曝气条件对浸没式膜生物反应器内流场的影响

为深入研究流场动力学特性对浸没式膜生物反应器系统内膜面污染的控制,应用fluent软件对浸没式膜生物反应器内气液两相流动进行了三维数值模拟研究。采用标准k-ε湍流模型和欧拉多相流模型,考察了改变曝气条件对膜面气液速度场及气含率分布的影响。模拟结果表明,在相同曝气强度下,1 mm曝气孔径下膜面气液两相的速度增加较孔径2mm、3 mm的快;曝气孔径为1 mm时,膜面的液相速度随着曝气强度的增加逐渐增大;曝气孔径为1 mm时,曝气量为5.5m3/h所形成的漩涡区较大,膜面气含率值较高且分布较均匀,气液两相接触面积较大,膜面冲刷效果较好;模拟观察到反应器底部靠近壁面局部气含率较低,不利于活性污泥中微生物的生长,需要进一步优化曝气和反应器结构。     

气升式反应器气液两相流流态特性模拟

为了研究曝气强度对气升式反应器内气液两相流特性的影响，组合多相流Eulerian—Eulerian模型和液相Standardk-ε湍流模型，运用Fluent软件建立了气升式反应器内气液两相流的三维非稳态数值模拟。在曝气管布局方式一定的情况下，模拟计算获得了反应器内x轴截面处不同径向位置的气含率、液速分布情况，计算结果表明，在本文研究的曝气强度范围内，气含率随着曝气强度增加而增加，越靠近曝气池底部，升流区局部气含率越高，且气含率值波动较大；随着曝气强度的增加，曝气孔附近液速增加较明显，但随着气液两相流的上升，液速增加幅度降低；同时采用粒子图像测速（PIV）技术对液相速度进行了实验研究，实验结果与模拟结果吻合性较好。     

膜生物反应器内流场动力学特性的PIV实验研究

浸没式膜生物反应器系统内膜面附近的气液两相流动力学特性对控制浓差极化和膜污染具有重要影响。应用粒子图像测速(PIV)技术对浸没式膜生物反应器内近膜面的液相流场动力学特性进行了研究。采用相分离技术灰度分辨法将通过PIV技术得到的气液两相流场图像中的液相速度场进行辨别,得到膜面附近的液相流场数据,并应用Tecplot软件计算得出液相流的涡量特性。在3 mm曝气孔径,2.5、3.0、3.5、4.5、5.5和6.5 m3/h 6种曝气强度下分析了膜面附近的液相速度场和涡量场。结果表明,曝气强度对液相流场和涡量场的影响较大,在一定范围内增加曝气强度可以使得液相速度和涡量增加,同时,分析了3 mm孔径下圆帽状气泡的动力学特性。研究结果为膜生物反应器系统的优化设计提供了研究经验和实验数据。     

生物氮气/空气混合曝气OLAND-SMBR工艺脱氮

以浸没式膜生物反应器(SMBR)启动OLAND工艺,并对OLAND脱氮工艺性能进行了系统的研究。在OLAND-SMBR工艺运行过程中,采用厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应产生的氮气与空气混合曝气的方式,对膜组件进行曝气冲刷以减缓膜污染。实验结果表明,在反应器成功运行70 d过程中,进水总氮负荷最高可达0.4 kg·(m3·d)-1,TN去除率稳定高于81%;当曝气速率从0.025 m3·h-1上升至0.1 m3·h-1(空气泵和循环泵曝气速率均为0.05 m3·h-1)时,膜的使用周期从4 d延长至14 d,生物气+空气混合曝气方式不仅有效地减缓了膜污染,而且为亚硝化细菌的生长提供了所需的溶解氧。     

曝气速率对附加微通道湍流促进器SMBR流体动力学性能的影响

从CFD数值模拟和PIV实验两方面研究5种不同曝气速率对附加微通道湍流促进器的浸没式平板膜生物反应器中的流体动力学性能的影响,对膜面上液相流速和剪切力随曝气速率的变化进行了分析。从CFD模拟结果与PIV实验结果均可得出,曝气速率为0.5 m/s时附加微通道湍流促进器的浸没式平板膜生物反应器的流体动力学性能要优于其他曝气率下的流体动力学性能,且速度和膜面剪切力平均偏差率分别为7.49%和14.19%。PIV实验验证了CFD模拟过程中模型和边界条件的合理性。这也表明当曝气与微通道湍流促进器结合在一起,更易于在微通道湍流促进器附近产生旋涡和加强流体的湍流程度,从而有效抑制膜表面滤饼层的形成,减缓浓差极化和减轻膜污染。     

序批式膜生物反应器(SMBR)处理生活污水的研究

实验模拟生活污水,考察了连续式膜生物反应器(continuous membrane bioreactor,CMBR)和序批式膜生物反器(sequencing batch membrane bioreactor,SMBR)的膜污染和污染物去除效果.结果表明CMBR和SMBR出水COD的平均浓度分别为15.42 mg/L和...     

