基于两相流模型污泥消化反应器内流场分析

污泥作为一种不透明的非牛顿流体,研究厌氧消化反应器内的流场分布对于解决污泥堆积、混合不均问题具有指导作用,并且能为实际工程中反应器优化设计提供依据。基于固液两相流混合模型,借助CFD模拟软件Fluent 15.0对污泥厌氧消化反应器内的流场进行数值模拟。研究得出,反应器内的速度分布与高度和径向距离有关。在某一特定的径向距离r/R内,速度逐渐增大,向壁面扩散速度又逐渐降为0。死区体积随着时间的延长而逐渐降低,但降低的幅度逐渐减小。t=1 s时,Y=0.15 m高度处污泥在r/R为0.3~0.5范围内,其浓度明显大于其他高度的污泥浓度。搅拌至t=20 s时,在r/R为0.5~0.9范围内,污泥体积分数达到10.5%左右。反应器的底部、上端和壁面是混合效果较差的区域。研究桨叶表面的压力分布,结果显示,桨叶末端所受的压力最大。     

复合式厌氧折流板反应器处理印染废水试验研究

通过在ABR反应格室上部增设组合填料,下部投加粒状惰性载体填料形成复合式厌氧折流板反应器(HABR),并用以处理印染废水,研究了反应器的启动特点,水力停留时间(HRT)、污泥回流比对HABR处理印染废水的的影响以及反应器各格室的运行情况。结果表明:复合式厌氧折流板反应器(HABR)对印染废水具有更高的处理效率,当HRT为11～12 h,污泥回流比为0.3时,HABR对印染废水COD、色度的去除率可达47%和56%,且生物相呈现明显的种群配合和良好的沿程分布。     

ABR耦合CSTR一体化工艺好氧颗粒污泥形成机制及其除污效能研究

本研究通过对厌氧折流板反应器(ABR)改进,使其成为厌氧与好氧组合一体化工艺,实现耦合运行.对连续流条件下其好氧颗粒污泥形成机制进行了研究.将ABR末端隔室分别改为曝气池与沉淀池,并分别在厌氧区和好氧区接种厌氧颗粒污泥和普通活性污泥,保持好氧区C/N为2,COD容积负荷逐渐由1.5 kg·(m3·d)-1提高至2.0 kg·(m3·d)-1,沉淀池HRT逐步由2.0 h缩短至0.75 h.研究表明,经110 d的运行,在好氧区中成功培养结构致密、沉降性能良好(平均沉降速率为20.8m·h-1)的淡黄色颗粒污泥.在好氧区沉淀时间为0.75 h、COD容积负荷为2.0 kg·(m3·d)-1的条件下,系统稳定运行时具有较好的脱氮除磷效果,COD、NH+4-N、TP和TN的去除率分别为90%、80%、65%和45%.研究表明,因沉淀时间缩短而不断提高的选择压、维持较高的有机负荷是好氧颗粒污泥形成的主要驱动力.     

厌氧折流板反应器处理淀粉废水及污泥特性

对厌氧折流板(ABR)反应器处理高浓度淀粉加工废水的效果及污泥特性进行了研究,在中温[(35±0.5)℃]、进水COD负荷为12～18kg/(m~3·d)、水力停留时间(HRT)=12～24h时,COD的去除率可达72％～96％。研究表明:不同条件下反应器不同隔室中的挥发性脂肪酸(VFA)及pH的变化呈现出显著的相分离及移动的特征,反应器中形成污泥指数(SVI)为18～25mL/g、平均粒径为2～3mm(大者达4～5mm)、性能良好的颗粒污泥,且其特性随不同隔室而呈现出相应的变化规律。     

内循环生物流化床反应器流体力学特性的数值模拟

首先采用气、液两相模型对7组结构参数的反应器进行模拟计算,然后根据计算结果选择了一组较优的结构参数进行气、液、固3相的数值模拟计算.结果表明,通过数值模拟方法对内循环生物流化床反应器流体力学特性进行计算可获得优化的反应器结构参数;明确了循环挡板的长度及位置对反应器内液相流场分布的影响较为显著的事实;同时指出固相颗粒的加入对反应器内液相流速的分布几乎没有影响,固相含率较高的区域在反应器升流区.     

