本文關(guān)鍵詞：基于Isomap法降維分析的活性污泥絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)體系建立及其應(yīng)用研究

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【摘要】：絮體是活性污泥法污水處理工藝中主要作用者,它的形態(tài)特征對污泥特性和水處理效果有很大影響,但目前對絮體形態(tài)特征的描述尚不統(tǒng)一,絮體結(jié)構(gòu)特征對污泥特性的影響研究較少。本研究通過對PCA線性降維法、Isomap非線性降維法的降維幅度和降維有效性的比較,建立絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)體系。采用建立的絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)體系分析了不同營養(yǎng)比的3個污水好氧處理系統(tǒng)(SBR1、SBR2、SBR3)中污泥馴化的不同階段絮體結(jié)構(gòu)特征的變化規(guī)律;采用偏最小二乘回歸分析法探討了絮體結(jié)構(gòu)特征與污泥物理特性(MLSS、SVI、CST)和生化特性(EPS、細(xì)菌總數(shù)、脫氫酶活性)間的關(guān)系,并建立了以絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)為自變量的活性污泥特性函數(shù)。論文的主要研究結(jié)果如下:1)降維幅度與降維有效性分析表明:Isomap法建立的絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)體系更能準(zhǔn)確表征絮體結(jié)構(gòu)特征。絮體大小特征SZ、絮體規(guī)則特征RG、絮體密實特征CP、絮體絲狀菌特征FL的綜合表達式如下:SZ=|0.656SAmean+1.901SPconv+0.836SRmax-3.392SDeq|RG=|-3.050SRD+7.374SPR-3.751SAspect-8.353SFD-8.054SRR+7.456SST+7.612SFF+0.748 SAR|CP=|7.457SCN+0.129SPF-6.363SCA-8.447SHR+7.224SExt|FL=|-0.842SFal+0.842SFtl|其中,S表示數(shù)據(jù)為經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化后的值;Amean為絮體平均面積;Pconv為輪廓線周長;Rmax為最長半徑;Deq為當(dāng)量直徑;RD為圓度;PR為凸率;Aspect為長短軸比;FD為分形維數(shù);RR為長徑比;ST為伸長比;FF為形狀因子;AR為長寬比;CN為數(shù)量濃度;PF為像素分?jǐn)?shù);CA為面積濃度;HR為孔率;Ext為充實度;Fal為單位絮體面積內(nèi)絲狀菌長度;Ftl為單位懸浮固體內(nèi)絲狀菌長度。2)3個系統(tǒng)污泥馴化階段時間有所差異。SBR1系統(tǒng)培養(yǎng)初期比SBR2系統(tǒng)少2d,中期多2d,后期天數(shù)相同;與SBR3相比,其中期多3d,后期少3d。SBR1培養(yǎng)初期為1~10d,中期為11~25d,后期為26~36d。無論是高營養(yǎng)比還是低營養(yǎng)比,污泥馴化過程中系統(tǒng)內(nèi)的絮體結(jié)構(gòu)特征變化過程規(guī)律均為:初期因環(huán)境的突變而特征突變,中期逐漸適應(yīng)環(huán)境,后期穩(wěn)定的過程。系統(tǒng)穩(wěn)定后系統(tǒng)內(nèi)的絮體SZ排列是中營養(yǎng)比低營養(yǎng)比高營養(yǎng)比;RG排列為低營養(yǎng)比中營養(yǎng)比高營養(yǎng)比;CP排列為高營養(yǎng)比中營養(yǎng)比低營養(yǎng)比;FL排列為低營養(yǎng)比≈中營養(yǎng)比≈高營養(yǎng)比。3)絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)對污泥物理特性有明顯的指示作用。對污泥濃度(MLSS)和污泥沉降性(SVI)指示作用最強的指標(biāo)均是RG和FL,其中MLSS在RG為12.50~25.00區(qū)間內(nèi)變化較快,隨其增大而快速增加,在區(qū)間5.00~12.50和25.00~35.00時變化較為緩慢;在FL為0.00~0.20和0.50~0.65區(qū)間內(nèi)變化程度大,隨其增大而快速減小,在區(qū)間0.20~0.50變化緩慢。SVI在RG為5.00~15.50和20.00~35.50時變化緩慢,隨其增大而緩慢增加,當(dāng)RG在區(qū)間15.50~20.00時,SVI與其相關(guān)性不明顯,此時僅隨FL增大而減小(FL為0.15~0.45),在FL為0.00~0.15和0.45~0.65區(qū)間時,SVI隨其增大而快速增加。對污泥脫水性(CST)指示作用最大的是SZ和RG,其中SZ在0.00~0.75和2.00~2.50范圍內(nèi)時,CST隨其增大而快速增加,在0.75~2.00時僅隨其變化而逐漸增加;RG在5.00~22.50和25.00~35.00時,CST隨其增大而逐漸增加,在區(qū)間22.50~25.00時,不隨其變化。