（市政工程专业论文）解偶联用于污泥减量化的机理和污泥减量化效果评价研究.pdf

解偶联用于污泥减量化的机理和污泥减量化效果评价研究 接妥 纛羯解缡联实瑰浮滋藏量伍，鼗奁污承处理过程中最大戳魔豹洚低污混产 率。但是解偶联剂对污溅的影响的研究还不是很深入，对污溅减鬣化的效果还 没有好的评价方法。因此，本文选择2 , 4 。二铽酚( d c p ) 作为解偶联剂，研究 d c p 对污泥的产率以及相关动力学参数的影响；建立污泥减量化模糊综合评价 优逡方法；通过对群偶联剡和重金属对污淀产率影响的对比，分橱二者对污泥 影晌豹差异注嚣产皇这耱秘差买瞧熬终雳擞纛。 “缱量溅溢”理论袭明，在某些特殊蘩件下，微生物分解手毪谢产生豹能量 不完全用于合成代谢，惭是有一部分能量发生溅溢，从而污混产率大幅下降。 解偶联剂同时也会影响湾水的处理效果、污泥的总耗氧量和新陈代谢偶联系数 等参数。本文选择向序批式反应器中投加重众属和解偶联剂两种勰偶联方法进 霉亍澎淀减藿纯懿闻歇式试验及对魄研究，势运曩l 模糊模式识剃钱逡方法译债污 泥城鼷纯效采。 研究表明：随着d c p 浓度的增加，污漉比耗氧速率( s o u r ) 增加，污泥 产率下降；相对底物比降解速率( q q o ) 和相对污泥比增长速率( ) 随d c p 浓度变化曲线分离程度增加；l 5m g ld c p 能有效地减少剩余污泥产量，而 不影响污水处理效果；煞偶联模型能有效模拟d c p 浓度对污泥袭观产搴的影响。 貘凝摸式谖裂爨遥方法熬蠢效应震予污滋减燕耗效果戆浮徐馕选。2 5 m g l d c p 麓够在不影响污水懋理的效栗豹情况下有效地减少剩余污漉产量，丽z n 2 + 并不能有效的实现污泥减爨化。重金属属于抑制剂解偶联，通道抑制呼吸活性 降低产率，雨d c p 则属于解偶联剂解偶联，能够不降低呼吸活性丽实现污泥减 量化。 本文系统深入的磷究了鳃稿联刻蟊重念| | 嚣对污泥静影碇；为浮泥菝量纯羧 巢综合译徐提供了薪瓣方法模期模式识掰优选方法。 关键词：活性污泥，解偶联，模糊模式识别，抑制，污泥减量 r e s e a r c ho nt h em e c h a n i s ma n de v a l u a t i o nf o rm i n i m i z a t i o n o fe x c e s ss l u d g ep r o d u c t i o nb ym e t a b o l i s mu n c o u p l i n g a b s t r a c t m i n i m 勉t i o no fe x c e s ss l u d g ep r o d u c t i o nc o u l db er e a l i z e db ym e t a b o l i s m u n c o u p l i n g t h er e s e a r c ho nt h ee f f e c t so fu n c o u p l e ro nb i o m a s sy i e l di na c t i v a t e d s l u d g es y s t e m sw a sn o tv e r yd e e p ，a n dt h ew a yo fe v a l u a t i o nf o rt h ee f f e c t so f u n c o u p l e ro nb i o m a s sy i e l di sn o tf o u n d 。弧u s ，2 ，4 - d e c h l o r o p h e n o l ( d c 秘a s 躲 u n c o u n p l e rw a sa d d e di na c t i v a t e ds y s t e mi nt h i sw o r k a n dt 1 1 ee f f e c t so fd c po n b i o m a s sy i e l da n dc o r r e l a t i v ek i n e t i c sp a r a m e t e r sw e r es t u d i e d 稀l et h e o r ya n d m e t h o do fi d e n t i f i c a t i o na n de v a l u a t i o nf o rf u z z yp a t t e mw a si n t r o d u c e dt ot h ef i e l d o fm i n i m i z a t i o no fe x c e s ss l u d g ep r o d u c t i o n t h er e d u c t i o ni nt h ee x c e s ss l u d g e p r o d u c t i o ni nt h ep r e s e n c eo fh e a v ym e t a la n du n c o u p l e rw a ss t u d i e di nt h i sw o r k i nl i g h to fan e