申請日2013.09.26
公開(公告)日2013.12.25
IPC分類號G01N21/00
摘要
本發(fā)明公開了一種基于菌膠團顯微圖像分析的活性污泥特性確定方法，屬于污水處理技術領域。本發(fā)明的具體步驟為：1)活性污泥菌膠團圖像信息采集;2)菌膠團圖像分析，包括測量活性污泥樣本中菌膠團的直徑;將活性污泥中菌膠團分為微型結構、中型結構、大型結構3種類型;對3種類型的菌膠團分別進行計數(shù);計算菌膠團體積;最后計算菌膠團結構特征值Z;3)菌膠團與活性污泥特性的相關性分析，建立菌膠團結構特征值Z與SV、SVI、MLSS、MLVSS的關系函數(shù);4)計算待分析活性污泥樣本的特性參數(shù)。本發(fā)明提高了活性污泥分析監(jiān)測的準確性和即時性，為污水處理運行過程實現(xiàn)有效的工藝參數(shù)調(diào)節(jié)管理提供了強有力的技術支撐。
權利要求書
1.一種基于菌膠團顯微圖像分析的活性污泥特性確定方法，其步驟為：
1)活性污泥菌膠團圖像信息采集：
調(diào)研污水處理廠，對處于不同運行階段、不同污泥狀態(tài)及不同工藝條件下的生化池活性 污泥進行取樣，采用數(shù)碼生物顯微鏡對采集到的活性污泥樣本中菌膠團進行拍攝;
2)菌膠團圖像分析：
a、在數(shù)碼生物顯微鏡自帶的圖形分析軟件環(huán)境中，測量步驟1)采集的活性污泥樣本中 菌膠團的直徑;
b、根據(jù)菌膠團直徑大小將活性污泥中菌膠團分為微型結構、中型結構、大型結構3種類 型;
c、對步驟b中所述的3種類型的菌膠團分別進行計數(shù);
d、計算菌膠團體積;
e、采用菌膠團結構特征參數(shù)計算菌膠團結構特征值Z;
3)菌膠團與活性污泥特性的相關性分析：
對步驟1)中采集的活性污泥樣本，同時測定其特性參數(shù)SV、SVI、MLSS、MLVSS， 采用曲線擬合方式得出步驟2)獲得的菌膠團結構特征值Z與SV、SVI、MLSS、MLVSS的 關系函數(shù);
4)計算待分析活性污泥樣本的特性參數(shù)：
采集待分析活性污泥樣本，采用數(shù)碼生物顯微鏡對待分析活性污泥樣本中菌膠團進行拍 攝，并對該待分析活性污泥樣本重復步驟2)的操作，計算得到待分析活性污泥樣本的菌膠 團結構特征值Z，將該菌膠團結構特征值Z帶入步驟3)獲得的關系函數(shù)中，計算得到待分 析活性污泥樣本的特性參數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于菌膠團顯微圖像分析的活性污泥特性確定方法，其特 征在于：步驟2)中所述的菌膠團的3種類型具體分類標準為：菌膠團直徑小于100μm為微 型結構;菌膠團直徑介于100～300μm為中型結構;菌膠團直徑大于300μm為大型結構。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于菌膠團顯微圖像分析的活性污泥特性確定方法，其特 征在于：步驟2)中計算菌膠團體積時以菌膠團在數(shù)碼生物顯微鏡觀察面上的投影面積代替 菌膠團體積進行計算。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的一種基于菌膠團顯微圖像分析的活性污泥特性確定方法， 其特征在于：步驟2)中菌膠團的結構特征參數(shù)包括3種類型菌膠團的計數(shù)、菌膠團的體積; 菌膠團結構特征值Z的計算公式為：
Z=m1Mz2/Mz+m2(∑Sz2/∑Sz)+m3(∑Sz/∑Ss)
式中，Mz2/Mz為中型結構菌膠團占總菌膠團的數(shù)量比，Mz2為中型結構菌膠團的顆粒 密度(個/mm2)，MZ為活性污泥中所有菌膠團的顆粒密度(個/mm2);
∑Sz2/∑Sz為中型結構菌膠團體積占所有菌膠團的體積比，反映菌膠團里中型結構菌膠 團的優(yōu)勢程度;
∑Sz/∑Ss為所有菌膠團體積占所有活性污泥顆粒的體積比，反映活性污泥中菌膠團的優(yōu) 勢程度;
m1、m2、m3分別為中型結構菌膠團顆粒密度、中型結構菌膠團體積、活性污泥中菌膠 團的作用權重，m1、m2、m3的具體值由其與活性污泥特性參數(shù)SV、SVI、MLSS、MLVSS 的相關性大小確定，m1+m2+m3=1。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于菌膠團顯微圖像分析的活性污泥特性確定方法，其特 征在于：步驟3)中獲得的關系函數(shù)為：
SV=a1Z+b1
SVI=a2Z+b2
