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。     

软锰矿浆烟气脱硫反应器内气-液两相流的数值模拟

为了揭示喷射鼓泡反应器内流动结构和气液分散特性,为该反应器的优化设计提供理论指导,应用计算流体动力学(CFD)方法对反应器内气液两相流动结构进行了数值模拟,并提出气含率方差概念用于定量描述气相分散程度。着重考虑了搅拌转速和表观气速对通气功率、整体气含率和气相分散程度的影响。结果表明:流场的重要特征与前人的类似实验结果和数值模拟结果一致;数值模拟能很好地捕捉了六直叶圆盘涡轮桨的气穴现象;气穴现象会导致通气功率降低且不利于气液混合;整体气含率随转速和表观气速的增加而增大,但从气液混合与能耗的的角度考虑,搅拌转速宜采用200～300 r/min,表观气速为0.04～0.06 m/s。     

污泥过热蒸汽搅拌干燥装置设计及试验

为了实现城市污泥高效、安全、节能的干燥处理,选用过热蒸汽作为干燥介质,辅助以机械搅拌,设计了1种污泥过热蒸汽搅拌干燥试验装置,并对污泥搅拌干燥装置的主要组件以及工作原理进行了介绍。利用该装置进行了主轴转速对污泥干燥效果影响的初步试验。试验结果表明:主轴转速越高,出料污泥的含水率越高。在200℃的过热蒸汽和10 kg/h的加料速度下,主轴转速为300,450 r/min时,含水率分别降低至29.91%和37.45%,已达到较好的干燥效果。从污泥表观形态可以看出:主轴转速越高,污泥颗粒越小,有利于成型,但在高转速时污泥破碎不充分,综合考虑主轴转速适宜取450 r/min。     

流场特性对PAC-UF中膜面PAC层不均匀性的影响

基于数值模拟的方法研究了各工艺条件下粉末活性炭-超滤(PAC-UF)系统的流场特性,评估反应器内流场速度和剪切力对膜面PAC滤饼层不均匀性的影响。模拟结果表明,随着PAC投加量由200 mg/L增至400 mg/L、转速由60 r/min增至150 r/min、膜组件高度由3.25 cm增至8.25 cm,膜组件两端剪切力差值分别增长了9.55%、234.51%、76.19%。反应器内不均匀分布的流场速度造成了膜组件轴向剪切力的明显差异,而该差异对膜面形成下薄上厚的不均匀PAC滤饼层产生重要影响;膜丝轴向剪切力差异性越大,形成的膜面PAC层下薄上厚现象越明显。采用三维电磁测速仪对数值模拟结果进行实验验证,得到反应器内流场速度实验值与模拟值吻合程度良好,印证了数值模拟方法的准确性。     

基于含油污泥的搅拌反应器内气液两相流的数值模拟

采用安东帕流变仪对不同温度下含油污泥的流变性质进行测量，并通过拟合幂律方程得到相关流变参数。基于其流变特性，以空气-含油污泥为介质采用数值模拟方法研究了含油污泥温度以及反应器结构对气液两相流场、局部气含率分布以及通气搅拌功率的影响。结果表明：随着含油污泥温度升高，搅拌桨对液相扰动范围趋广，气含率分布趋于分散，气液两相混合程度愈加均匀，通气搅拌功率下降明显；对比4种不同反应器结构，双层桨分散性能最佳，液相平均流速最高，速度均匀度指数最低，在通气搅拌功率适宜的情况下其混合性能最佳。     

脱水污泥厌氧发酵搅拌动力需求试验研究

对于含固率较高的脱水污泥厌氧发酵系统,对物料的搅拌是能耗的重要组成部分,而目前对发酵工艺中机械搅拌动力需求的研究几乎没有。研制了一台卧式强制搅拌干式厌氧发酵反应器,对叶片搅拌过程进行受力分析,计算出理论搅拌扭矩,并以此反应器为基础,研究了污水处理厂脱水污泥的搅拌动力需求。具体研究了污泥的含固率、搅拌转速、反应器填充率等因素对搅拌动力需求的影响,发现低转速下,转速对搅拌扭矩影响非常小,而从搅拌动力需求角度考虑,物料填充率在66.7%~85%之间比较合理。同时还对长期连续搅拌状态下污泥所需的搅拌动力的变化做了研究,发现经过搅拌污泥的内摩擦角和粘聚力出现了较大的变化,从而引起搅拌所需动力在短时间内大幅降低。而原污泥兑水使含固率降低、自由水含量增加时,其搅拌动力需求呈指数趋势减小。     

