内循环厌氧反应器多相流流场的三维数值分析

利用数值模拟的方法,引入欧拉双流体多相流模型及标准k-s紊流模型,模拟计算内循环厌氧反应器的三相流三维流场,并通过改变污泥颗粒密度及进水流量,针对固相流速及固含率的变化情况,分析条件的改变对流场的影响。研究结果表明,应用数值模拟方法可以获得内循环厌氧反应器内的流场特征;污泥颗粒密度及进水流量的改变对于反应器内污泥颗粒的流速及分布的均匀性有较为明显的影响。模拟结果对反应器的应用及优化设计具有一定的参考价值。     

污泥厌氧消化反应器CFD数值模拟研究进展

污泥作为典型的不透明非牛顿流体,在厌氧消化反应器内的流场具有复杂性,难以直接进行流场测试分析。结合计算流体力学(CFD)技术,分析污泥厌氧消化反应器内的流场分布情况,探讨污泥在反应器内混合效果和对消化过程的影响,以验证校核反应器优化设计和运行,改善污泥在消化反应器内的流动和混合性能并最终提高反应器性能。在综合文献及前期研究工作的基础上,系统分析并重点关注了CFD数值模拟过程当中多相流模型和湍流模型的选取、污泥流变特性应用、反应器流场评估优化及耦合生化模型等的研究现状及进展,总结了目前污泥厌氧消化反应器CFD数值模拟过程存在的问题。并指出在考量污泥流变学特性的基础上,利用传质模型将反应器流场和生化过程相耦合,构建流场-生化耦合模型,获取基质转化规律,为优化污泥厌氧消化反应器设计运行提供理论依据,是CFD应用于厌氧消化反应器数值模拟的发展方向。     

本期推荐

正本期"专论与综述"栏目发表了《污泥厌氧消化反应器CFD数值模拟研究进展》(曹秀芹,徐国庆,袁海光,等)一文。该文梳理的研究成果,对于污泥厌氧消化反应器数值模拟、反应器优化运行设计、运行参数选取等均具有参考价值。计算流体力学(CFD)是研究非牛顿流体流动和混合规律的有力工具。利用CFD数值模拟技术,可再现污泥及其他有机固废在厌氧消化池中的流动过程,得到流型分布曲线,实现流场     

转速对SUFR系统厌氧区释磷的影响

就转速对螺旋升流反应器系统厌氧区释磷效果、污泥的释磷代谢及动力学参数的影响进行试验研究,并确定较好释磷效果时的转速,为该技术即将进行的工程应用提供理论支撑。研究结果表明：随着转速的增加,厌氧释磷效果出现下降的趋势,转速为30 r/min时,厌氧释磷效果较佳;SUFR系统厌氧区污泥释磷的代谢模式遵循Smolders等人提出的生化模式,转速变化引起α_PAO的不同,从而使得厌氧释磷的代谢水平出现了差异;转速对厌氧区污泥COD吸收的动力学参数q_max及K_A值均产生了明显的影响。     

污泥流变学及其厌氧消化混合特性数值模拟研究进展

污泥作为一种非牛顿流体,其流变特性对厌氧消化过程中的传质、传热、搅拌和物料输送等有着重要影响。系统阐述了污泥流变学属性,如流变特性的影响因素、流变模型以及其测试方法。由于污泥在厌氧消化反应器中流场的复杂性及其本身的不透明性,难以对其流场进行高效的实验测试,利用计算流体力学(CFD)技术结合流变学参数对流场进行数值模拟是一种有效工具。因此,综合分析了CFD技术在污泥厌氧消化过程中的研究现状及其搅拌混合过程中旋转桨叶处理方法的选择,并对污泥厌氧消化过程中进行数值模拟存在问题及进一步研究方向进行了展望。随着深入研究,以污泥流变学、计算流体力学为基础结合污泥厌氧消化生化反应过程联合数值模拟研究,将会为控制污泥的厌氧消化工艺提供更加全面和重要的技术措施。     

