污水土地处理系统中管网铺设率对流态的影响与CFD模拟

污水土地净化系统的水力特性直接影响污染物的处理效果,研究不同管网铺设率对水流流态的影响,可为设计参数的选择及反应器结构优化提供依据.因此,运用示踪-应答技术,以停留时间分布(RTD)理论为基础,对反应器中水流的状态进行分析.同时,借助计算流体力学(CFD)软件Fluent进行数值模拟.RTD分析和CFD模拟结果互补分析发现,底部的碎石层具有布水功能,而表面的水层具有集水的作用:水流在承托层中水平流动,竖直流经填料层,最后在水层中水平流入集水管网.在有承托层和水层的情况下,系统采用不同管网铺设程度的布水和集水方式对填料中水流的流态影响不大,然而管网孔口布水效果不均.各管网铺设率反应器的体积效率均在90％以上,但都有一定的无效体积或滞留区.半网布水、集水的反应器体积效率最高,流态接近推流形式.无因次平均停留时间为1.09,轴向扩散系数为0.037.     

反应器理论在复合垂直流构建湿地水流流态研究中的应用

运用反应器理论研究了一种新型的复合垂直流构建湿地系统(IVCW)的水流流态,由示踪剂试验得到水流停留时间分布(RTD),从而确定了IVCW在水力负荷为200～800mm/d时,停留时间为19～35h,并由RTD曲线的特征值确定IVCW的水流流态介于理想推流与完全混合流之间,同时应用离散流模型,不仅较好地模拟了IVCW的实际水流流态,还得到了水流的Peclect准数在11～19之间.通过有植物与无植物系统的对照发现植物根系有利于IVCW的水流流态接近理想推流状态.     

垂直流人工湿地系统中水流规律的研究

对一种新型的垂直流人工湿地系统的水流特性进行了研究。考察了系统的运行状况及介质中滞留区的分布范围，并且运用化学工程中反应器理论，采用示踪剂试验的方法得到了垂直流人工湿地系统的停留时间分布与污水的实际停留时间。根据水流停留时间分布函数对系统实际液流流态进行了数学模拟，提出二级串联的理想完全混合反应器（CSTR）模型能够较好地模拟垂直流人工湿地系统中水流的流动形态。     

复合垂直流湿地反应动力学及水流流态的研究

 提出一种新型的复合垂直流湿地系统(IVCW),并对其反应动力学和系统的实际流态进行了研究.经过中试的运行试验,得到了系统对COD去除的反应速率方程,由示踪剂试验确定了系统中水流的停留时间分布(RTD),提出RTD的不同是湿地处理效率差异的主要原因,进而运用串联反应器模型和离散流模型两种非理想流态模型,模拟IVCW的实际水流流态,经过比较发现离散流模型模拟的效果较好.     

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。     

冲击负荷下水平潜流人工湿地水流规律研究

在示踪剂试验的基础上,利用水力停留时间分布（RTD）,探讨了冲击负荷下水平潜流人工湿地的水流规律.结果表明：水平潜流人工湿地在恒定负荷和冲击负荷条件下的实际平均停留时间均大于表观停留时间,混合效应是导致流态偏离理想推流态的主要原因;水力冲击使入流污染物（包括冲击前、冲击中以及冲击后进入的污染物）在系统内部的接触反应时间缩短,其中峰值时间、最短停留时间和实际平均停留时间的相对大小依次均为：恒定负荷＞冲击负荷后＞冲击负荷前＞冲击负荷中;采用基于动态流量的时间变量进行归一化处理后的RTD对人工湿地所处的水力负     

生物流化床反应器水力混合特性研究

分别以活性炭和陶粒作为载体,在无回流条件下研究了不同上升流速时,反应器的离散数D/μL和串联数N的变化规律.试验结果表明,上升流速,固体混合特性以及载体性质均对反应器离散程度产生影响.只要反应器达到一定的膨胀率,反应器的流态就比较接近完全混合型.活性炭为载体时,上升流速为0.29cm/s,膨胀率为9.5％,串联数N为2.17.说明用完全混合型反应器模拟生物流化床反应器是可行的.     

人工湿地水力停留时间分布模拟

将人工湿地视为在纵向分散活塞流反应器（PFD）的主流道上并联一个n级串联完全混合反应器（CSTRs）所组成的系统.在这一物理概念的基础上,推导了模拟人工湿地水力停留时间分布（RTD）的CSTRs＋PFD并联模型.模型所包含的4个参数（串联CSTRs个数n,串联CSTRs容积占系统总容积的百分数z,进入串联CSTRs的流量占总流量百分数f,PFD的分散数D）对RTD的峰值时间、峰值高度、平均停留时间、停留时间分布方差具有良好的调节作用.与传统模型相比,该模型能更准确地反映不同人工湿地的特征水流规律.模型采用基于流量的无量纲时间变量,可应用于非稳态变流量下人工湿地RTD的模拟.用前期示踪剂试验所获得的5条水平潜流人工湿地的RTDs对该模型进行验证,当这4个参数取值为z=0.41、f=0.57、n=3、D=0.667时,该模型计算所得RTD与实测RTDs拟合程度良好,较传统PFD或CSTRs模型能更好地反映该人工湿地RTD早期高峰、峰值集中、尾部倾斜拖长的流态特征.     