臭氧接触反应器气液两相流数字图像处理方法与实验分析

在单相数字粒子图像测速度(PIV)技术的基础上,研究气液两相流动的PIV图像处理方法,采用数字掩模技术对不同相的流动信息进行标记、识别、提取与计算,编辑了相应的软件.运用改进后的PIV方法对臭氧接触反应器中气-液体两相流动进行了测试与分析.结果表明,臭氧接触反应器中液相轴向流速分布是决定反应器内水力特性的主导因素;进气流量直接影响反应器内液气两相的流速分布;随进气流量的提高,液气两相的轴向速度和横向速度均增大,同时反应器流动结构与流程分布会发生较大变化.     

基于三维数值模拟的供气式低压射流曝气装置性能优化研究

为提高供气式低压射流曝气器中气液混合效果、提高氧传质速率,基于射流曝气器内部结构解析,提出了混合室增设分散孔板、双管进气等优化改进方案。应用FLUENT软件对射流曝气器改进前后混合室气液两相混合效果进行三维数值模拟研究,模拟结果表明,增设分散孔板可显著增加混合室湍流强度、提高气液两相混合效果,孔板设置于进气孔前更利于氧传质效率的提升;增设射流曝气器对称进气口可使气液两相在混合室内分布更加均匀,增大气液两相接触面积,促进气液两相混合。根据模拟结果加工改进型供气式射流曝气器,并进行清水充氧实验,在不同实验参数下,改进射流曝气器的标准氧传质系数、标准氧传质速率、标准氧传质效率和标准曝气效率与改进前相比分别提高19.81～20.30%、30.84%～41.87%、9.84%～25.97%、3.78%～20.56%。     

曝气对MBBR联合管式膜MBR处理生活污水的影响及膜污染分析

采用移动床生物膜反应器(MBBR)联合管式膜构建气提式管式膜MBR体系用以处理生活污水,考察了曝气对污水处理效果、膜内气液流态及膜过程的影响,探讨了污泥特性的变化及其对膜污染过程的影响机制.结果表明,气提式管式膜MBR体系下膜出水DO浓度高于混合液,且随着曝气量由50L·h-1提高至150L·h-1,管式膜内气含率由0...     

实时控制序批式膜生物反应器处理养猪废水的短程硝化

采用实时控制序批式膜生物反应器(sequencing batch membrane bioreactor,SMBR)工艺处理某种猪场的养殖粪尿污水,通过pH实时曲线上的"氨谷点"对曝气时间进行实时控制实现短程硝化。小试反应器10个月的连续运行结果表明,利用曝气时间实时控制实现了稳定的亚硝态氮累积。短程硝化启动后,SMBR对COD和TN的平均去除率分别达到95.5%和92.4%,亚硝态氮积累率可维持在85%以上。高通量测序与OTU分类的结果表明,实时控制下SMBR内NOB逐渐被淘洗,而AOB得到了富集。从反应器启动初期到获得稳定短程硝化(反应器运行200 d),AOB丰度提高了55倍,而对应的NOB丰度降低了2倍。此外,AOB的绝对数量与DO呈显著负相关(r=-0.846,0.01p0.05),而与出水NH+4-N浓度呈显著正相关(r=0.45,0.01p0.05),表明较低的DO及NH+4-N的积累有利于AOB的富集。因此,利用曝气时间实时控制实现短程硝化是一种面向群落结构优化的控制方法,有利于短程硝化系统长期稳定的运行,具有实际应用价值和工程意义。     

曝气对水平潜流人工湿地水力特性的影响

通过构建曝气及未曝气潜流人工湿地小试实验系统,以NaCl为示踪剂开展示踪实验,研究曝气对人工湿地水力特性的影响。实验结果表明,两对比系统均存在不同程度的短流及死区现象,短流主要发生在床体表层,而死区则存在于床体底层。其中未曝气人工湿地系统的流场分布不均匀现象较为严重,示踪剂滞留在床体底层难以回收,系统水力效率较低(0.56)。比较而言,由于气流对水体的扰动作用,曝气对人工湿地系统水力效率有明显改善作用,减缓了床体表层水流速度,提高了示踪剂回收率,缩小了死区的范围,曝气人工湿地系统的水力效率为0.75。     

好氧颗粒污泥动态膜生物反应器工艺参数及运行性能

以一体式尼龙筛网动态膜生物反应器(DMBR)为研究体系,与好氧颗粒污泥相结合,形成新的好氧颗粒污泥动态膜生物反应器(AGDMBR),探讨了在新工艺条件下对COD、氨氮的去除,以及出水浊度的变化,与活性污泥动态膜生物反应器(DMBR)做比较,研究了进水流量、曝气量等工艺运行参数与膜污染之间的关系,并对系统中污泥的EPS进行分析。结论表明,AGDMBR系统对COD和NH4+-N的平均去除率分别为91%和95%,出水浊度为6 NTU,处理效果均优于DMBR系统;AGDMBR系统在运行过程中膜污染速度随进水流量的增大而加快;曝气量为125～150 L/h时,膜通量持续时间最长;AGDMBR系统比DMBR系统在膜污染的延缓上具有明显的优势。     

