本发明专利技术公开了一种用于研究MBR中活性污泥物性的粘滞性模型，包括基于活性污泥的连续性分析和流变性分析，基于活性污泥的连续性分析由活性污泥中污泥颗粒沉降速度和活性污泥中污泥颗粒的粒子速度达到液体流速所需的滞后时间两部分组成，而基于活性污泥的流变性分析为添加铁盐絮凝剂前后对掺有活性污泥所构成的混合溶液样品的流变性分析；本发明专利技术应用气、液两相模型来代替三相模型，大大简化了计算量，有效的避免了现有技术中，多过程与繁琐计算量的情况，并将固、液两相的混合物简化为一个单一连续相，再分析出该固、液两相的混合物流变性情况，进而得出适于描述不同浓度活性污泥悬浮物流变性的粘滞性模型。
A Viscosity Model for Studying Physical Properties of Activated Sludge in MBR
【技术实现步骤摘要】
一种用于研究MBR中活性污泥物性的粘滞性模型
本专利技术涉及活性污泥模型
，具体为一种用于研究MBR中活性污泥物性的粘滞性模型。
技术介绍
活性污泥是微生物群体及其所依附的有机物质和无机物质的一类总称，它可分为好氧活性污泥和厌氧颗粒活性污泥，活性污泥主要用于处理污废水。活性污泥法则是利用悬浮生长的微生物絮体来处理污废水的一类好氧处理方法。活性污泥的流变性在MBR中起着重要的混合、凝结和曝气作用，同时也影响着活性污泥的处理与管理。而随着含铁量的增加，MBR中活性污泥悬浮物的浓度增加，其它因素例如结合水含量和粒径分布则可能会随着活性污泥流变性的变化而变化。依据以往的研究结果表明，在没有金属絮凝剂的情况下，混合液表现为非牛顿流体状，这种多相基质的流变学对MBR的整体流体动力学影响不大。然而，文献中并未记载关于添加二价金属盐对活性污泥流变性的影响，或是由此产生的活性污泥密度和粘度的变化对膜表面附近的运输现象产生影响的相关信息。首先，被检测的流体是固体、液体和空气的三相混合物。在大规模的MBR中来研究曝气对膜过滤区流体动力学的影响，需要在涉及气相和固相之间的相互作用系统中建立湍流模型，计算量很大。且相关人员在计算流体动力学模型中对活性污泥输运方程进行耦合时，结果导致计算量呈指数增长。因而，是否可用气、液两相模型代替三相模型最重要的是评估液相能否来表征固相的特性。而这项工作可通过测量活性污泥中二价铁离子的沉降速度和评估活性污泥中污泥颗粒的粒子速度达到液体流速所需的滞后时间来实现。其次，若将固、液两相的混合物简化为单一连续相，则需要在计算流体动力学模型中考虑该混合液的流变性，即在此基础上，需研究得出添加絮凝剂前后，混合溶液样品的流变特性，并建立可用于描述不同浓度的活性污泥悬浮物流变特性的数学模型。为了解决上述缺陷，现提供一种技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于研究MBR中活性污泥物性的粘滞性模型，本专利技术应用气、液两相模型来代替三相模型，大大简化了计算量；有效的避免了现有技术中，当模拟曝气对膜过滤区流体动力学的影响因素时，需要在涉及气相和固相之间的相互作用系统中建立湍流模型，进而使得计算量很大，以及在对流体动力学模型中的活性污泥输运方程进行耦合时，导致计算量呈指数增长的情况；并将固、液两相的混合物简化为单一连续相，再分析出该混合液的流变性情况，进而得出适于描述不同浓度活性污泥悬浮物流变性的粘滞性模型。本专利技术所要解决的技术问题如下：(1)如何提供一种有效的方式，来测量活性污泥中二价铁离子的沉降速度和评估活性污泥中污泥颗粒的粒子速度达到液体流速所需的滞后时间；(2)如何在固、液两相的混合物简化为单一连续相的基础上，来研究得出添加絮凝剂前后，混合溶液样品的流变特性。