MLSS=a3Z+b3
MLVSS=a4Z+b4。
說明書
一種基于菌膠團顯微圖像分析的活性污泥特性確定方法
技術領域
本發(fā)明屬于污水處理技術領域，更具體地說，涉及一種基于菌膠團顯微圖像分析的活性 污泥特性確定方法。
背景技術
污水處理中的活性污泥是由微生物及無機物、有機物質(zhì)組成的一個松散的絮狀、不規(guī)則 復合體，它是污水中有機污染物吸附與降解的載體。當活性污泥培養(yǎng)成熟或狀態(tài)良好時，會 形成具有一定形態(tài)結構，且結構比較緊密、均勻的生物絮凝體----菌膠團。菌膠團不僅可以保 護對污染物起分解作用的微生物，而且密度較大，有利于在二沉池中完成泥水分離，保證出 水的透明度。
菌膠團的不同密度、不同大小直接反映活性污泥的結構，進而直接影響到污水處理效果。 然而，在實際污水處理運行與控制過程中，由于對活性污泥的微觀結構菌膠團鑒別分析技術 高要求的限制，生產(chǎn)管理人員不能對活性污泥中菌膠團結構進行直接分析，只能通過測定活 性污泥的常規(guī)特性指標如SV(污泥沉降比)、SVI(污泥體積指數(shù))、MLSS(混合液懸浮固 體濃度)和MLVSS(混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度)，來實現(xiàn)對活性污泥狀況的間接分析判斷， 進而對污水處理進行運行控制管理。如中國專利公開號為CN1461733，申請日為2002年5 月31日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為：活性污泥程序的動態(tài)控制方法，該申請案即是通過混合液體懸浮 固形物感測器控制活性污泥系統(tǒng)中的混合液體懸浮固形物，使反應槽中的混合液體懸浮固形 物濃度維持在適當?shù)牟僮鞣秶瑏砜刂莆鬯幚聿僮鳌?/P>
而上述活性污泥的常規(guī)指標只能間接地反映活性污泥的物理性質(zhì)，不能真正反映活性污 泥內(nèi)部的、本質(zhì)的結構。根據(jù)這些間接指標所采用的運行控制是經(jīng)驗性的、模糊的、滯后的。 當發(fā)現(xiàn)活性污泥間接指標出現(xiàn)異常時，活性污泥菌膠團結構已遭破壞，這嚴重地影響了生產(chǎn) 的正常運行。同時，分析上述常規(guī)指標還存在費時費工、時間長的問題。因此，建立一種新 的活性污泥特性分析方法很有必要性。
顯微圖像分析方法是一種先進的物質(zhì)細微結構分析方法，可以彌補活性污泥形態(tài)分析困 難的不足。目前，應用圖像分析方法進行活性污泥結構分析的文獻與專利未見報道。
發(fā)明內(nèi)容
1.發(fā)明要解決的技術問題
本發(fā)明針對現(xiàn)有污水處理運行管理中，無法直接對菌膠團結構進行快速、準確鑒別，而 分析活性污泥常規(guī)指標又存在模糊性與滯后性的問題，提供了一種基于菌膠團顯微圖像分析 的活性污泥特性確定方法，本發(fā)明的技術方案提高了活性污泥分析監(jiān)測的準確性和即時性， 為污水處理運行過程實現(xiàn)有效的工藝參數(shù)調(diào)節(jié)管理提供了強有力的技術支撐。
2.技術方案
為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術方案為：
本發(fā)明的一種基于菌膠團顯微圖像分析的活性污泥特性確定方法，其步驟為：
1)活性污泥菌膠團圖像信息采集：
調(diào)研污水處理廠，對處于不同運行階段、不同污泥狀態(tài)及不同工藝條件下的生化池活性 污泥進行取樣，采用數(shù)碼生物顯微鏡對采集到的活性污泥樣本中菌膠團進行拍攝;
2)菌膠團圖像分析：
a、在數(shù)碼生物顯微鏡自帶的圖形分析軟件環(huán)境中，測量步驟1)采集的活性污泥樣本中 菌膠團的直徑;
b、根據(jù)菌膠團直徑大小將活性污泥中菌膠團分為微型結構、中型結構、大型結構3種類 型;
c、對步驟b中所述的3種類型的菌膠團分別進行計數(shù);
d、計算菌膠團體積;
e、采用菌膠團結構特征參數(shù)計算菌膠團結構特征值Z;
3)菌膠團與活性污泥特性的相關性分析：
對步驟1)中采集的活性污泥樣本，同時測定其特性參數(shù)SV、SVI、MLSS、MLVSS， 采用曲線擬合方式得出步驟2)獲得的菌膠團結構特征值Z與SV、SVI、MLSS、MLVSS的 關系函數(shù);
4)計算待分析活性污泥樣本的特性參數(shù)：
