较为理想地
描述污泥压缩沉降过程.
参考文献:
[1]EKAMAGA,BARNARDJL,G[INTHERTFW,eta1.
SecondarySettlingTanks:
Theory,Modelling,Designand
Operation[M].London:
IAWQScientificandTechnicalre?
ports,1997,(6).
[2]VESILINDPA.TheoreticalConsiderations:
DesignofPro?
totypeThickenersfromBatchSettlingTests[J].Waterand
SewageWorks,1968,115(7):
302—307.
[3]CHOSH,COLINF,SARDINM,eta1.SettlingVelocityof
ActivatedSludge[J].WatRes,1993,27:
1237—1242.
[4]VONSPERLINGM,FRrESCV.DeterminationoftheRe-
quiredSurfaceAreaforActivatedSludgeFinalClarifiers
basedonaUnifiedDatabase[J],WatRes,1999,33(8):
1884—1894.
[5]GIOKASDL,DAIGGERGT,VONSPERLINGM,eta1.
ComparisonandEvaluationofEmpiricalZoneSettlingVeloc?
ityParametersbasedonSludgeVolumeIndexusingaUni—
fledSealingCharacteristicsDatabase[J].WatRes,2003,
37:
3821—3826.
[6]HARTELL,POPELHJ,ADynamicSecondaryClarifier
ModelIncludingProcessesofSludgeThickening[J].Wat
SciTechnol,1992,25(6):
267—284.
[7]OTYERPOHLR,FREUNDM.DynamicModelsforClari—
tiersofActivatedSludgePlantswithDryandWetWeather
Hows[J],WarSciTechnol,1992,26(5/6):
1391—
1400,
[8]李军,王淑莹.水科学与工程实验技术[M].北京:
化学工
业出版社,2002.
[9]DA/GGARGDevelopmentRefinedClari~erOperatingD/a-
gramsUsinganUpdatedSettlingCharacteristicsDatabase[J],
WatEnvironRes,1995,67
(1):
95—100.
[1O●OZINSKYAE,EKAMAGA.SecondarySettlingTank
ModelingandDesign.Part2.LinkingSludgeSettleability
Measures[J].WatSA,1995,21(4):
333~350.
~一
如∞如
ⅡI^口,
毫器一嗵霹孵
重庆大学(自然科学版)2006牟
ActivatedSludgeSe
LIZhen-liang,ZHANGDai-jun¨.LUPe.
(1.DepartmentofEnvironmentalScience;
2?
KeyLab.ratoryfortheRes.urces'Expl.itati.n&Environmenta1DisasterContr
olEngineeng
ins.uthwesChinaTerrit.ryUndertheStateMinistry.fEducati.n
Chongqing400030,China)
Abstract:
Based0ntheba
.
tchsettlingtests,thedisciplineofzoneandcompressionsettlingactivatedslud
ares七udied.
ThparametersofVesilindformusedforestimationofstirredzonesettlingared
eterminedbytheexperimentalmeasure—
mentaIldexpenentalfomula.andthesignificantdifferencesbetweenthemarefound.
Accordingtotheregressionre1a—
donbetweenheghofthesludgeblanket(SBH)andtime,amathematicalmodeldescribingcompressionsettlingis
adVaIlcedandthemethodsfortsparametersestimationarestructured.Furthermore,thevalidationofthemodelis
appmVedbytheexPenments?
Fromthemodel,theauthorsdeduceatheoreticalequationfordeterminingthechan一
over
pontwherethecomPressonsettllngcommences,andanewexperientialvelocityfunctionofcompression
settlingrelated
tothesettlingtime,initialsludgeconcentrationandSBH.
Keywords:
activatedsludge;settlingvelocity;parameterestimation
(上接第111页J
(编辑姚飞)
ApplicationoftheForecastingModelofExponential
totheForecastoftheCoalWastageinChong
ZHANGWei-zhon~,YINGuang-zhi,一.
2.Key
Smoothing
qmg.
TANGJian-xin一.KANG口『门一rong,.
(1.CollegeofResourceandEnvironmentalSciences:
Abstract:
Theforecasringmodelofexponentialsmoothingisavalidmethodinfore
castinganddecision.making.Based
0nthepraccaJdaasandaccordingtothecharacteristic(1incaritytrend)ofthefactcoa1wastageinChongqing
recenuy'theiorecastmgmodeloftwiceexponentialsmoothingmodelissetupandthemode1isappliedt
of0recastthe
caolwastageinChOilgqing?
Theforecastresultsshowthattheerrorsbetweenthef
orceastvaluesandthefactvaluesermr
littleandthemodelmaybewellappliedontheforecastofthecoalwastagei
nChongqing.Italsoshowsthatthedecision—
makingcanbasedontheresultwel1.
Keywords:
exponentialsmoothing;coalwastage;forecast;application
(编辑姚飞)
E
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哪
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叽
撕
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