复合式厌氧折流板反应器启动性能研究

研究了以厌氧污泥接种的复合式厌氧折流板反应器(HABR)的启动,考察了其快速启动过程中的处理效果及颗粒污泥的形成。结果表明:在中温(34±1)℃条件下,先固定进水浓度为1000 mg/L,逐步缩短水力停留时间(HRT):48 h-24h-12 h,后固定HRT为18 h,并逐步提高COD浓度的方法,HABR在38 d内完成了启动。启动完成时容积负荷为3.3 kgCOD/(m3.d),COD去除率>95%,出水pH在6.9~7.2,挥发性脂肪酸(VFA)的浓度小于2 mmol/L。启动过程中表现出了明显的生物相选择和分离特性,同时证明HABR中填料上的生物量对COD的去除有一定的作用。     

厌氧迁移式污泥床反应器的水力特性研究

采用脉冲示踪法以NH4Cl作示踪剂,通过其在反应器中的停留时间分布来研究厌氧迁移式污泥床反应器(AMBR)的水力特性。反应器的结构决定了反应器的流态,从而控制着可能达到的处理效率。为优化设计反应器结构研究了反应器的构型、导流板与器壁间距对水力特性的影响。研究发现,反应器的流态介于推流式和完全混合式之间,带有导流板的反应器推流程度更大一些,而底部有孔的反应器推流程度弱,反应器的水力死区较小,均小于20%;导流板与器壁间距为8 mm时最佳。     

气泡直径对气-液-污泥流态及污泥颗粒化的影响

通过建立三维Eulerian-Eulerian模型,用计算流体动力学模拟了鼓泡好氧活性污泥反应器中,不同气泡直径下气-液-污泥三相流的流态,分析了反应器内的流体动力学特性,并研究了其对污泥颗粒化的影响机理.结果表明：曝气头表面的孔径大小与反应器中气含率负相关,而与污泥所受的水力剪切速率正相关.气相、液相速度与曝气头的孔径和表观气速正相关.反应器中的流态由尺度较大的环流和尺度较小的旋涡构成.随着表观气速和入口气泡直径的增加,液相和颗粒的流态均由尺度较大的环流转变为尺度较小的旋涡.相同曝气孔径时,液相与颗粒的流态之间存在差异,且气泡直径越小,表观气速越大,两者的差异越明显.为满足好氧污泥颗粒化所需的凝聚条件,反应器中曝气头孔径应大于1mm.     

低温下PABR反应器处理生活污水的中试研究

为探索周期性厌氧折流板反应器(PABR)处理生活污水的实际运行效果,研究了PABR反应器的启动,考察了反应器在启动过程中的处理效果及厌氧污泥特征。结果表明,在低温(3~18℃)条件下,进水COD浓度180~350 mg/L时,通过逐步缩短水力停留时间(HRT)(20 h-12 h-12 h)来提高有机负荷,最后固定HRT为12 h,完成PABR的启动。启动完成后,COD平均去除率为75%,出水COD浓度在60~90 mg/L,容积负荷为0.7 kg COD/(m3·d),出水pH在7.3左右,挥发性脂肪酸(VFA)的浓度为160 mg/L左右,碱度在280 mg/L左右,反应器每日处理量约为2.1 m3。PABR反应器前端的1#、2#隔室对COD的去除分别占总去除率的53%和40%;1#、2#隔室污泥的污泥浓度、可沉降性、污泥活性等均优于后端3#、4#隔室。PABR反应器处理生活污水在低温下可以成功启动并稳定运行。     

新型气升式氧化沟流体力学特性的数值模拟

以基于计算流体力学的FLUENT 软件为工具,选用雷诺应力模型对小试气升式氧化沟的三维流场进行模拟研究,比较了进气量分别为0.25,0.5,0.75m3/h 以及污泥浓度分别为2.5,5.0g/L 时的流速和流态.结果表明,气升式氧化沟的流态从整体上看是完全混合的,但其底部由于流速较大又具有推流特性;进气量对液相流速影响明显,对整体流态并无影响,污泥浓度对流速和流态影响都很小;将模拟结果与实际测试数据对比,表明该模拟结果可靠,可用于小试反应器的流体力学特性研究.     