采集待分析活性污泥樣本，采用數(shù)碼生物顯微鏡對待分析活性污泥樣本中菌膠團進行拍 攝，并對該待分析活性污泥樣本重復步驟2)的操作，計算得到待分析活性污泥樣本的菌膠 團結構特征值Z，將該菌膠團結構特征值Z帶入步驟3)獲得的關系函數(shù)中，計算得到待分 析活性污泥樣本的特性參數(shù)。
更進一步地，步驟2)中所述的菌膠團的3種類型具體分類標準為：菌膠團直徑小于100μm 為微型結構;菌膠團直徑介于100～300μm為中型結構;菌膠團直徑大于300μm為大型結構。 研究表明微型結構的菌膠團容易被水力剪切力所破壞，主要存在于活性污泥培養(yǎng)初期。中型 結構的菌膠團大小適中、形態(tài)規(guī)則、質(zhì)地均勻、表面光滑平整，既有很好的沉降性，又不影 響傳質(zhì)，為理想的菌膠團。且中型結構的菌膠團由絲狀菌連接，菌膠團結構比較緊密，不容 易被破壞。大型結構菌膠團形態(tài)不規(guī)則、比較松散，雖然容易沉降，但由于顆粒太大，不利 于氧氣與有機物的傳質(zhì)。將菌膠團大小按照其功能進行分類，可以更好地為通過菌膠團大小 判斷活性污泥特性提供依據(jù)。
更進一步地，步驟2)中計算菌膠團體積時以菌膠團在數(shù)碼生物顯微鏡觀察面上的投影 面積代替菌膠團體積進行計算。
更進一步地，步驟2)中菌膠團的結構特征參數(shù)包括3種類型菌膠團的計數(shù)、菌膠團的 體積;菌膠團結構特征值Z的計算公式為：
Z=m1Mz2/Mz+m2(∑Sz2/∑Sz)+m3(∑Sz/∑Ss)
式中，Mz2/Mz為中型結構菌膠團占總菌膠團的數(shù)量比，Mz2為中型結構菌膠團顆粒密 度(個/mm2)，MZ為活性污泥中所有菌膠團的顆粒密度(個/mm2);
∑Sz2/∑Sz為中型結構菌膠團體積占所有菌膠團的體積比，反映菌膠團里中型結構菌膠 團的優(yōu)勢程度;
∑Sz/∑Ss為所有菌膠團體積占所有活性污泥顆粒的體積比，反映活性污泥中菌膠團的優(yōu) 勢程度;
m1、m2、m3分別為中型結構菌膠團顆粒密度、中型結構菌膠團體積、活性污泥中菌膠 團的作用權重，m1、m2、m3的具體值由其與活性污泥特性參數(shù)SV、SVI、MLSS、MLVSS 的相關性大小確定。即根據(jù)實驗觀察的數(shù)據(jù)，分別作出中型結構菌膠團顆粒密度與SV、SVI、 MLSS、MLVSS的相關性分析得到4個相關性系數(shù)R11、R12、R13、R14;同理，可得中型結 構菌膠團體積與SV、SVI、MLSS、MLVSS的4個相關性系數(shù)R21、R22、R23、R24;活性污 泥中所有菌膠團體積與SV、SVI、MLSS、MLVSS的4個相關性系數(shù)R31、R32、R33、R34; 再根據(jù)下列公式分別計算m1、m2、m3：
m1=R1max/(R1max+R2max+R3max)
m2=R2max/(R1max+R2max+R3max)
m3=R3max/(R1max+R2max+R3max)
式中，R1max、R2max、R3max分別為R11～R14，R21～R24，R31～R34中最大值，m1+m2+m3=1。
更進一步地，步驟3)中獲得的關系函數(shù)為：
SV=a1Z+b1
SVI=a2Z+b2
MLSS=a3Z+b3
MLVSS=a4Z+b4。
3.有益效果
采用本發(fā)明提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果：
(1)本發(fā)明的一種基于菌膠團顯微圖像分析的活性污泥特性確定方法，其直接對菌膠團 結構進行鑒別，對活性污泥特性的分析快速、準確，避免了分析活性污泥常規(guī)指標存在的模 糊性與滯后性的問題，可更好地調(diào)節(jié)運行參數(shù)，培養(yǎng)出更有活性的污泥，對于提高活性污泥 法污水處理過程的運行管理效率，具有非常重要的現(xiàn)實意義;
(2)本發(fā)明的一種基于菌膠團顯微圖像分析的活性污泥特性確定方法，使用范圍廣泛， 主要的污水生物處理工藝(如活性污泥法、接觸氧化法等)中，都存在著活性污泥菌膠團， 都可利用本發(fā)明的方法進行活性污泥特性分析，在污水生物法處理領域具有廣泛的應用前景;
(3)本發(fā)明的一種基于菌膠團顯微圖像分析的活性污泥特性確定方法，以菌膠團在數(shù)碼 生物顯微鏡觀察面上的投影面積代替菌膠團體積進行計算，且對菌膠團的直徑測量、計數(shù)和 體積的計算均在數(shù)碼生物顯微鏡自帶的軟件中自動完成，方法簡單、高效。