螺旋升流式反应器与SBR生物除磷系统的比较研究

利用螺旋升流式反应器(Spiral Up-Flow Reactor，SUFR)进行了生物除磷的试验研究，并且与SBR反应系统的处理效果进行了对比分析。SUFR反应系统稳定运行六个月的结果表明，对COD和TP的去除率分别达94％和96％以上，优于SBR的处理效果。流态试验表明SUFR反应器的螺旋流动特征使其接近于推流式反应器，有利于在空间上形成有机物的梯度分布。而且SUFR反应器的螺旋升流特征有利于微生物种群的多样化及颗粒污泥的形成，使得该系统所形成的微生物生态系统更稳定，污泥指数较低，污泥的稳定性较好。     

磷酸铵镁结晶-沉淀反应器构建与流态模拟

构建了套筒式机械搅拌磷酸铵镁结晶-斜板强化沉淀反应器用于处理高浓度氮磷废水,并回收磷酸铵镁晶体.考察了搅拌转速、水力停留时间以及颗粒碰撞总次数（GT值）对运行效果的影响,并利用计算流体动力学软件（Fluent18.1）对反应器流态进行了数值模拟,分析了反应器结构设计的合理性,为磷酸铵镁结晶-沉淀反应器设计及运行提供技术参考.结果表明,反应器在转速为250r/min、水力停留时间为0.375h、平均GT值范围在14000~20000之间时,氨氮的平均回收率为76.00%以上,磷的平均回收率为97.00%以上,晶体的平均粒径达到20.515μm,出水浊度一直稳定在2NTU以下.扫描电镜以及X射线衍射分析表明,沉淀物为纯净的磷酸铵镁.反应器内不同区域的水力分级明显：混合反应结晶区流态为湍流区,缓冲区和磷酸铵镁收集区流态为过渡区,固液分离区流态为层流区.反应器的流态特征表明,在适宜的运行参数下该反应器的结构设计满足晶体形成、生长与固液分离的水力需求.     

内循环厌氧反应器流动模型及反应过程模拟

为揭示内循环厌氧反应器放大过程中所出现的规律,本文对反应器中流动模型和反应过程进行了模拟研究,通过对主反应区的停留时间分布的实验研究,确定了主反应区流型可用一平推流与两个并联的全混流进行串联的三参数组合模型进行模拟.在实验范围内,平推流区所占的体积分数约为36%,两个全混流区所占的体积分数分别为53%和11%.结合厌氧反应动力学方程,应用组合模型模拟了实际反应器的状态,并和实验值进行了对比,发现反应器出口处CH_4体积流量最大误差为9.67%,在可允许的范围内.同时,模拟了基质初始COD和温度变化对反应器出口状态的影响.研究表明,与其它模型相比,组合模型计算简洁,同时又有较好的精度,能够满足反应器的设计需要.     

气提升交替循环流复合滤池的流体力学和氧传质特性研究

气提升交替流复合滤池（AALCF）在气提升循环流化床（ALR）和曝气生物滤池（BAF）研究基础上发明的一种新型生化反应器。通过该反应器,研究了其流体力学和氧传质特性以及它们的主要影响因素,即气体流量和颗粒滤料层高度。结果表明,气体流量对反应器内液体流速、循环时间、气含率以及氧传质系数均有线性的影响;而随着颗粒层高的增加,液体流速会减小从而循环时间延长,但其对气含率的影响并不明显,另外。氧传质系数随之呈现先增加后减小的趋势,且在颗粒层高为15cm时可达最大值。     

多介质潜流人工湿地的水动力过程模拟

水动力过程是湿地净化功能发挥的重要机制之一.根据脉冲示踪试验,获得潜流人工湿地的水力停留时间分布曲线.针对其"多峰"现象,利用数学软件MATLAB7.0分别将对数正态分布、对流扩散模型以及考虑延迟的连续完全混合反应器模型时脉冲示踪试验数据进行叠加模拟,同时利用多流弥散模型拟合分析,结果表明:叠加模型和多流弥散模型均能较...     

