申请日2018.07.16
公开(公告)日2018.11.16
IPC分类号G06Q10/04; G06Q10/06; G06Q50/26; G06T7/00; G06T7/62; G06F17/18; C02F3/00; C02F3/12; G01N21/84
摘要
本发明公开了一种基于分形维数的污水处理厂的优化方法，包括：(1)对污泥稀释，取一滴放到载玻片上;(2)采用显微镜对污泥进行图像拍摄;(3)使用图像处理软件处理所拍摄的污泥图像，获取单个污泥絮体的投影面积A、周长P几何参数，基于分形理论获得絮体二维分形维数D;(4)通过计算分析，由分形维数推导出污泥的包括污泥的沉降性能和吸附性能生物活性和物理结构，从而评估活性污泥的运行状态。该方法根据污泥分形维数D的大小来管理污水处理厂的运行，通过一个指标同时完成对反应池和二沉池的运行管理，为污水处理厂高效安全达标运行和节能降耗提供了一种量化管理方法。
权利要求书
1.一种基于分形维数的污水处理厂的优化方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)取污水处理厂的活性污泥作为样品，分为等量的若干份;
2)对活性污泥进行稀释后，取一滴放到载玻片上，并盖上盖玻片;
3)使用显微镜对步骤2)盖有玻片的载玻片活性污泥进行图像拍摄，每一样品至少拍摄5张不同视域的照片;
4)采用图像处理软件处理所拍摄的活性污泥图像，获取单个活性污泥絮体的投影面积A和周长P，基于分形理论得到絮体分形维数D;
5)根据污水处理厂运行历史数据，采用线性或非线性回归方法构建分形维数D与活性污泥内源比耗氧速率SOURe、最大比耗氧速率SOURt、活性污泥最大吸附容量Qmax、活性污泥指数SVI和活性污泥压缩指数的计算模型;
6)将絮体分形维数D带入到上述模型中，模型输出活性污泥内源比耗氧速率SOURe、总的最大比耗氧速率SOURt、吸附性能Qmax、污泥指数SVI参数和压缩指数，得到污泥的结构特征;
7)当缺少历史数据时，采用以下规则定性描述包括活性污泥的沉降性能和吸附性能的物理结构和活性污泥的生物活性：
当分形维数D小于1.553时，污泥活性高，吸附量大，但污泥沉降性能差，可能会发生污泥膨胀;
当分形维数D在1.553～1.608之间时，污泥的生物活性和吸附能力好，沉降性能满足要求;
当分形维数D大于1.608时，污泥的生物活性和吸附能力差，污泥趋于无机固体，但沉降性能很好。
2.根据权利要求1所述的一种基于分形维数的污水处理厂的优化方法，其特征在于，所述步骤1)中，取泥时取污水处理厂反应池好氧末端的污泥。
3.根据权利要求1所述的一种基于分形维数的污水处理厂的优化方法，其特征在于，所述步骤2)中，用纯水对泥样进行稀释至3000mg/L，盖玻片和载玻片使用之前应清洗干净，晾干。
4.根据权利要求1所述的一种基于分形维数的污水处理厂的优化方法，其特征在于，所述步骤2和3)中图像拍摄过程中应保证载玻片上的一滴活性污泥没有气泡。
5.根据权利要求1所述的一种基于分形维数的污水处理厂的优化方法，其特征在于，所述步骤5)中，
分形维数D与活性污泥内源比耗氧速率SOURe、最大比耗氧速率SOURt和活性污泥最大吸附容量Qmax计算模型如下：
Y=A-BX
式中，X为分形维数D,Y为活性污泥内源比耗氧速率SOURe、最大比耗氧速率SOURt或活性污泥最大吸附容量Qmax,A和B为对应SOURe、SOURt和Qmax的模型系数。
6.根据权利要求1所述的一种基于分形维数的污水处理厂的优化方法，其特征在于，所述步骤5)中，分形维数D与活性污泥污泥指数SVI和活性污泥压缩指数计算模型如下：
Y=exp(A-BX)
式中，X为分形维数D,Y为活性污泥污泥指数SVI或活性污泥压缩指数，A和B为对应SVI和活性污泥压缩指数的模型系数。
7.根据权利要求1所述的一种基于分形维数的污水处理厂的优化方法，其特征在于，所述步骤6)中，污泥指数SVI=SV%/MLSS，压缩指数=△SV%/MLSS，吸附性能Qmax为污泥的最大吸附量。
说明书
一种基于分形维数的污水处理厂的优化方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，涉及一种通过使用污泥分形维数D同时来描述污泥生物活性和物理结构，在污水处理过程中通过一个指标同时完成对反应池和二沉池的运行管理。