四边形折流式膜生物流化床内填料浓度及液相流场特性研究

针对研究开发的四边形折流式膜生物流化床,构建了气、固、液三相流可视化平台,应用取样法和激光粒子图像测速(PIV)技术剖析了不同进水流量和曝气强度组合对流化床内的填料浓度及液相流场特性的影响.结果表明,折流板上部形成的曝气死区,提高了升流区的填料浓度;折流板和导流锥形成的进水角度使流场冲击反应器底部的填料,提高了在低曝气强度下流化床的填料浓度,在实际运行过程可降低曝气能耗;四边形折流式膜生物流化床的结构特点导致填料与膜组件相互碰撞的概率增大,强化了膜污染的控制.曝气强度和进水流量的变化改变了液相的轴向返混强度和剪切力,进而改变了填料浓度,使气、固、液三相冲刷膜组件的作用增大,最终影响膜面传质系数和浓差极化边界层厚度,降低了膜污染.通过流化床结构的改变提高填料浓度和改善流场特性,为高浓度有机废水好氧生物的处理提供了一个研究方向.     

基于ABR-MBR组合工艺优化反硝化除磷性能的研究

基于ABR-MBR一体化反应器,以低C/N比生活污水为研究对象,结合厌氧折流板反应器(ABR)微生物相分离的特性,通过优化与ABR优质供碳和脱氮除磷相耦合的膜生物反应器(MBR)硝化液回流比以实现高效反硝化除磷,并对ABR-MBR污泥回流比进行优化.结果表明,在ABR段有机负荷为2.0 kg·(m3·d)-1、系统的水力停留时间(HRT)为9 h、泥龄(SRT)为15 d,系统获得最优的处理效果时的硝化液回流比和污泥回流比分别为300%和100%.其中TN和溶解性PO3-4-P平均去除率分别达84%和94%,ABR中反硝化除磷量可达系统总去除量的87%,平均出水TN和溶解性PO3-4-P浓度分别为12.98 mg·L-1和0.43 mg·L-1.     

粉煤灰强化低浓度异波折板厌氧反应器的功效

在接种污泥中加入粉煤灰,旨在强化低浓度改进型折流板厌氧反应器(异波折板厌氧反应器)的功效.研究结果表明,在粉煤灰强化作用下,可大大缩短装置的启动时间,连续运行50d即可启动成功.此时加入不同粒径(大于83μm、20～83μm,小于20μm)粉煤灰的,COD的平均去除率分别为74.31%、77.52%、72.81%,TP平均去除率分别为32.87%、34.07%、30.92%,最大比甲烷生产率分别为2.21、2.33、2.04mL·g-1·h-1.短HRT运行条件下的对比研究结果表明,强化厌氧反应装置最佳功效的粉煤灰粒径为20～83μm.基于试验分析结果,阐明了粉煤灰强化异波折板厌氧反应装置功效的机理,并解释了20～83μm粒径的粉煤灰强化效果最佳的原因.     

折流生物膜工艺处理低浓度废水试验

折流生物膜工艺是一种利用折流挡板与传统生物膜工艺相结合的新型污水处理技术。研究结果表明:在水力负荷为0.24m3/(m2·h)、气水比为3:1条件下,反应器对COD、氨氮、SS和浊度的去除率分别为83.6%、82.3%、95.3%和98.2%,出水COD、氨氮、SS和浊度分别为18.6,1.07,2.2mg/L和0.5NTU,出水各项污染物指标均优于GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级标准。     

快速启动厌氧氨氧化工艺

为研究如何获得厌氧氨氧化的快速启动工艺,采用两种不同水力流态反应器:完全混合式膜生物反应器(MBR)和推流式厌氧折流板反应器(ABR),分别接种絮状硝化污泥,考察其厌氧氨氧化快速启动性能.结果表明:两种反应器均能成功启动厌氧氨氧化,MBR启动周期(90 d)比ABR(111 d)缩短20%;稳定运行期内,MBR总氮(NH_4~+-N+NO_2~--N)平均去除负荷[0.098 kg·(m3·d)-1]也明显高于ABR[0.089 kg·(m3·d)-1];此外,两个反应器中污泥形态差异明显,MBR中污泥呈絮状,而ABR第1隔室中以厌氧氨氧化颗粒污泥为主;NH_4~+-N、NO_2~--N和NO_3~--N之间的定量关系分析表明:相较于ABR,MBR能实现完全的生物截留,使得系统内含有更多种类的脱氮功能菌,有利于氮素的去除.MBR在厌氧氨氧化的快速启动方面表现出更明显的优势.     