苯乙烯生物滴滤塔生物膜填料的细菌数量分布

采用培养驯化污泥菌种、陶粒、循环液装置等构建三个生物滴滤塔。测定不同苯乙烯负荷生物滴滤塔装置不同高度生物膜填料的细菌数量分布,认识苯乙烯浓度对填料细菌数量分布的影响。结果表明,生物膜填料柱细菌数量分布依赖于入口气体苯乙烯浓度和停留时间,在低入口气体苯乙烯浓度(Cin<500mg/m3)时细菌数在柱子底部达到最大值而沿柱子自下而上逐渐降低,受气体停留时间的影响不大;当入口气体苯乙烯浓度Cin=800mg/m3时细菌数在整个柱子上的分布变得相对均匀;而当入口气体苯乙烯浓度超过阈限值Cin=1200mg/m3时细菌分布行为出现了和Cin<500mg/m3时相反的情况,细菌数在柱子顶部达到最大值而沿柱子自上而下逐渐降低。     

圆筒形电化学反应器中有机物电催化的传递特性研究

研究了圆筒形电化学反应器内有机物在电化学降解过程中的传递特性.假设废水以平推流方式通过圆筒形反应器,由电催化过程的质量守恒和法拉第定律导出浓度、电流强度随废水停留时间的变化规律.根据废水中有机物的电化学降解和有机物氧化分解的关系将浓度分布转换成COD分布,并考察了扩散对COD、电流强度分布的影响理论模型和实验数据表明,在传质控制条件下忽略与不忽略扩散的影响,COD、电流强度的分布遵循不同的指数关系.理论模型与实验数据的平均误差为8.6%;极限电流随电解质流量的变化而改变.     

基于结构参数响应的内循环流化床流体特性优化数值模拟

流化床是一种结构复杂而能量转化高效的反应器型式,为了实现系统化的内循环流化床优化设计,利用欧拉-欧拉双流体模型构建了不同结构的CFD流化床模型,在分别改变高径比、导流筒与反应器的直径比和底隙高度3个结构因素的情况下,考察流化床内全流场、局部流场、液相运动速度及气含率等气液两相流的响应特性,分析结构因素及操作因素对流体运动的内在影响,阐明工程优化设计的方向.数值模拟结果表明:高径比主要影响气液流动型态,低高径比时容易出现漩涡和返混,工程中应采用导流内构件并重视气体分布装置的合理设计;导流筒与反应器的直径比主要影响液体循环速度,存在一个合理的区间,考虑流动速度与气含率,流化床直径比可取0.6～0.8,最佳取值为0.7;底隙高度影响流化床底泥区的流体运动,应约等于流化床下降区的缝隙长度.CFD模拟可作为污染控制技术工业放大和优化设计的辅助工具.     

ABR反应器的结构参数对流动及混合特性的影响

为了改善ABR反应器的设计和运行,在实验室条件下,通过CFD(computational fluid dynamics,计算流体力学)技术和RTD(停留时间分布)曲线测试技术,分析不同结构参数下ABR反应器的流动和混合特性. 在此基础上,结合理论分析,确定ABR的最佳隔室数量. 结果表明:在反应器有效容积不变的情况下,随着ABR反应器内隔室数量由3个增至6个,ABR反应器内死区容积所占比例由15.51%降至1.87%,Pez(Peclet准数)由8.47升至16.67,N(串联数)由4.80升至8.88;隔室数量由3个增至4个、4个增至5个、5个增至6个时,死区容积所占比例的降幅分别为44.00%、74.50%、15.40%,Pez的增幅分别为36.88%、42.17%、32.57%,而N的增幅则分别为36.07%、1.95%、1.67%. 与5个隔室的ABR反应器相比,6个隔室的ABR反应器在死区容积所占比例、Pez和N等指标上尽管有所改善,但改善幅度已显著降低. 通过理论分析与混合参数模拟结果相结合,共同确定ABR反应器的最佳隔室数量为4个或5个.      

Effects of the support material addition on the hydrodynamic behavior of an anaerobic expanded granular sludge bed reactor

As a support material, zeolite can be used to promote the granulation process due to its high settable property and the ability to retain biomass on its surface. The present paper reports on the influence of zeolite addition on the hydrodynamic behavior of an expanded granular sludge bed reactor (EGSB). Different models were applied to fit the flow pattern and to compare EGSB hydrodynamic performance with and without the addition of zeolite. The experimental data fit the tanks in a series model for zeolite bed height of 5 cm and upflow velocity of 6 m/hr. Higher axial dispersion degree (D/uL) was obtained at lower heights of zeolite. The real hydraulic retention time (HRTr) was increased with both increased zeolite bed height and increased upflow velocity. The short-circuit results for 5 cm of zeolite bed and 6, 8 and 10 m/hr upflow velocity were 0.3, 0.24 and 0.19 respectively, demonstrating the feasibility of using zeolite for a proper hydrodynamic environment to operate the EGSB reactor. The presence of zeolite resulted in the higher percentage values of dead zones, ranging from 12% to 24%. Zeolite addition exerted a positive effect on the hydrodynamics pattern for this technology being advantageous for the anaerobic process because of its possible contribution to better biofilm agglomeration, granule formation and substrate-microorganism contact.