厌氧污泥对间二氯苯的吸附性能简

为了研究灭活厌氧污泥和活性厌氧污泥对间二氯苯 （m-DCB）的吸附,考察了吸附平衡时间、吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学、污泥投加量和pH对吸附m-DCB的影响。结果表明,2种污泥对m-DCB的吸附在1 h内达到平衡。应用伪一级、伪二级反应动力学对实验数据进行验证,表明厌氧污泥吸附m-DCB更符合伪二级反应动力学模型。2种污泥对m-DCB的吸附都可以用Langmuir和Freundlich吸附模型拟合,但Langmuir吸附模型的拟合结果要好于Freundlich模型,且活性厌氧污泥的吸附性能显著高于灭活厌氧污泥。从吸附热力学上看,该吸附为放热反应,低温有利于吸附反应的进行。pH值对2种污泥吸附m-DCB的影响很小。     

基于CFD模拟改良型厌氧折流板反应器(mABR)水力特性

改良型厌氧折流板反应器(modified anaerobic baffled reactor,mABR)的处理效率受水力特性的影响很大,而反应器升流室的升流速度又是影响反应器内水力特性的重要参数。使用CFD-fluent软件平台进行二维多相流数值模拟,在难降解废水水解酸化(固-液两相流)与高浓度有机废水发酵产气(气-液-固三相流)条件下,针对水流速度与固含率的变化,探究不同升流速度对反应器内流场特性的影响。结果表明:升流速度的增加及反应器厌氧产气有利于抬升泥水界面,促进泥水混合,提高传质效率;但过高的升流速度将导致污泥流失,使生物量的保持能力下降。通过分析可知,当两相流和三相流升流速度分别为2.0～2.5 m·h~(-1)和1.5～2.0 m·h~(-1)时,水力搅动及固含率分布较为显著,有利于泥水混合,使得反应器去除污染物效率最佳。     

IC厌氧反应器新型布水系统

IC厌氧反应器是新一代污水处理的高效反应器,设计的关键是如何使罐体内形成均匀稳定的内循环流动,其性能受控于布水器的布水结构、布孔方式、进水流速等。现有布水器结构复杂,加工难度较大,成本较高,同时还存在排泥死角问题。针对该情况,对IC厌氧反应器的布水结构进行优化设计,并在对反应器内气-液-固三相流流场进行大量三维非稳定流数值分析的基础上,确定适宜的上升流速及布水器进水口尺寸,并加工组装实体模型进行模型实验验证,结果表明优化的布水器结构有效可行。     

污泥的分形维数与粒度随统计样本的变化特征

研究了厌氧折流板反应器(ABR)中成熟颗粒污泥和某污水处理厂回流、厌氧、曝气、消化4个单元中絮状污泥的一维、二维分形维数(D₁、D₂、D′₂)及平均粒径在不同统计样本数下的变化规律。结果表明,当统计样本数达到200以上时,ABR中成熟颗粒污泥的D₁、D₂、D′₂值趋于稳定;当样本数达到300以上时,某污水处理厂4个单元中絮状污泥的D₁、D₂、D′₂值也分别趋于稳定。此外,1^#ABR中的颗粒污泥在统计样本数达到350以上时其中位直径趋于稳定,而2^#ABR和某污水处理厂4个处理单元中的污泥,在试验样本数下并未达到稳定。基于研究的结果和相关文献的结论,研究认为,如果需要得到稳定的平均粒径结果,可能需要大量的统计样本数,该样本数至少要大于600。     

氧化沟反应器流体力学特性的数值模拟与实验研究

采用CFD数值计算和体视PIV测试相结合的方法研究卡鲁塞尔氧化沟反应器流场特性。探索复杂边界条件下反应器流场的模拟方法,采用体视PIV技术分别测量了反应器直道、弯道处三维全场流速;研究不同位置处纵、横、垂三向的流动结构和沿程分布特点。结果表明,模拟与实验结果较吻合;纵、垂两向的流动分布是决定沟内水力特性的主要因素;横、垂两向的流动是决定污泥沉积位置的主要因数;外沟靠近曝气叶轮直道段的流速分布上大下小,在低速区底部易发生污泥沉积;外沟远离曝气叶轮直道段流速分布上小下大,利于防止泥水分离;弯道段受横比降和横向环流的影响,内侧容易形成低速区或停滞区而发生污泥沉积。     

倒置AAO工艺中物料及能量流向的研究

通过对北京某城市污水厂的曝气池各单元及二沉池营养物质变化进行跟踪试验,分析该污水厂的活性污泥单元倒置AAO工艺部分碳、氮、磷的物料流向,并且基于物料平衡分析了工艺中的能量流向.     