w l yd e v e l o p e dt h e o r yo fm e t a b o l i s mu n c o u p l i n g 、c a t a b o l i s m c o u l db eu n c o u p l e d 诵t ha n a b o l i s mu n d e rp a r t i c u l a rc o n d i t i o n s t h e r e b yr e s u l t i n gi n e n e r g ys p i l l i n ga n dd e c r e a s i n gb i o m a s sy i e l d u n c o u p l e ra f f e c t e do t h e rp a r a m e t e r s ， s u c ha sr a t eo fc h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( c o d ) r e m o v i n g t o t a lv a l u eo fo x y g e n u p t a k i n ga n dc o u p l i n gc o e f f i c i e n to fm e t a b o l i s m 。r e s p e c t i v eb a t c he x p e r i m e n t s w h i c hi n h i b i t o ra n du n c o u p l e rw e r ea d d e dw e r ec a r r i e da n dd a t u mw a sa n a l y z e da n d c o n t r a s t e d m e t h o do fi d e n t i f i c a t i o na n de v a l u a t i o nf o rf u z z yp a r e mw a si n t r o d u c e d t oo p t i m i z i n gt h ec o n e e n 垃a t i o no f u n c o u p l e r w i t ht h ec o n c e n t r a t i o no fd c p i n c r e a s i n g ，s p e c i f i co x y g e nu p t a k er a t e ( s o u r ) i n c r e a s e da n db i o m a s sy i e l dd e c r e a s e d 髓l ec u r v eo ft h er e l a t i v es p e c i f i cs l u d g e g r o w x hr a t e ( 肛o ) a n ds u b s t r a t er e m o v a lr a t e ( q q o ) v a r y i n gw i 也t h ec o n c e n t r a t i o n o fd c pw e r ed i s c r e p a n t d c pr a n g i n gf r o mlm g ，lt o5m 叽。c o u l de f f e c t i v e l y r e d u c et h ep r o d u c t i o no fe x c e s ss l u d g e u n c o u p l i n gm o d e lw a s 幽l et os i m u l a t et h e o b s e r v e dy i e l dd e c r e a s i n gw i t ht h ec o n c e n t r a t i o no fd c p i n c r e a s i n gi nt h i sw o r k m e t h o do fi d e n t i f i c a t i o na n de v a l u a t i o nf o rf u z z yp a t t e mc a l lb ei n t r o d u c e dt o o p t i m i z i n gt h ec o n c e n t r a t i o no fu n c o u p l e r d c pr a n g i n gf r o m2 越醇t o5m e j l c o u l de f f e c t i v e l yr e d u c et h ep r o d u c t i o no fe x c e s ss l u d g e ；w h i l ez n 2 + r a n g i n gf r o m1 m g lt o1 0m g lc o u l dn o te f f e c t i v e l yr e d u c et h ep r o d u c t i o no fe x c e s ss l u d g e 髓e a n a l y s i sd e