生物法降解含油污泥反应器流场及工作参数研究

为提高生物反应器法处理含油污泥的降解效率,对生物反应器内铜绿假单胞菌NY3降解含油污泥的工艺过程进行研究.建立了生物反应器内气-液-固三相流场动力学模型和群体平衡模型(PBM),结合FLUENT软件对反应器内气泡直径分布和搅拌转速进行仿真.研究发现,直径在6mm以下的气泡占比为85%,能有效增加反应体系溶解氧浓度,并模拟出反应器最佳离底悬浮转速为150r/min.利用氧守恒原理建立了曝气速率随时间的变化关系模型,并通过设计实验确定最佳接菌量为15.23%,温度为32.56℃,指导最终降解过程的工艺参数选择.通过设定最佳工作参数值,用多功能生物反应器对6kg含油污泥进行降解实验,反应9d后石油烃降解率高达86.20%,含油率为1.46%.研究结果表明,生物反应器法降解含油污泥周期短、效率高,为处理含油污泥提供了一种有效可靠的新途径.     

鼓泡和鼓泡-搅拌SBR好氧污泥颗粒化能耗分析

在高径比20的鼓泡SBR和高径比1.2的鼓泡-搅拌SBR反应器中,考察了好氧污泥颗粒化过程中,污泥粒径、分形维数、微生物特性的变化.建立流体动力学模型,对鼓泡和鼓泡-搅拌反应器中好氧颗粒污泥形成前后的能耗进行对比分析,从水力学角度分析2个反应器污泥特性出现差异的原因.结果表明,鼓泡反应器内在表观气速2.0cm/s条件下形成了均值粒径0.604mm,平均沉降速度（24±5.8） m/h,SVI 36.33mL/g,MLSS维持在4500mg/L左右,表面光滑的好氧颗粒污泥.鼓泡-搅拌反应器在搅拌速度300r/min、表观气速1.05cm/s的条件下,成功培养以丝状菌为骨架的好氧颗粒污泥,均值粒径可达1.123mm,污泥的平均沉降速度为（19.6±5.1） m/h,SVI为41.33mL/g,MLSS维持在3300mg/L左右.好氧颗粒污泥形成前后的能耗进行对比分析发现：好氧颗粒污泥培养初期,鼓泡-搅拌反应器因搅拌桨的加入,获得的湍动能远大于鼓泡反应器,约为100倍左右;而好氧颗粒形成之后,鼓泡反应器中上部位置的湍动能明显增加,且湍动能的大小大于鼓泡-搅拌反应器.相比较而言,鼓泡反应器相对节约能量.     

农村剩余污泥脱水优化

对农村剩余污泥的脱水性能进行调查,并通过单因素和全面实验法分别对几种药剂的单一和复合调理进行优化。运用响应面法优化不同调理剂组合调理农村剩余污泥的搅拌参数。实验结果表明:不同农村污水处理设施剩余污泥的脱水性能存在较大差异。单一和复合药剂调理都可以明显降低污泥的脱水性能。优化搅拌速度和搅拌时间可以进一步降低污泥的毛细吸水时间（CST）。通过实验对比多种调理剂组合,发现最佳组合为聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）组合,搅拌参数为:一级搅拌速度为500 r/min,一级搅拌时间为0.5 min,二级搅拌速度为150 r/min,二级搅拌时间为10 min。该条件下,污泥的CST为10.1 s,调理总费用为10.69元/t污泥（98%含水率）。     

酸浸法回收电镀污泥中铜镍

为了将鄂州某表面处理工业园电镀污泥中的有价重金属铜、镍资源化并回收利用同时降低该电镀污泥危害性,采用硫酸对该电镀污泥进行浸出试验,并通过单因素条件实验分别考察固液比、浸出剂硫酸浓度、浸出反应时搅拌速率、浸出反应时间、浸出反应的温度对该电镀污泥铜、镍浸出效率的影响,从而通过对比得出最佳的浸出工艺条件:酸浸反应体系中固液比为1∶10、浸出剂硫酸体积分数为30%、浸出反应时搅拌速度为700 r/min、浸出反应时间为40 min、浸出反应温度为25℃;电镀污泥中铜、镍的浸出率分别为97.18%、96.02%。     