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种用于研究MBR中活性污泥物性的粘滞性模型，包括基于活性污泥的连续性分析和流变性分析，基于活性污泥的连续性分析由活性污泥中污泥颗粒沉降速度和活性污泥中污泥颗粒的粒子速度达到液体流速所需的滞后时间两部分组成，包括如下步骤：S1：将膜过滤区中的污泥颗粒受到的三类分力依次标定为FD、FH和FG，且FD表示为污泥颗粒的粒子速度v与液体流速u的差异所导致的拖拽力，FH表示为高浓度固体存在时，污泥颗粒的粒子所受到的阻碍力，FG表示为重力和浮力所引起的污泥颗粒的粒子增加的重力；S2：先依据公式其中ρP表示为污泥颗粒的粒子密度、ρ表示为流体密度、dP表示为污泥颗粒的粒子等效球直径，再基于S1中FD、FH和FG的共同作用，即在匀速流动中的单个污泥颗粒的粒子运动方程为其中v表示为污泥颗粒的粒子速度；S3：当液体流速u为零且污泥颗粒的粒子仅做垂直运动时，污泥颗粒的粒子速度v将等价于污泥颗粒的粒子沉降速度vs，即有而当污泥颗粒的粒子沉降速度vs趋于稳定，则时，即有S4：当污泥颗粒的粒子沉降速度vs远小于液体流速u时，则将FH和FG忽略不计，即有其中(u-v)表示为污泥颗粒的粒子滑移速度，即有而当污泥颗粒的粒子在远小于1时，则用斯托克斯定律来得出阻力系数而当污泥颗粒的粒子速度v增加至趋于液体流速u，则时，滞后时间ts表示为而基于活性污泥的流变性分析为添加铁盐絮凝剂前后对掺有活性污泥所构成的混合溶液样品的流变性分析，包括如下步骤：A1：先将活性污泥从添加铁盐絮凝剂前后的MBR中的膜区处分别提取，并使用容量为1000毫升的刻度瓶来将活性污泥样品进行收集，再将活性污泥样品置于沉降筒中进行测量；A2：先采用5s-1的速度梯度来对沉降筒内的活性污泥样品进行搅拌，再将经搅拌的活性污泥样品进行三次测量，并取三次测量的均值作为粒子的平均粒径，且以容积式粒径分布的平均粒径d来表示活性污泥粒子的平均粒径；A3：分别对无铁盐絮凝剂和加入铁盐絮凝剂时的活性污泥粘度进行测定操作，并将获取到的流变数据进行分析。进一步的，步骤A3中的测定操作为：D1：先将铁盐絮凝剂存在时的活性污泥混合液悬浮物的浓度控制在10-13g/L之间，再将沉淀的活性污泥去除，同时将上清液导出并稀释已沉淀的浓缩液，以得到混合液悬浮物的浓度在3-16g/L之间的样品；D2：采用BrookfieldDVIII超流变仪与锥式测量探针的实验方法相结合来对D1中的活性污泥样品粘度进行测量，当混合液悬浮物的浓度位于3-9g/L但不包括9g/L时，采用锥角为3°、半径为24mm的锥体主轴来测出活性污泥样品粘度，当混合液悬浮物的浓度位于9-16g/L时，采用锥角为1.5°、半径为12mm的锥体主轴来测出活性污泥样品粘度，再对其进行水洗操作，并将活性污泥样品的温度控制在24-26度、剪切速率控制在20-500m-1，三次重复实验取平均值以得出流变数据。进一步的，步骤A2中的测量需控制在活性污泥样品采集后的1小时内，且所有沉降速度的测量时长均需控制在4分钟内。进一步的，步骤A2中是依据Malvern2000和APHA标准法相结合来对活性污泥样品进行测量操作。进一步的，步骤A3中是将流变数据导入电脑并使用RheocalcV3.1软件来对其进行分析操作。本专利技术的有益效果：本专利技术应用气、液两相模型来代替三相模型，大大简化了计算量；有效的避免了现有技术中，当模拟曝气对膜过滤区流体动力学的影响因素时，需要在涉及气相和固相之间的相互作用系统中建立湍流模型，进而使得计算量很大，以及在对流体动力学模型中的活性污泥输运方程进行耦合时，导致计算量呈指数增长的情况；并将固、液两相的混合物简化为单一连续相，再分析出该混合液的流变性情况，进而得出适于描述不同浓度活性污泥悬浮物流变性的粘滞性模型。