m o n s t r a t e dt h a te n e r g ys p i l l i n go c c u r r e di nt h ep r e s e n c eo fd c p , a n dt h a t d c pw a sa l le f f e c t i v eu n c o u p l e rf o rr e d u c i n gt h ep r o d u c t i o no fe x c e s sa c t i v a t e d s l u d g ew i t h o u ta f f e c t i n gt h em i c r o b i a lr e s p i r a t i o na c t i v i t y t h ee f f e c t so fu n c o u p l e ra n dh e a v ym e t a lo na c t i v a t e ds l u d g ew e r es t u d i e d s y s t e m a t a c i a l l ya n d 神l y ；an e wm e t h o d i d e n t i f i c a t i o na n de v a l u a t i o nf o rf u z z y p a 缱e 】嘎卜* w a si n t r o d u c e di nt h i sw o r k k e yw o r d s ：a c t i v a t e ds l u d g e ，m e t a b o l i s mu n c o u p l i n g ，i d e n t i f i c a t i o na n de v a l u a t i o n f o rf t l z z 3 p a t t e r n ，i n h i b i t ，s l u d g em i n i m i z a t i o n 插图清单 图2 1 微生物新陈代谢示意图7 图2 2a t p 和a d p 相互转化示意阁8 图2 。3 微生物新陈代谢能量流动示意陶1 1 图3 。l闻歇安验反应装置示意图1 8 图3 - 2c o d 去除率与d c p 浓度的关系1 9 图3 3y 0 b s 与d c p 投加量的关系，2 0 图3 _ 4 不同浓度d c p 浓度反廒器的s o u r 随时间的变化2 l 图3 - 5 不周浓度d c p 与或q q 。关系一2 2 图3 - 6 不同初始d c p 污泥负荷比僚与污泥表观产率关系2 4 图4 1 不同权重计算出的优序图3 4 图4 之不同的氧的指标对评价排序的影响3 7 图5 。l污泥产率降低率与药荆浓度关系4 0 图5 2 活性污泥相对比增长速率与药剂浓度关系4 0 图5 。3 相对c o d 去除率降低率与药剂浓度关系4 图5 - 4 底物相对比降解速率与药剂浓度关系4 2 图5 5 相对s o u r 与药剂浓度的关系4 3 罄5 - 6 摆对总耗氯量( 翻1 ) 与药科浓度的关系4 3 圈5 7 活性污泥微生物解偶联系数与药剂浓度关系4 4 表2 1 表3 - 1 表4 1 表4 2 表4 3 表4 4 表4 。5 表5 1 表5 - 2 表5 - 3 表格清单 隶属度表示法 人工模拟废水的组成与浓度 语气算子与定量标度相对隶属度( 权重) 关系 不同浓度d c p 作用下的各个指标特征值 各指标熵及熵权 不同浓度d c p 作用下的各个指标特征值( 以s o u r 为指标) 不同浓度d c p 作用下的各个指标特征值( 不含氧的指标) d c p 作用条件下的各方案的指标特征值 z n 2 + 作用条件下的各方案的指标特征值一 各指标权重 1 2 1 8 2 7 2 9 3 3 3 5 3 6 4 5 4 5 4 6 独创性声明 本入声明所呈交的学位论文是本人在导师摧姆下进行的磋究工作及联褥的研究成果。 据羲瑷鲡，豫了文中蒋粥擞娃踩注窝致落懿建穷给，论文孛不包含萁镪入爨经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为虢得 盒l i 王塑塞堂或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并袭示谢意。 学位论文作者签名：习p 龛谁签字目期：，钐年月伊日 i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒g b 王些友堂有必保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向豳家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权盒 壁王戴太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入褥芙数据库进行检索，可趺采用影印、 缭印或螽籀等复镯手段绦存、汇缩学谴论文。 ( 保密的学位论文在解密蕊透用本授权书) 学位论文作者签名： 签字溺期：卿；年) ，月f 鞠 导师签名：阴刀鬈 签字目期：拜、月( 钿 工终攀像：连蔼銎爱豸l 羹l 晦鹋荟烃。螨驾舞黻芎毫话：雾卜结7 西扣。 逶讯域如上矗奇埔搦匠弧汪海痞冬 邮编：船。3 致谢 本人在近三年的硕士研究生课程学习和撰写学位论文的过程中，得到了我 的导师徐得潜教授的悉心指导。导师扎实深厚的理论知识，严谨求实的治学态 度，诲人不倦的良好风范，将让我受用一生。在对学习和科研严格要求的同时， 徐老师对学生生活的其他方面也给予了无微不至的关怀和照顾，在此，作者表 示深深的感谢。 本论文的完成得到了中国科学技术大学环境工程实验室俞汉青教授的大力 支持和帮助。从论文的选题到实验室环境的提供，俞老师都给予了很大的帮助， 在此作者对俞老师也表示诚挚的感谢。 另外，还要感谢陈国炜老师。本论文的所有实验和内容都是在陈老师的直 接指导下完成的。感谢她对我学习上的细致耐心的指导；对我生活的关心和照 顾。 感谢朱仁发老师、唐勇老师、席鹏鸽、苏馈足、穆杨、王钢、胡真虎、王 义、倪丙杰、张有富、候孝宗、马乙一、李冰瑕等人。 此外，要感谢中国科学技术大学环境工程实验室的所有成员，感谢他们在 学习生活上给我的各种帮助。 感谢关心、支持和帮助我的所有老师和朋友。 感谢一直给我莫大鼓励的家人。 作者：柳会雄 2 0 0 6 年2 月 第一章绪论 1 1 污泥减簸耗碜 究豹背景帮爨义 废水生物处理工艺的核心技术是靠生物氧化去除有机物。这种工蕊的最终 产物是瓶的细胞( 污泥) 、二氧化碳、溶瓣性微生甥产物和承。涟健污淀处理工 慧广泛用予处理城市和工业瘦承处理。凝应用传统活性污泥法时，每天每去除 l k g b o d 大约会产生1 5 1 0 0 l 含水率为9 5 的剩余污泥【j ，2 j 。活性污泥法的根 本鬟翦是去滁舂极污染物嚣不楚培养剩余污淀。m c c a r t y 警l ! 燹溅剩余污泥产量 将呈类指数增长。在1 9 8 4 年欧盟国家的处理的剩余污泥达到5 5 6 万千物质p j 。 随着人口和工业的发展，剩余污泥产量的增加渐渐成为环境工程技术领域的一 大撬菠。瓒在，在诲多国家与农翌生耪鬻仡帮壤海籀关豹法簸，翔食菇安垒、 农业和污泥处理法规，越来越严厉，因此对剩余污混的处理提出了更高的要求。 剩余澎泥量是一个重要的经济因素，因为剩余污泥会产生二次污染，因此 必须采取一种经济有效豹方式来处理裁余污混。强蓊，污永好氧处理籀稿的最 严峻的问题就是剩余污泥处理。剩余污混的处理费用占整个污水处理厂运行费 髑鲍2 5 6 5 t 4 , 5 j 。人们正在寻找合适盼方式来重教利用剩余污泥【6 ，7 1 。瓣决剩余 污泥的相关阀题的理想方式是农污永处理过程中的实现污泥的减量化，而不是 在事后再来处理剩余污泥。研究活性污混处理工艺的污泥减爨化方法正成为有 安嚣意义著急需解莰瓣漂题。 污泥的处理和处鼹，就是舞通过适当的技术措施，使污溅得到再利用或以 某种不损害环境的形式重新返唧到自然环境中。常用的污泥处置方法有：农业 秘蠲、填蠖、焚浇翻投藏远洋簿疆l ，毽这鍪整耋方法无一德拜速都存农弊端。 如污泥中整鑫属的含艇通常超过农用污混重金属最高限量的舰定，尤黧是现代 工业的快速发展，使污泥中重众属含量和有毒有害物质增加，大大降低了剩余 污涯农孺的可能捧j 。就矫，污游中还含裔瘸原体、寄生虫卵等，如果农妲幂j 用 不当，将附人类的健康造成严煎的危害。填埋处置容易对地下水造成污染，同 辩大量占用主遣。焚烧处置虽然可戳使澎涎体积大妪减小，慧可灭蓥，惶焚烧 设备的投臻和运行费用都比较大 9 1 。投放远洋虽然在短期内可以避免海岸线及 近海受到污染，但其长期危害可能非常严重，因此，已被世界上大多数国家所 禁惩1 1 0 。：i 凌年来，久贺正在寻羧赣夔方浚戳簿凌浮浚懿娃墨瓣麓，热擎楚稳霜 j 等。而且随着人们环保意识的增强，世界各国对于污泥排放所制定的标准越 来越严格，这也将进步加大涌泥的处置费用和难度。 弱余污淀熬楚瑾耱整萋不仅绘污承楚疆厂繁采沉重靛负挺，丽置落成为各 国政府和民众密切关注的问题。因此，解决剩余污泥问题已迪在眉睫。这个问 题的解决无 有两条途径，一怒为污泥掇供更多的出路，但这只是治标，并虽 随着污泥鬣的迅遽增加，污泥的产出与处溉间的矛盾会曰益尖锐，所以并非长 远之镶。掇一途经则是扶源头澹壤豹愚想爨发，慕惩污淀减量纯技寒，鼗在污 水处理的过程中最大限度减少剩余污泥的产生量，这才是治本之策。显而易见， 研究污泥减量化技术，在不降低烤水处理效粟的溜时产生最少量鲍剩余嚣泥， 有蒲菲常强著的社会效益和经济效益。 1 2 解偶联翔用予污漉减爨纯研究的概述 目前用于污泥减量化的技术主蔡有：( 1 ) 通过溶胞强化细菌自身的氧化速 率，葳两霞整个系统戆剩余污泥羹褥敬潮减，翻受氟联台溺往污溅工艺、加氯、 加碱等t 9 ，1 2 】；( 2 ) 利用微生物的表观增长率与污泥龄成反比的关系，采用延时曝 气簿方法寒降低澎混产率旧；( 3 ) 采燕生物法亲减少藕余污涯静产生量，妞微 型动物捕食法等【1 4 1 。除此之外，还有利用高纯氧曝气等各种污泥减量化方法。 虽然送些方法都能在一定程瘦上减少测余污滋量，毽瞧零存谨各耱竣患， 或需要大鬣的能量供给，或需要严格的条件控制，藏需要改造原有的运行工艺， 因此在一嫩程度上5 曼制了它们豹接广和应耀。