背景技术
目前水质净化过程中涉及到了许多水质和污泥参数的检测，这对管理人员来说工作量巨大，需要投入更多的时间和精力。同时在污水处理厂运行过程中，由于反应池和沉淀池的管理是分离的，它们之间存在不同的检测和控制指标，这些指标之间受到多种因素的影响，对协调整个水质净化过程来说较困难。传统上会在反应池增大生物活性来保证污水的去除效果，但导致污泥沉降性能变差，在沉淀池又会投加无机化学药剂等方法来改善污泥的沉降性能，这样不仅增加了污水厂的成本，还对污水处理产生了一定的负面影响。对此，在污水处理过程中寻找一个简便且高效的管理指标迫在眉睫。
发明内容
对于目前检测和管理方面面临的问题，我们使用污泥二维分形维数D同时来描述污泥生物活性和物理结构。这样不仅操作简单，而且管理一项指标就可以很好的控制和调节污水处理过程，即控制污泥分形维数D的大小，既保证反应池的生物活性，又不影响沉淀池的污泥沉降性能。具体调整污泥停留时间，污泥负荷，污泥耗氧速率和溶解氧等来控制分形维数的大小。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种基于分形维数的污水处理厂的优化方法，包括下述步骤：
1)取污水处理厂的活性污泥作为样品，分为等量的若干份;
2)对活性污泥进行稀释至后，取一滴放到载玻片上，并盖上盖玻片;
3)使用显微镜对步骤2)盖有玻片的载玻片活性污泥进行图像拍摄，每一样品至少拍摄5张不同视域的照片;
4)采用图像处理软件处理所拍摄的活性污泥图像，获取单个活性污泥絮体的投影面积A和周长P，基于分形理论得到絮体分形维数D;
5)根据污水处理厂运行历史数据，采用线性或非线性回归方法构建分形维数D与活性污泥内源比耗氧速率SOURe、最大比耗氧速率SOURt、活性污泥最大吸附容量Qmax、活性污泥指数SVI和活性污泥压缩指数的计算模型;
6)将絮体分形维数D带入到上述模型中，模型输出活性污泥内源比耗氧速率SOURe、总的最大比耗氧速率SOURt、吸附性能Qmax、污泥指数SVI参数和压缩指数，得到污泥的结构特征;
7)当缺少历史数据时，采用以下规则定性描述包括活性污泥的沉降性能和吸附性能的物理结构和活性污泥的生物活性：
当分形维数D小于1.553时，污泥活性高，吸附量大，但污泥沉降性能差，可能会发生污泥膨胀;
当分形维数D在1.553～1.608之间时，污泥的生物活性和吸附能力好，沉降性能满足要求;
当分形维数D大于1.608时，污泥的生物活性和吸附能力差，污泥趋于无机固体，但沉降性能很好。
进一步，所述步骤1)中，取泥时取污水处理厂反应池好氧末端的污泥。
进一步，所述步骤2)中，用纯水对泥样进行稀释至3000mg/L，盖玻片和载玻片使用之前应清洗干净，晾干。
进一步，所述步骤2和3)中图像拍摄过程中应保证载玻片上的一滴活性污泥没有气泡。
进一步，所述步骤5)中，
分形维数D与活性污泥内源比耗氧速率SOURe、最大比耗氧速率SOURt和活性污泥最大吸附容量Qmax计算模型如下：
Y=A-BX
式中，X为分形维数D,Y为活性污泥内源比耗氧速率SOURe、最大比耗氧速率SOURt或活性污泥最大吸附容量Qmax,A和B为对应SOURe、SOURt和Qmax的模型系数。
进一步，所述步骤5)中，
分形维数D与活性污泥污泥指数SVI和活性污泥压缩指数计算模型如下：
Y=exp(A-BX)
式中，X为分形维数D,Y为活性污泥污泥指数SVI或活性污泥压缩指数，A和B为对应SVI和活性污泥压缩指数的模型系数。
进一步，所述步骤6)中，污泥指数SVI=SV%/MLSS，压缩指数=△SV%/MLSS，吸附性能Qmax为污泥的最大吸附量。
本发明具有以下优点：
1)成本低，操作简单
由于操作步骤少而简单，使用图像处理软件和显微镜就可以得到检测值，对于管理方来说节省了大量的能源和时间。简化了水质净化过程的多项管理指标，同时通过调节反应池的污泥特性来主动控制污泥的沉降性，避免了传统运行中沉淀池和反应池分开管理的弊端。
2)迅速高效，弥补现行水质检测指标的复杂性
本发明所运用的参数并非水质这种非直观表征污水厂运行情况的指标，而是关注在污水处理的核心主体污泥上。污泥的自身状态才是真正影响污水厂运行的关键。本发明所运用的污泥的分形维数比出水水质更加精确，能更加全面的反应污水处理厂在运行过程中发生的污泥各种性能和恶化现象发生的可能性。