污泥物理特性與絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)間的回歸模型函數(shù)如下:MLSS=|0.206SZ+0.238RG+0.166CP-0.340FL|SVI=|0.160SZ+0.174RG+0.132CP-0.335FL|CST=|0.258SZ+0.189RG+0.035CP-0.147FL|。4)絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)對污泥的生化特性仍有較強的指示作用。與污泥物理特性不同的是,絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)對污泥生化特性的指示作用較為復(fù)雜。各指標(biāo)與胞外聚合物(EPS)含量均正相關(guān);與細(xì)菌總數(shù)(MN)均負(fù)相關(guān);絮體的SZ和RG與脫氫酶活性(HE)正相關(guān),CP和FL與其負(fù)相關(guān)。對EPS含量指示作用最大的指標(biāo)是CP和FL,其中當(dāng)CP在區(qū)間20.00~24.00、FL在區(qū)間0.30~0.40時,EPS含量僅隨CP的增加而增加,與FL無關(guān);當(dāng)CP在區(qū)間12.00~20.00和24.00~30.00時,EPS含量隨其增加而大幅度增加;而當(dāng)FL在區(qū)間0~0.30和0.40~0.65時,EPS含量隨其變化緩慢。對細(xì)菌總數(shù)、脫氫酶活性指示作用最大的是SZ和RG,相反的是,SZ和RG與細(xì)菌總數(shù)正相關(guān),與脫氫酶活性負(fù)相關(guān)。其中細(xì)菌總數(shù)在SZ和RG的任一區(qū)間內(nèi)的變化均相同。而脫氫酶活性則在SZ為1.00~1.75、RG為20.00~25.00時,脫氫酶活性僅隨SZ的增大而增大,與RG無關(guān)。通過回歸模型分析得到回歸方程如下:EPS=|0.061SZ+0.114RG+0.530CP+0.323FL|MN=|-0.225SZ-0.321RG-0.212CP-0.158FL|HE=|0.321SZ+0.308RG-0.105CP+0.206FL|。
【關(guān)鍵詞】：絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)體系 污泥物理特性 污泥生化特性 Isomap非線性降維 PCA線性降維
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 概述12
• 1.2 活性污泥絮體結(jié)構(gòu)研究12-15
• 1.2.1 絮體結(jié)構(gòu)的形成與組成成分12-13
• 1.2.2 絮體結(jié)構(gòu)特征的影響因素13-14
• 1.2.3 絮體結(jié)構(gòu)組成對污泥絮凝性和脫水性的影響14-15
• 1.3 絮體結(jié)構(gòu)特征參數(shù)研究及技術(shù)現(xiàn)狀15-16
• 1.4 高維數(shù)據(jù)降維分析方法16-20
• 1.4.1 數(shù)據(jù)降維思路16
• 1.4.2 數(shù)據(jù)線性降維(PCA)分析16-18
• 1.4.3 數(shù)據(jù)非線性降維(Isomap)分析18-20
• 1.5 研究意義與研究內(nèi)容20-22
• 1.5.1 課題的提出20
• 1.5.2 研究意義20
• 1.5.3 研究內(nèi)容20-22
• 第二章 試驗材料與方法22-30
• 2.1 活性污泥馴化22-23
• 2.1.1 接種污泥與人工污水的配制22
• 2.1.2 污泥馴化和反應(yīng)器的控制22-23
• 2.2 試驗測定方法23-25
• 2.2.1 污泥物理特性的測定23
• 2.2.2 污泥生化特性的測定23-25
• 2.3 試驗儀器與藥品25
• 2.3.1 試驗儀器25
• 2.3.2 試驗藥品25
• 2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法25-30
• 2.4.1 絮體結(jié)構(gòu)特征的分析25-27
• 2.4.2 主成分分析27
• 2.4.3 Isomap的分析27-28
• 2.4.4 偏最小二乘分析28-30
• 第三章 活性污泥絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)體系建立30-41
• 3.1 絮體微觀參數(shù)間的相關(guān)性分析30-31
• 3.2 基于PCA的絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)體系分析31-35
• 3.2.1 PCA法絮體大小特征指標(biāo)分析31-32
• 3.2.2 PCA法絮體規(guī)則特征指標(biāo)分析32-33
• 3.2.3 PCA法絮體密實特征指標(biāo)分析33-34
• 3.2.4 PCA法絮體絲狀菌特征指標(biāo)分析34-35
• 3.3 基于Isomap的絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)體系分析35-37