喷嘴角度对脱硫塔内气液两相流场的影响

提出了采用数值模拟的方法研究喷嘴角度对脱硫塔内部气液两相流场的影响。由于实际脱硫塔尺寸庞大,给实验研究带来困难且成本很高,在数值模拟平台上,分别模拟了45°、75°和-30°3种喷嘴角度布置下脱硫塔内部速度场、温度场变化以及湍流强度的分布情况。结果表明,在角度为-30°布置时速度场变化不是很剧烈,脱硫塔进出口温差比较理想,湍流强度在脱硫塔底部较大随着塔高的增加缓慢降低,这样有助于气液两相均匀混合,并控制出口烟温,有利于提高脱硫效率。     

射流曝气的气液两相流的数值模拟

射流曝气在活性污泥处理方法中起着重要的作用。采用数值模拟的方法研究自吸式单级单喷射流器中的气液两相流动状况，通过对不同长径比和喷嘴面积比的射流曝气器模型的气液两相流的计算，定量分析长径比和喷嘴面积比对射流曝气器流场和空气与工作介质流量比的影响，为进一步设计开发新型高效的射流曝气器提供参考。     

曝气对潜流人工湿地污染物沿程降解规律的影响

通过构建曝气及未曝气潜流人工湿地小试实验系统,研究曝气对人工湿地床体中污染物沿程变化规律的影响。实验结果表明,曝气对污染物沿程降解规律的影响与污染物种类有关,在净化COD和氨氮时,曝气人工湿地污染物主要以水平推流式降解为主,未曝气系统床体中则出现分层现象,深度为40 cm以上的床体区域中污染物以水平推流式降解为主,40 cm以下区域则以垂直梯度降解方式为主。对于磷来说,两对比系统均以水平推流降解方式为主,但不同深度上的降解速率有所差异,曝气系统30~50 cm的床体中间层降解速率较快,而未曝气系统50 cm以下的床体底层降解速率较快。将对比系统总体净化效果进一步比较发现,对于COD的去除来说,温度的影响大些,而对于氨氮和TP的去除来说,曝气的影响则更为显著。     

射流曝气的气液两相流的数值模拟

射流曝气在活性污泥处理方法中起着重要的作用.采用数值模拟的方法研究自吸式单级单喷射流器中的气液两相流动状况,通过对不同长径比和喷嘴面积比的射流曝气器模型的气液两相流的计算,定量分析长径比和喷嘴面积比对射流曝气器流场和空气与工作介质流量比的影响,为进一步设计开发新型高效的射流曝气器提供参考.     

气液两相旋流喷嘴雾化特性

为提高烟尘净化用喷嘴的雾化性能，提出一种气液两相旋流喷嘴，用CFX软件对该喷嘴内部流场模拟的结果表明，强烈的气旋作用使液流呈环状，使气液混合流在达到喷嘴末端时易于破碎成雾。在实验室条件下，利用Winner313型喷雾激光粒度分析仪对喷嘴进行了雾化粒度测定，分析发现雾滴中位径与气液比的关系呈幂函数衰减，这一规律将有助于在工程应用时确定喷嘴工况。     

一体式膜-生物反应器中膜污染过程的动态分析

膜污染过程的动态研究对于有效地控制膜污染意义重大。结合膜过滤压差的上升和污染膜表面微观形态的变化 ,对不同污泥浓度和膜通量条件下 ,一体式膜 生物反应器中膜污染过程进行了动态分析。结果表明 ,膜污染初期主要是水中溶解性物质在膜表面附着 ,随后污泥在膜表面沉积。溶解性有机物在膜面的附着 ,对膜过滤压差即膜过滤阻力的变化影响不大 ,而活性污泥在膜表面的大量沉积将导致膜过滤压差迅速上升。污泥浓度愈高 ,膜通量愈大时 ,活性污泥颗粒愈易在膜面沉积。通过停止进出水维持空曝气、降低反应器内污泥浓度或延长膜的停抽时间可以使沉积在膜表面的悬浮污泥脱离膜表面 ,从而使膜过滤能力得到很好的恢复。采用经典的膜污染模型对各运行阶段膜污染模式进行了分析 ,模型拟合结果与电镜观察结果基本吻合。     

无纺布动态膜生物反应器处理碱减量印染废水

应用无纺布动态膜生物反应器（DMBR）处理碱减量印染废水,对该反应器处理碱减量印染废水过程中的实验结果表明,动态膜形成过程、影响因素和系统的运行效果进行了研究。通过测定临界通量得到反应器稳定运行的亚临界条件。实验结果表明,反应器运行70 min后,形成了稳定的动态膜。动态膜的形成速度与曝气量有关,当曝气量过大时,使得膜面错流速度过大,从而影响动态膜的形成。孔径对动态膜形成的初期影响较大,小孔径膜基材比大孔径膜基材更容易形成动态膜,而当动态膜稳定形成后,小孔径膜基材形成的动态膜性能略好,对污染物的去除效果更好。实验条件下,动态膜生物反应器对COD、UV254、色度和浊度的去除率分别为74%~85%、74%~79%、79%~86%和96.8%~98.6%,出水水质达到《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB4287-2012）排放要求。