Taylor-Couette流场数值模拟及絮凝效果研究

通过流体力学中的Fluent软件模拟了Taylor-Couette反应器的速度矢量分布、湍动动能分布和有效能耗分布,同时实验研究了TaylorCouette反应器不同内筒转速下三氯化铁对高岭土悬浊液的絮凝效能.结果表明,内外筒环隙间存在亚微尺度的涡旋,当转速为30～60 r·min-时,涡旋形状闭合完整,相互分离,涡旋内部速度梯度较小,湍动动能k在0.00010 ～0.00023 m2·s-2的范围内,有效能耗ε在0.00057 ～0.00189 m2·s-3的范围内,絮凝效能达到最大(80％以上),湍动动能和有效能耗过大或过小均不利于形成完整闭合的涡旋,絮凝效能较差.     

Cu-Fe-Co-Ni-Ce/γAl_2O_3催化湿式氧化城市污泥

制备催化剂Cu-Fe-Co-Ni-Ce/γAl2O3,开展污泥催化湿式氧化处理的实验研究。在温度180℃、搅拌转速600 r/min、常温当量氧分压1.0 MPa、催化剂添加量8.0 g/L的最佳工艺条件下,反应90 min的污泥COD去除率可达72.6%,Cu2+溶出量为19.2 mg/L;反应30 min,污泥固相中95.5%的有机物消解,30 min沉降比从94.4%降至8.4%,抽虑后含水率可下降至59.2%,体积减量94.4%。此外,污泥的催化湿式氧化处理工艺具有一定的资源化前景。     

低碳源条件下BSBR工艺磷酸盐强化吸收影响因素分析

相较于传统强化生物除磷工艺通过测流实现污泥磷酸盐的富集和回收,生物膜法可对废水中的磷酸盐进行高效同步去除和富集,具有应用潜力。针对生物膜法厌氧释磷需要高碳源刺激的问题,通过优化工艺条件强化生物膜好氧吸磷能力提高生物膜蓄磷量,进而减少厌氧释磷时的碳源消耗。采用生物膜法序批式反应器(BSBR),考察了在低碳源投加下,蓄磷量与磷富集罐磷浓度的响应关系,采用正交试验探究溶解氧、搅拌速度以及好氧时间对磷酸盐强化吸收的影响。结果表明:当温度为(25±2)℃、厌氧外加碳源为(180±20) mg/L时,富集罐磷浓度随着生物膜蓄磷量的增加而增加,最高可达到90.62 mg/L。相同蓄磷量下,溶解氧浓度从2 mg/L增加至8 mg/L,磷酸盐最大吸收速率可从2.60 mg/(L·h)上升到8.70 mg/(L·h)。正交实验结果表明:各因素对磷酸盐强化吸收的影响顺序为溶解氧>好氧时间>搅拌速度。当溶解氧浓度为6 mg/L,搅拌速度为200 r/min,好氧时间为5 h时,除磷效率最高可达99.98%。     

β-环糊精在活性污泥调理中的应用

以东北某城市污水处理厂产生的剩余活性污泥为研究对象,采用β-环糊精(β-CD)作为化学调理剂对污泥进行调理,以改善污泥的脱水性能。以污泥比阻(SRF)为主要指标考察了投药量、pH值和搅拌强度对污泥过滤脱水性能的影响,并比较了β-CD和聚丙烯酰胺(PAM)两种调理剂的调理效果。实验结果表明:β-CD在温度为25℃,pH为7,混合阶段以150 r/min的速度快速搅拌1 min,反应阶段以50 r/min的速度慢速搅拌5 min,投加量为30.66 mg/g·干污泥时,对活性污泥的调理效果最佳,污泥比阻由5.92×10~(13)降至0.53×10~(13) m/kg。相同调理条件下,PAM或β-CD的投加量均为其各自的最佳投加量时,PAM的调理效果略优于β-CD。     