附图说明为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1为本专利技术的膜过滤区污泥颗粒受力示意图；图2为本专利技术的添加与不添加铁絮凝剂的MBR中颗粒粒度分布示意图；图3为本专利技术的剪切应力与表面粘度随剪切速率变化示意图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种用于研究MBR中活性污泥物性的粘滞性模型，包括基于活本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于研究MBR中活性污泥物性的粘滞性模型，包括基于活性污泥的连续性分析和流变性分析，其特征在于，基于活性污泥的连续性分析由活性污泥中污泥颗粒沉降速度和活性污泥中污泥颗粒的粒子速度达到液体流速所需的滞后时间两部分组成，包括如下步骤：S1：将膜过滤区中的污泥颗粒受到的三类分力依次标定为FD、FH和FG，且FD表示为污泥颗粒的粒子速度v与液体流速u的差异所导致的拖拽力，FH表示为高浓度固体存在时，污泥颗粒的粒子所受到的阻碍力，FG表示为重力和浮力所引起的污泥颗粒的粒子增加的重力；S2：先依据公式
【技术特征摘要】
1.一种用于研究MBR中活性污泥物性的粘滞性模型，包括基于活性污泥的连续性分析和流变性分析，其特征在于，基于活性污泥的连续性分析由活性污泥中污泥颗粒沉降速度和活性污泥中污泥颗粒的粒子速度达到液体流速所需的滞后时间两部分组成，包括如下步骤：S1：将膜过滤区中的污泥颗粒受到的三类分力依次标定为FD、FH和FG，且FD表示为污泥颗粒的粒子速度v与液体流速u的差异所导致的拖拽力，FH表示为高浓度固体存在时，污泥颗粒的粒子所受到的阻碍力，FG表示为重力和浮力所引起的污泥颗粒的粒子增加的重力；S2：先依据公式其中ρP表示为污泥颗粒的粒子密度、ρ表示为流体密度、dP表示为污泥颗粒的粒子等效球直径，再基于S1中FD、FH和FG的共同作用，即在匀速流动中的单个污泥颗粒的粒子运动方程为其中v表示为污泥颗粒的粒子速度；S3：当液体流速u为零且污泥颗粒的粒子仅做垂直运动时，污泥颗粒的粒子速度v将等价于污泥颗粒的粒子沉降速度vs，即有而当污泥颗粒的粒子沉降速度vs趋于稳定，则时，即有S4：当污泥颗粒的粒子沉降速度vs远小于液体流速u时，则将FH和FG忽略不计，即有其中(u-v)表示为污泥颗粒的粒子滑移速度，即有而当污泥颗粒的粒子在远小于1时，则用斯托克斯定律来得出阻力系数而当污泥颗粒的粒子速度v增加至趋于液体流速u，则时，滞后时间ts表示为而基于活性污泥的流变性分析为添加铁盐絮凝剂前后对掺有活性污泥所构成的混合溶液样品的流变性分析，包括如下步骤：A1：先将活性污泥从添加铁盐絮凝剂前后的MBR中的膜区处分别提取，并使用容量为1000毫升的刻度瓶来将活性污泥样品进行收集，再将活性污泥样品置于沉降筒中进行测量；A2：先采用5s-1的速度梯度来对沉降筒内的活性污泥样品进行搅拌，再将经搅拌的活性污泥样品进行三次...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪菲，王远，大卫·韦特，纪超，
申请(专利权)人：江苏新宜中澳环境技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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