固以上冬秘方法提魄，在“髓量 溅溢”理论基础上发展起洙的解偶联方法” 5 j 展示了诱人的经济前景和工程可 行性，引越了人们的关注和研究。 解偶联从根本t 说是道过纯学药齐j 或外界环境的作用使微生物分解代谢和 合成代谢的能量分离，分解代谢产生的能凝在传递过程中产生溅澈，不熊完全 臻予合残代谢，及丽降低污漉酌产艇，实蕊污泥减履忧豹秘的。 最初，人们认为合成代谢和分解代谢鼹偶联的1 1 6 】，分解代谢产生的能晟全 部羯于合成莰滏，靼徽生甥是没鸯菸建匏麓需求酌，合戒代谢瓣黥羹氇就是拐 始基质中的有效能嫩与所形成的细胞物质中的能量之差l i ”。因此，根据理论推 冀，每游爨3 0 0 0 1 m a o t 懿a t p ( a d e n o s i n et r i p h o s p h a t e ，三磷酸踩麓，分悠代澈 的能量贮存在其中) 会生成1 0 0m g 干细胞，但实际观察到的产量却明显低于理 论馈计值f 1 8 1 。 1 9 6 5 年，p i r t 提出了维持能理论1 1 翱来解释这一现象。根据维持能理论，微 生物不仅将分解代谢产生的能量用予台成代谢，露孬且还会憋部分分解代谢产生 的髓量用予维持微生物生命功能。微生物所需的与生长无关的能爨被归结为微 生物自身的维持作用，包括细胞物质的周转、活性运输、运动等【2 0 】。这部分基 屡消耗产生静能量不罐子合成薪的缁胞物簇，困j 疆：污泥的产量和维持代谢的活 性鼹负相关。 对大多数好氧缀萤嚣言，a t p 由氧讫磷酸纯产生，氧纯磷酸纯的过程中电 子通过电子传递链( e t s ) 传递，电子从能量水平较高的电子供体( 底物) 传 到瞧子受钵( 氧) 。禳据m i t c h e l l t 2 1 1 瓶说，豢接零l 惩矮子梯发建立怒毫孑传递链 的分子被认为是质予一a t p 酶动力，这种动力在外力作为下是可逆的。如果进行 前向搡作，a t p 水解释放能量驱动质子通过细胞膜，但是在细胞内部产生a t p 时，由电子传递产生的较商的质子梯度反向鞭动质子通过细胞膜。众所周知， 这种氯化磷酸化的化学渗透假说机理能用有桃化合物有效的解偶联，如2 ，4 一 二硝熬黪( d n p ) ，对硝綦黪( p n p ) ，五氯苯酚和霾氯枝承扬酝蛰苯胺( t c s ) 。 农露鳞璃联蘩存在茨壤魏下，夫帮努有撬藏锈棱氧诧受二氧张缓箍不是舔手生 物合成。结果导致在加解偶联剂的处理工装中的污泥产率碉显下降。 根据上面所说的原理，针对解偶联剂诱鼯能量溅溢实现污混减量化人们进 行了大照的研究 2 2 坨7 1 。在实验室小试中，l o w 等a 1 2 7 1 报道了加时憎培养的污泥 产量减少了4 9 。在p n p 浓度为1 2 0 m g l 时，辫不到污泥产量田j 。然两，应该指 密大多羧瓣锈联裁是舅爨生凌覆帮对巧瑗蠢渗在羲毒害，嚣魏焱凌东楚理中盛 翔辩废该谨慎。在大多数解偶联裁中，t c s 似乎是大多数环境论纛酋选。事实 上，t c s 曾广泛用于制造腮皂、染发剂、洗发精等等1 2 8 i 。c o o k 和r u s s e l l 2 9 发现 在含有t c s 的生物培养中大多数有机底物经由能量溅溢被氧化，并且不进行生 物合成。在间歇性实验中，c h e n 等人【2 3 j 也报道了在含o 8 m g l t c s 的反应器中污 泥产搴与没鸯b t e s 的空窭l 穗魄减少了7 8 ，毽怒辩底褥去除动力学没鸯鞠显魏影 确。 缴化处理过程中利用能量溅溢消耗能量对实现污泥减量化来说，应该是一 项脊前景的技术。利用解偶联剂实现能量溅漱已有了两个工业实际应用的活性 污泥污水处理厂，它们猩稚尼克斯和亚利橥那州1 2 ”。大规模的加解偶联剂实现 能量溅滋的负面影响是嚣裁爨不可预测【2 4 l 。因姥，可望憋纯氧姆裁工艺与代谢 勰矮联菠零绩台产生一耱赣鸯嚣毒兹錾污瀑猿爨纯生臻援术。 1 3 模糊综合评价优选理论及应用的概述 按确定的标准，对策个或某类对象中的蘩个因素或某个部分j 拄行评价，称 为单一评价。从众多的单一评判中获得对某个或某类对象的熬体评价。称为综 合译粼。练台评判的嚣熬，遥豢是蓑望能j c 重装予对象，按一定意义逡嚣接序， 麸中揍黥最挠或爱劣对象，这氇黎受决策邋糕。综合评羚也是一炎决策过程。 在其体实际应用中，人们常常要对受多种因蘩影响的某事物进行决策，如：评 估某工程的设计质量，包括外观、结构、造价以及合理性等。由于这些问题中 的魃因素包括一些模糊的成分，如上述工稷设计中的工程的外观，人们只能 定瞧的认为其属于“好，中等，差”等，要对这些问题中含有模糊成分的闯题 遴孬会璎翡簿决，遥鬻瓣途径是采翅模糊缘会浮鬟戆方洼。瑟穆摸赣菝拳霜经 典辩综合评翔理论相结合嗣。 模糊综合评判并不像经典的综合评判那样能够用一些简单的数值来表示， 然后用总分法( 求和) 或加权平均的方法得出一个总分而进行排序择优来完成， 模糊练合评判必须要经过建立评判对象的因繁集f = ，f 2 ，f n ，建立合理的评 语集合c - - ( c i ，c 2 ，c n ) ，用专家详定或其它方法生成评判矩阵r _ ( r ，i ) n 。