活性污泥沉降性检测

1 引言

活性污泥法是污水处理厂最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 和偏最小二乘回归(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.