聚丙烯酰胺对生活污泥脱水的实验研究

设置了聚丙烯酰胺的投药量、搅拌速度、絮凝温度、p H 4个影响因素,研究了聚丙烯酰胺在污泥絮凝的过程中,污泥的沉降性能和脱水性能。在单因素实验的基础上,进行了响应面分析试验,经过优化得到最优条件为投加量50.29mg/L、搅拌速度133.8r/min、p H 3.04、温度30.84℃。此时污泥比阻值为4.96×107s2/g。     

硅藻土深度处理煤矿生活污水实验研究

采用硅藻土对煤矿生活污水氧化沟出水进行混凝搅拌实验,考察了硅藻土投加量、搅拌时间、搅拌速度对总氮(TN)、总磷(TP)和悬浮物(SS)去除效果的影响。结果表明,在投加量80 mg/L、搅拌速度80 r/min、搅拌时间20 min的条件下,水样沉淀后上清液TN、TP和SS浓度分别为13.23 mg/L、0.47 mg/L和1.92 mg/L,达到GB18918-2002一级A标准,TN、TP和SS去除率分别为27%、83%和88%。     

剩余污泥电解氧化减量化性能研究

进行了电化学氧化减量剩余污泥的研究,探究了不同电压,搅拌速度,电极材料以及电场方向对电解氧化污泥效果的影响,结果表明,在电压6V,搅拌速率120r/min,电极材料为石墨条件下,7小时MLSS浓度下降83.3%,SCOD浓度提高至2700mg/L。伏安特性曲线和电镜结果显示,电化学氧化高效作用于细胞破裂,以及SCOD(胞液)降解,表明电化学氧化对于剩余污泥降解具有显著效果,是一种前景广阔的污泥减量化技术。     

自吸式曝气搅拌装置用于高温好氧消化系统的供氧性能研究

将曝气搅拌一体式自吸式曝气搅拌装置应用于自热式高温好氧消化（45~65 ℃）系统,并与传统曝气搅拌分离式的盘式涡轮搅拌装置进行对比,系统考察了2种曝气搅拌装置的供氧性能与经济可行性。结果表明:自吸式曝气搅拌装置适用于搅拌速度为500~1100 r/min,过低或过高的搅拌速度都会影响系统的供氧能力;当搅拌速度为900 r/min,曝气量为0.5 L/min（通气率）时,盘式涡轮搅拌装置的K_Lα值为108.01 h-1,低于同条件下的自吸式曝气搅拌装置。盘式涡轮搅拌装置在相同曝气条件下,50 ℃时的K_Lα值高于30 ℃时。在1000 r/min转速下,为实现相同的K_Lα值,自吸式曝气搅拌装置的电能消耗约为盘式涡轮搅拌装置的1/3。     

机械强化污泥回流式一体化活性污泥法的运行机理研究

活性污泥通过机械搅拌强化污泥内循环回流,提高了污泥的活性,并且使污泥浓度可达到4.5kg/m3,用该机械强化污泥回流式一体化活性污泥法处理小区生活污水,当水力停留时间为3h,溶解氧为2.2mg/L,机械搅拌速度为250r/min时,CODcr、氨氮去除率均可达到83% 以上,出水达到国家污水排放一级标准.该一体化活性污泥法简单易行,运行成本低,投资小,操作维护方便,是生活小区生活污水适宜的处理工艺技术.     

基于响应面法SCR脱硝反应器喷氨格栅的优化研究

利用计算流体动力学（CFD）方法,采用k-e湍流模型和组分运输模型对SCR脱硝反应器的氨浓度场进行了数值模拟,并通过实验验证了反应器内氨浓度场数值模拟的准确性,同时,基于响应面法研究了喷氨格栅各结构参数和系统运行参数对SCR脱硝反应器内氨浓度场的影响.结果表明,喷口密度N,开孔率ψ,喷口角度α及入口风速v对氨浓度分布均匀性都存在着一定影响,其中影响的显著性为N>α>v>ψ.而且存在着一组最优的喷氨格栅结构参数和最佳的系统运行参数能够使SCR脱硝反应器内的氨浓度分布不均匀系数达到最优值.在本文研究的参数范围内,喷氨格栅最优的结构参数分别是：r=8个、d=57mm、α=90°,系统最佳的运行参数为v=8.17m/s,此时氨浓度分布不均匀系数为0.0151.