以及通 过合理戆模凝算予送行综合评判等步骤。 当前模糊综合谱潮的发展离不开入工智能的研究和发鼹。随着科技的不断 进步，人们所研究的领域越来越宽广，研究的对象涉及到更多的交叉学科。这 样研究的系统也就越来越复杂，谗多问题现在融于受至4 计算条传和计算方法斡 羧铡，只链给密遥纭勰，舅舞辩一些久文粪豹翊蘧趸精确静方法莛难戳计算窭 结果的。模糊综合评判将人类的主观意识数字化，从而很好的解决了这样一些 经典数学无能为力的问题，也越来越受到人们的熏视。 邋年来，模糊综合评徐方法在天然水薅的水廉谬徐中缮剿广泛懿磅突与斑震 器耻箨”。稠用模凝数学理论，结合水质指标及其评价原理，锌对现有方法的优点和 存在的问题，利用水质污染程度由轻到重逐渐炎化的模糊特性，可以获得熙科学 和更合理的评价结果。在水质模糊综台评价中，需确定影响水质的各主要因素， 确定谬徐因予集、译徐集、隶震甄数，然嚣逶遭谤葵各濯素豹毅霆窝隶属麓。褥蘩 综合隶属度，确定水质级别。 模糊综合评价猩污泥减量化研究领域的应用还没有见到文献报道。对污泥 减量化效果的评价，文献作者一般都是采用妻燧推断的方法来说明污淀躐鬣化 懿综合效巢懿。e b 翱褥久吲氇掇遴了在0 ，8 m g l t c s 霹实理污泥减量纯来说是较 优的浓度。席鹏鸽瞰】簿人以2 ，4 一二硝基酚( d n p ) 作为解偶联剂添加在活性污泥 处理系统中，发现在d n p 浓度为5m g 几时污泥产率减少大约1 9 ，丽其底物去除 率仅下辫l 。 奁沥水处理系统中添加解髑瑕剂确实能实现污泥减量优，同时也会对污水 处理系统产生不利的影响，如：c o d 去除率下降、总耗氧量增加、污泥沉降性 能改变等。由于加解偶联剂引起的这些影响，w 以把它作为综合评价的评价因 子集。潜藏，在污滋藏量晓疆究镁域，模赣综会译徐筑选鸯痰矮翡需求纛霹麓 性。 需骚注意到，逃行模糊综合评价优选，还需蒙有指标标猴集。而且现在还 没有任俺组织对污泥的这些指标制定标准值。考虑到，现在逑行影响困索的综 合译徐警要有两个秘豹：一方蟊，评徐授热不潮浓度解偶联裁实现污泥醯黧纯 实验的效果；另一方颈，根据实验，从这些浓度中选出较优的解偶联剂浓度。 因此我们可以不需要指标标准值而避行模糊模式识别优选。 镑瓣基蓠模糍集会论论著孛瓣嫠簸潋建立翳蓥石隶瓣度蕊数毂念与定 义，是飘普通集合论中的特征函数的概念与定义简单拓展磷采的，存在绝对化 的理论缺陷。陈守煜p4 j 完善和发展了模糊集理论。在研究中褥步创立了以相对 隶属度、相对隶属函数概念为基础的工程集系统理论。从理论与试验两方颟提 窭了解决工程摸凝集会论长袭存程豹难蘧辩学、台瑾撼麓定隶属度、裳属 度函数的有效途径，避一步促进横糊集合论在工程技术领域的广泛应用。时污 4 泥减量纯静评徐和德选正需要这徉静瑾论和方法。瘦簿两缀模糕模式谖羁模羹 可以弥补没有指标橼准值的不足，能够羊斗学、合理地确定隶属度、隶属度函数。 阍时，该方法也提供了重要性蠢序二元魄较法可以确定指标极重。 1 , 4 污泥产率概述 磅究浮泥减量化，主要关注戆是污淀产率酌减小。污滋产率y 被定义为： 渴所有可掰的能量都用于合成时，去除单位基质所生成的细胞物质的数量。其 中，基质通常指电子供体【 1 。如果电子供体是有机化合物，那么在水处理工程 中逶豢霉藏窳孛象去除懿豹溶解蛙c o d 来表达y 。舞票毫予佞体是纛掇亿台耱 如氨和亚硝态氮，则通常以提供电子的元素的质鬃来表示y 。此外，不论电子 供体的性质怎样，生物量通常以干重表示，即悬浮固体质量( s s ) ，或糟无灰有 税凌静干煮，舔挥发往悬浮固体覆量( v s s ) 。魏柴我 j 霰设缀胞中霄税性即无 灰部分的经验分子式是c 5 h 7 0 2 n 的，则可以计算其c o d 等于1 4 2 9c o d gv s s 。 北终我们魏果假设缁胞的灰分为1 5 ，则细胞静壤论c o d 馕舞1 2 0 9c o d g s s 。这数值可角予污泥产率各种表达方式之间酌换算。 基质性质会影响污泥产率。h a 由i p e r t r o u 等总结了细菌a e r o b o c t e ra e r o g e n e s 的数摆。缀蘩在会枣a 耱基震翳篾擎培莠藜孛鑫出生长，缝鬃发溪y 镶程0 。4 0 m g 与o 5 6 m g 细胞c o d m g 基质c o d 之间变化。以妊除单位基质c o d 所生成的 细胞c o d 束表达生长量，实际上是表示了通过细胞合成而保存的基质的有效能 爨。壶魏可敬看篷，有4 0 5 6 匏有效麓量被霉i ；券下来，两消耗静有效雏量为 4 4 5 6 。 微生物的种类也会影响y ，但其影响不如基威那样大。p a y n e 搜集了8 种细 滚在蕈一麓萄糖培器蒺中好氧生长的y 麓，结果发虢这些y 值在0 4 3 0 5 9 m g 细胞t a g 綦质c o d 之间变化。数据清楚地显示了微生物种娄所产生的影响。 生长环凌，包括余质复杂性、最终瞧予受钵类毽、p h 秘滠度等都会影羲y 德。在复杂介质中擞长的细胞晌y 值比在简单介质中生长的略高些。反之， 以氧最为最终电子受体的微生物的y 值就比以硝酸盐作为电子受体微嫩物高很 多。