折流板厌氧反应器（ABR）启动过程中颗粒污泥的分形特征研究

论文摘要

本文研究了ABR反应器启动过程中及启动成功后颗粒污泥的物理性质和不同拓扑空间下的分形维数。结果表明,启动过程中,在水平投影方向下测得的各格室的颗粒污泥粒径范围为1.02～2.49 mm,垂直投影方向下粒径范围为1.59～3.02 mm;有效密度用Allen方程计算和Logan-Allen方程计算分布范围用分别为0.76～77.58 kg·m-3和0.96～91.08 kg·m-3;自由沉降速率在1.96～45.27mm·s-1之间。反应器启动成功后,形成了边界较为清晰的黑色颗粒污泥,它们的SVI值为25～35ml·g -1,污泥浓度MLSS在9.2019.10g·L-1之间,水平投影方向下粒径范围为1.70～1.98 mm,垂直投影方向下粒径范围为2.23～2.68mm;有效密度用Allen方程计算和Logan-Allen方程计算分布范围用分别为0.85～66.7 kg·m-3和1.04～76.96 kg·m-3;自由沉降速率在2.43～41.14mm·s-1之间。有效密度主要集中在1.02g·ml-1以下,自由沉降速率主要集中在14.40～86.40m·h-1之间。对颗粒污泥沉降速率的研究发现,各阶段颗粒污泥水平投影方向和垂直投影方向平均粒径的比值在被测颗粒污泥足够多时有可能会趋于常数,但阶段间的这一常数是不同的。对颗粒污泥粒径分布的研究与反应器运行状态结合考虑,适合本文设定的负荷（4.195 kgCODCr·m-3·d-1）的颗粒污泥平均粒径为大于1.70mm。依据沉降速率-当量圆直径的双对数图计算出的各格室中颗粒污泥的质量分形维数Df在启动过程中处于2.019～2.905之间,启动成功后在2.097～2.801之间,大小顺序为:第5格>第3格>第2格≥第1格>第4格,表明第5格室中形成的颗粒污泥较为密实,而第4格室的密实程度最小,但密实的颗粒污泥并不一定意味着较高的平均沉降速率。依据投影法计算出的ABR各格室中颗粒污泥在低维拓扑空间下的几种分形维数之间的关系与其理论公式之间的关系相符,一维拓扑空间的分形维数在多在1.0左右,说明颗粒污泥的边界不规则程度小。二维拓扑空间的分形维数的平均值启动过程中在1.39～1.87之间（投影面积-当量圆直径）和1.37～1.80之间（投影面积-长轴）。启动成功后二维拓扑空间的分形维数的平均值在1.60～1.90之间（投影面积-当量圆直径）,大小顺序为:第1格室>第3格室>第5格室>第4格室>第2格室;1.69～1.84（投影面积-长轴）,大小顺序为:第3格室>第1格室>第5格室>第4格室>第2格室。这些D2不等于2,即不符合Meakin的结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究内容、目的和意义
• 1.3 研究的技术路线
• 第二章 文献综述
• 2.1 厌氧技术与厌氧反应器
• 2.1.1 厌氧技术发展简介
• 2.1.2 厌氧生物反应器的发展历程
• 2.1.3 现代厌氧反应器技术的发展方向
• 2.1.4 ABR 反应器的发展历程
• 2.1.5 ABR 反应器的特点及影响其处理效果的因素
• 2.1.6 ABR 反应器处理各种浓度废水的研究现状
• 2.2 颗粒污泥
• 2.2.1 颗粒污泥的概念和特征
• 2.2.2 颗粒污泥培养及影响因素
• 2.3 分形理论
• 2.3.1 分形理论的诞生
• 2.3.2 分形理论的特征
• 2.3.3 分析理论在颗粒污泥分形特征研究上的应用
• 2.3.4 分析理论在其它领域上的应用
• 2.3.5 分形理论与混沌理论
• 第三章 试验仪器、材料与方法
• 3.1 试验装置与工艺流程
• 3.2 试验设备、仪器与试剂
• 3.2.1 试验设备与仪器
• 3.2.2 试验试剂
• 3.3 试验方法
• 3.3.1 ABR 的接种、启动与常规指标的测定
• 3.3.2 ABR 颗粒污泥沉降速率测量过程
• 3.3.3 ABR 颗粒污泥图像拍摄过程
• 3.3.4 ABR 颗粒污泥图像的处理
• 1、D₂）的计算'>3.3.6 ABR 颗粒污泥低维拓扑空间的分形维数—图象分形维数（D₁、D₂）的计算
• 3.3.7 颗粒污泥质量分形维数（Df）的计算理论
• 第四章 结果与讨论
• 4.1 ABR 反应器的启动
• 4.1.1 ABR 反应器的启动过程
• 4.1.2 ABR 启动完成后各格室颗粒污泥的物理特征
• 4.1.3 启动过程中生物相的观察
• 4.2 ABR 启动过程中颗粒污泥的粒度分布
• 4.2.1 基于6-9 倍放大倍数下ABR 启动过程中颗粒污泥的不同投影方向下的粒度分布
• 4.2.2 基于26-31 倍放大倍数下ABR 启动过程中颗粒污泥的粒度分布
• 4.3 颗粒污泥的有效密度和沉降速率
• 4.3.1 颗粒污泥的有效密度和沉降速率的变化
• 4.3.2 小结
• 4.4 不同投影方向上颗粒污泥的低维拓扑空间的分形维数-图像维数.
• 4.4.1 不同投影方向上颗粒污泥的低维拓扑空间的分形维数
• 4.4.2 水平投影方向上颗粒污泥的低维拓扑空间的图像维数（放大26-31 倍）
• 4.4.3 小结
• 4.5 颗粒污泥的三维拓扑空间的分形维数-质量分形维数
• 4.5.1 对回归的线性方程的显著性检验（F 检验）
• 4.5.2 ABR 启动过程中颗粒污泥质量分形维数变化
• 4.5.3 ABR 启动过程中颗粒污泥的不同拓扑空间下分形维数的关系探讨
• 4.5.4 小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 致谢