• 3.3.1 Isomap法絮體大小特征指標(biāo)分析35
• 3.3.2 Isomap法絮體規(guī)則特征指標(biāo)分析35-36
• 3.3.3 Isomap法絮體密實特征指標(biāo)分析36-37
• 3.3.4 Isomap法絮體絲狀菌特征指標(biāo)分析37
• 3.4 絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)體系的確定37-40
• 3.4.1 降維幅度比較37-38
• 3.4.2 降維有效性比較38-40
• 3.4.3 降維分析方法的確定40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第四章 絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)在污泥馴化過程中的應(yīng)用41-48
• 4.1 活性污泥馴化階段確定41-42
• 4.2 污泥馴化絮體大小特征變化42-44
• 4.3 污泥馴化絮體規(guī)則特征變化44-45
• 4.4 污泥馴化絮體密實特征變化45-47
• 4.5 污泥馴化絮體絲狀菌特征變化47
• 4.6 本章小結(jié)47-48
• 第五章 絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)在污泥物理特性分析中的應(yīng)用48-60
• 5.1 絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)在污泥量分析中的應(yīng)用48-51
• 5.1.1 污泥量與絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系48-50
• 5.1.2 污泥量與絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)的回歸模型50-51
• 5.2 絮體結(jié)構(gòu)指標(biāo)在污泥沉降性分析中的應(yīng)用51-55
• 5.2.1 污泥沉降性與絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系51-53
• 5.2.2 污泥沉降性與絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)的回歸模型53-55
• 5.3 絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)在污泥脫水性分析中的應(yīng)用55-58
• 5.3.1 污泥脫水性與絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系55-57
• 5.3.2 污泥脫水性與絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)的回歸模型57-58
• 5.4 本章小結(jié)58-60
• 第六章 絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)在污泥生化特性分析中的應(yīng)用60-72
• 6.1 絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)在污泥EPS含量分析中的應(yīng)用60-63
• 6.1.1 EPS含量與絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系60-61
• 6.1.2 EPS含量與絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)的回歸模型61-63
• 6.2 絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)在污泥細(xì)菌總數(shù)分析中的應(yīng)用63-66
• 6.2.1 細(xì)菌總數(shù)與絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系63-65
• 6.2.2 細(xì)菌總數(shù)與絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)的回歸模型65-66
• 6.3 絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)在污泥脫氫酶活性分析中的應(yīng)用66-70
• 6.3.1 脫氫酶活性與絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系66-69
• 6.3.2 脫氫酶活性含量與絮體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)的回歸模型69-70
• 6.4 本章小結(jié)70-72
• 第七章 結(jié)論與展望72-74
• 7.1 結(jié)論72-73
• 7.2 展望73-74
• 致謝74-75
• 參考文獻75-81
• 附錄81

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本文編號：679697