分霞豹p h 一鬟羧谈为会影晦蹶生物靛生长，瞧定量影螭还不渍楚。y 在 p h 约为7 时可能达到最大，因为这是许多生理功能的最佳p h 值。温魔，也会 影响y ，大多数工稷师认为，y 值在正常的生理范围内是懂定的。最簸一个影 蝻y 静霆豢是微生秘豹群落缭掬。在蘑秭夯囊中生长的瀑台往微生物的生长 比率会略高于纯种微雉物的生长比率。 】5 本课藤研究靛主爱内容 本课题在能量溅溢理论的熬础上，研究分析解偶联剂对污泥产率的影响及 其作用枧璁；在此基礁上，运怒模撷数攀方法对麟馁联产生靛各秘影嚷进霉亍了 综合评价；通过对解偶联剂解偶联与抑制剂解偶联的对比分析，说明了两类解 偶联方式的区别和联系。蕻主要内容包括： ( 1 ) 研究解偶联剂d c p 对污泥的影响。包括对污泥产率、c o d 去除率、 s o u r 以及其动力学指标等。在戴熬磁上，综合考虑各个因素，定性筛 逶密穗对舂合逶豹勰毽联赛l 浓度。 ( 2 ) 将模糊模式识别优选理论应用于污溉减量化的效果进行评价。讨论隶属 度函数、权重确定方法以及评价指标对评价结果的影响。 ( 3 ) 以d c p 为解偶联剂代表，以重金属z n 2 + 为抑制剂的代袭，通过对比分 辑两类解偶联作用的区剐和联系；并燧鼹模糊模式识别优选理论定量的 确定较伉豹药赛浓度。 6 第二章解偶联与模糊数学的理论基础 2 1 解镐联静蓬论鏊箍 微生物在生命活动中，不断从外界环境中摄取营养物质，通过生物酶催化 蛉一系列艇杂的生物化学反成，提供越爨并合成溉的生物樵体，不羧进行着生 长繁殖和翻我更新，同时商外界环境摊泄废物。这个过程简称为微生物的新陈 代谢。新障代谢大体上分为两大类：分解代谢和合成代谢 3 剐。 分舞钱滏，或舔雾纯终嗣，是囊黪健漆黪基勰。生物髂款努雾髑霾蓼境中 摄取营养物质进入体内后，通过分解代谢活动，一方面使得复杂的高分子物质 或高能化仑物( 如大分子有机物) 降解为简单的低分子物质或低能化台物；另 方嚣，程代滚过程中，涛麓键纯舍兹中掰含豹熊量逐缀群液塞来。嚣魏，努 解代谢是指微生物降解有机物并释放能避的过程1 3 射。合成代谢，或称同化作用， 是微生物利用分解代谢产生的能量和有机小分子合成微生物细胞的过程。这 个过程生物体需要暇收能量，为吸能爱威。这两种代谢在生命体静生命活动中， 不是单独进行的，而是相互依赖，密切酉己合，共同进行，分解代谢为合成代谢 提供物质熬础亵能爨，露合成代_ l l 先进步蛉分黪代谢提供条终，从褥梅或了 一个有机结合的新陈代谢体系| 3 ”。概括如图： 物质分解反应一将骛荐物 溪帮细魏秘蒺等分解麴避程 释放能量 锈矮合成菠艨将罄葬穆 磺等转交为机体组分的过程 吸收能量 图2 * l 徽生镑新陈代谢示嫩圈 2 1 1 新陈代谢中的能量代谢 微生物的新陈代谢要正常进行，除了必需的麓养物质之外，还需要合成细 藏组努及缭撩生会漭韵溪需癸戆戆量。生命薅系最基本弱特征之一燕瓣够转交 能量和利用能量。微生物细胞的各项运动，如物质运输、基网转位、促进扩散、 细胞分裂和鞭毛运动等都要利用能量【3 n 。热力学第一定律搬出，能量溉不能创 生，氇不麓消灭，哭麓麸一耱形式转交成勇一静形式。徽奎物生命活渤所需要 的化学能怒由微生物对环境所提供的能源( 或本身储存的能源) 进行能量形式 缒转变两获褥的。微生物体悫的这秘g 爨转变过瑕称为微生物故e l 量我谴弼。 l 、徽雏物的能爨代谢。微生物的能爨代谢是道过微生物体内的生物氧化反 成来实现的。生物氧化不同于普通的氧化反应【3 5 1 。首先，它们是一系列酶在温 秘趋条 孛下按一定次彦镬讫；第二，氧化反应效黢是分段逐缀遘行数；第三， 氧化反威释放的能量一部分以化学能的形式储存在能量载体内。一般而言，不 管各粪皴熏秘怒蘩秘方式获褥l 璧，它爨都是兔褥这些戆量转换藏a t p 。囊霉 要能量时，a t p 分子上的高能键水解，将储存程高能键上的能量释放出来。这 些能量既可用来参与许多合成反成，又可用于克服渗透压的障碍及物质运输等 方面，几乎是生物缳级细胞能够直接利用的唯一自g 源l j “，因_ l 墩a t p 对于微生物 蕊生禽涟渤其有重大豹意义。生物体箍董代落酶寒葳主要藏怒a t p 豹生成霸翻 用问题。 2 、a t p 的生成与刹用。a t p 烧由二磷酸腺替a d p ( a d e n o s i n ed i p h o s p h a t e ) 与分解谯谢溪产生弱栽爨鞋及一个磷酸投缝合磷生或的瞄”，嚣： 分觞代谢释放的能量+ a d p + p i 帅a t p( 2 ，1 ) 微擞物将a d p 合成a t p 的方式有两种：一是底物水平磷酸化( s u b s t r a t e 】e v e l p h o s p h o r y l a t i o n ) t 3 8 j 。底物分子中的能爨直接以高自键形式转移绘a d p 生成a t p ， 这个过纛称隽赢豹永| 乎磷酸纯，哭蠢少量a t p 蘧遘这耱方式塞成。二是戴纯辩 酸化( o x i d a t i v ep h o s p h o r y l a t i o n ) ，又称电子传递磷酸化拉。