化学工业废物处理与综合利用

X780.33 200403438 IC反应器基质降解动力学特性研究/杨世关…(河南农业大学农业部可再生能源重点开放实验室)//中国沼气/农业部沼气科学研究所.-2004, 22(2).-18-21 环图TK-14 依据对IC反应器有机物降解特性的分析, 以及对其精细处理区和膨胀污泥床区水力流态分别作推流和全混流处理,基质降解速率与微生物浓度之间按一级反应处理的基础上,建立了IC反应器基质降解动力学理论模型。并根据80L IC 反应器处理葡萄糖配水的试验结果,确定出了反应器在平均温度为33.3℃条件下污泥膨胀床区和精细处理区内基质降解动力学参数分别为K1 =6.47×10-6L·mgVSS-1h-1,K2=0.341L·h-1。图3表1参7     

内循环流化床光催化反应器的数值模拟与结构优化

设计了一种新型三相内循环流化床光催化反应器并采用气、液两相模拟方法对其进行了结构优化.依据模拟结果,明确了挡板的位置、长度、底部曝气面积等因素对反应器流体行为的影响.结果表明,最优反应器升、降流区横截面积比为1:1,挡板距反应器底部的距离为0.175m,挡板顶部与沉降区底部持平,底部曝气面积为升流区面积的1.2倍.将该反应器进行三相数值模拟,模拟结果表明,固相催化剂在反应器内能够很好地流化,反应器内无明显的死区,其固液分界面低于气液分界面,沉降区能够发挥很好的固液分离效果.     

卡鲁塞尔氧化沟液-固两相流动混合物模型与两相水力特性模拟

采用CFD数值计算的方法研究了卡鲁塞尔氧化沟工艺的污水-污泥两相水力特性.将污泥沉降模型进行湍流影响修正后与两相湍流混合物模型耦合,建立了氧化沟液固两相湍流混合物模型,实现了垂向上液固两相运动的分离;利用计算流体软件Fluent对工业规模污水厂氯化沟的污水-污泥两相流速进行模拟,结果表明,两相流混合物模型较好地揭示了氧化沟内混合液流场和污泥的分布情况,污泥浓度与流速呈负相关.     

塔式曝气池内非牛顿活性污泥气液两相数值模拟

基于欧拉-欧拉架构下,采用欧拉双流体模型耦合PBM(群体平衡模型)对活性污泥这一非牛顿流体下的实验室尺度塔式曝气池气液两相进行数值模拟,探讨不同污泥浓度下,塔式曝气池内气液两相流速度场、气含率、动力黏度等流体动力学行为,发现低速下塔式曝气池内时均气相体积分数分布呈倒梯形柱状,时均流场及速度场均对称分布.随着污泥浓度增大,曝气池中下部气相体积分数高值区面积收窄,液相垂向速度峰值不断增高.低浓度污泥时,x方向液相速度呈现与牛顿流体相似的周期性摆动;污泥浓度越大,曝气池时均气含率越小,以水为介质时会高估曝气池内气含率;污泥浓度为10.2g/L时,动力黏度峰值最大,且曝气池中央黏度低值区呈"V"字形分布.     

常温下EGSB反应器处理环氧树脂生产废水

在常温下研究利用EGSB反应器处理环氧树脂生产废水的启动运行。结果表明：水力负荷和污泥负荷是影响EGSB反应器处理效果的重要参数,水力负荷在0.8～3 m/h,进水COD浓度在2500～7500 mg/L的范围内,COD的去除率在80%以上;运行时反应器内的污泥负荷稳定在0.4 kgCOD/（kgSS·d）左右,通过提高水力负荷,有利于污泥的生长;污泥经过启动驯化后能够适应EGSB反应器的运行条件。