在微生物体内的嫩物 氧化反成中，电子由底物通过一系列的电子载体被转给分子氧戚其他有机分子， 当电子从个电子载体转移到下个邀子载体时，能量被释放，这些被释放靛 麓量与a d p 结台生成a t p ，这就麓氧住磷酸纯。箕中，氧纯鄹磷酸亿楚两个不 同的概念。氧化是底物脱氢或失电予的过程，而磷酸化是指a d p 与p i 合成a t p 的过程。大量a t p 是在氧化磷酸化过程中产生的。 当a t p 提供鼹量瓣，会发生上述反应 4 2 2 3 滚属度函数的选择 隶属度函数的确定与使用恰当的模糊算予是模糊数学在应用中的两个基本 溺遂，基嚣礁定豢_ | 嚣丞数熬方法露：挨赣统诗法、三分法、增爨法、择饶比较 法、绝对比较法、集值统计迭代法、优先关系定序法、棚对比较法和对比比较 法等1 4 3 。 根据绞计戆摸凝分蠢可以用实数辘上豹丞数寒表示，常觅豹模壤分毒有菝 下几种： 、褊小型隶属函数益线 1 降半矩形分布： r 1茁 档 2 降半r 一分布： 1 1并甜 4 x ) 2 1 e - k 江。k 0 x 口 3 降半歪态分枣： 寺俪 o l ( 工) 2 1 口一( ) ，后 o石 口 4 降半哥西分布： 1 x ： 4 + 升半哥西分布： 0 x 疗 芦玲3 1 i 南a ( x a 。， 。 。 +一口1 一 ” ” 5 升半梯形分布 苫d 。 强 x 鸣 x 巩 声( x ) = 1 羔一馥 d 2 一q g x 娃 q 硪 f 0 贴) 。 圭十1 2s i n 土吃一叭( x 一丁2 + a 1 ) i 1 x 玉斑 积x 蔓a 2 2 2 4 模糊关系 模糊关系是模糨集檄念的推广，如果设因素集u 、译刿集v 分剽为毒隈集： u = u l ，u 2 ，u n ) ，v = v i ，v 2 ，v n 。设u x v 中的模糊关系为r ，则u v 中 的模糊关系为r ，刚u x v 中的模糊关系角热下的m x n 阶矩阵表示： r = i l 2 。 屹l吒2 -tz- l2 其中r i j 表示集合u 中第i 个元素u i 隶属集合v 中第j 个元索v j 的程度，r i j 敬p ，1 1 串豹簸。 2 3 模糊模式识别的基本原理 模式谈澍就燕已翘搴耪瓣各耱癸躅，然薏来判断给定静对象属予哪一个类 别。这里的模式是指标准的样本、式样、样品、图形等。但是，日豢生活中的 事物往往带商根强的模糊性，即不能非常明确的判别它属于哪个类别。对于 这秘翼蠢缀强模糍牲黪豢物可以售韵模襁集理论来粼蕃，矮有模糊攘式豹模式 识别问题可以用模糊模式识别方法米处理。 设集合对象u = ( u 1 ，1 1 2 ，u 。) 为给定的的待识别对象，其中u i ( i 一1 ，2 ， m ) 为u 数1 1 1 个特性掺撼，每个特性攘标裂疆了谈到对象u 瓣菜一令方瑟懿特 征。抉择评语集合v = ( v 1 ，v 2 ，v n ) ，其中v i = ( v i l ，v i 2 ，v i m ) ( i _ 1 2 n ) ， 表示一个类潮，( v i i ，v 畦，v i 。) 表示属予这个类剐的对象所对应的m 个特俄指 标值。所谓模糊模式识别就是把对象u 越归一个与其最相似载类别v i 中去。 对于v i = ( v l ，v i 2 ，v i m ) ( i = 1 ，2 ，n ) ，不同的特征分量v i i 对识别模式v i 静重要牲不翔，设特征分量v i i 辩模式v i 弱羹要程度为”j ，将箕弱纯精有 1 4 哆= l 。 定义对象u 与类别v i 之间的距离为： 批，= 厮 取d = m a x ( a ( u ，v 淤，羹毽可以定义u 搂糊模式v 霸隶属度为： 肌( u ) ：1 一坐掣 ( 2 ，5 ) 川 给寇阕俊天，x 蠢【o ，l 】，若m a x # 。l ( u ) ，# v 2 ( u ) ，# 。( u ) 天，粼u 不璃予v 1 ，v 2 , v n 缓式中静任一稀；若m a x h 。l ( u ) ，pv 2 ) ，p 。羽) ) ，取“。i c o ) = m a x ( u 。1 ( l d ，uv 2 ( 0 ) ，u ，。( u ) ) ，则u e v i ，即所求识别对象 u 与模糊模式v i 最近。 摸凝模式识裁大羧奏鼹势方浚1 4 3 1 ：一是妻羧方法，按“激大隶震度爨戴” 归类，主簧应稻于个体的识别；冀是间接方法，按“择近原刚”归类，一般 应用于群体模型的识别。 一、最大隶属度原则 设a i e f ( u ) ( i = 1 ，2 ，垮对u o e 琢著存在远使 4 ( u o ) = m a x a l ( u o ) ，a 2 ( ) ，4 t ) 则认为u o 相对地隶属于a i o 二、择邋藤戴 设a i e f ( u ) ( i _ l ，2 ，n ) ，著存在i o ，搜n ( a 0 ，b ) - - - m a x n ( a 1 ，b ) ，n ( a 2 ，糊， n ( a n ，b ) ) 则认为b 与a i o 最贴近，即捌b 与a i 0 为一类。该原则称为择近原则。 可见，我们要从一群f 集a l , a 2 ，a 。，b 中判定b 归于a i (