电除尘器气流分布与粉尘沉降规律试验研究

简要介绍了斜气流技术机理,进行了均匀气流和斜气流状态下的粉尘沉降试验.通过试验数据分析,总结出了电除尘器内部两种气流分布状态下的粉尘沉降规律,指出斜气流技术的应用在提高除尘效率方面具有重大意义,并为斜气流技术的应用提出了一些建议.     

潮汐流-潜流组合人工湿地污水净化效率

构建了潮汐流-潜流组合和潜流-潮汐流组合人工湿地对污水进行处理,分别研究2种组合人工湿地对污水的净化效果。结果表明,在平均进水COD浓度为214．28mg／L、NH4＋-N浓度为10．57mg／L、PO34--P浓度为5．44mg／L、TN浓度为10．25mg／L,水力负荷为o．2m3／（m2·d）的条件下,潮汐流-潜流组合人工湿地对COD、PO34--P的去除率分别为58．28％和46．99％,与潜流-潮汐流组合人工湿地处理效果相近;对NH4＋-N、TN,潮汐流-潜流组合人工湿地的去除率分别为69．93％和71．03％,比潜流-潮汐流组合人工湿地分别高15％和33％。潮汐流-潜流人工湿地的组合,在系统内实现了硝化-反硝化的组合,强化了系统对TN的净化效果,其对TN的净化效果比-般的潜流和表面流人工湿地组合提高20％～30％。总体上,潮汐流-潜流组合人工湿地具有更好的净化效果。     

固定床厌氧反应器中有气体存在时液相非理想流态的研究

采用脉冲应答技术对模拟厌氧固定床反应器内的液相非理想流态进行了研究。实验的液体流速u=1.21×10-3～6.81×10-2m/s,气体流速为0.008～0.034m/s,该范围相对应的厌氧反应器处理的废水COD浓度大约为1100～4000mg/L。结果表明,在不同的气速条件下,Pe～Re曲线都呈一拱形,即有一最佳的Re数范围,在该范围内Pe数达到极大;一定量气体的存在会使得Pe数显著增大。     

Spatial and temporal distribution of solute leaching in heterogeneous soils: analysis and application to multisampler lysimeter data

Accurate assessment of the fate of salts, nutrients, and pollutants in natural, heterogeneous soils requires a proper quantification of both spatial and temporal solute spreading during solute movement. The number of experiments with multisampler devices that measure solute leaching as a function of space and time is increasing. The breakthrough curve (BTC) can characterize the temporal aspect of solute leaching, and recently the spatial solute distribution curve (SSDC) was introduced to describe the spatial solute distribution. We combined and extended both concepts to develop a tool for the comprehensive analysis of the full spatio-temporal behavior of solute leaching. The sampling locations are ranked in order of descending amount of total leaching (defined as the cumulative leaching from an individual compartment at the end of the experiment), thus collapsing both spatial axes of the sampling plane into one. The leaching process can then be described by a curved surface that is a function of the single spatial coordinate and time. This leaching surface is scaled to integrate to unity, and termed S can efficiently represent data from multisampler solute transport experiments or simulation results from multidimensional solute transport models. The mathematical relationships between the scaled leaching surface S, the BTC, and the SSDC are established. Any desired characteristic of the leaching process can be derived from S. The analysis was applied to a chloride leaching experiment on a lysimeter with 300 drainage compartments of 25 cm2 each. The sandy soil monolith in the lysimeter exhibited fingered flow in the water-repellent top layer. The observed S demonstrated the absence of a sharp separation between fingers and dry areas, owing to diverging flow in the wettable soil below the fingers. Times-to-peak, maximum solute fluxes, and total leaching varied more in high-leaching than in low-leaching compartments. This suggests a stochastic-convective transport process in the high-flow streamtubes, while convection dispersion is predominant in the low-flow areas. S can be viewed as a bivariate probability density function. Its marginal distributions are the BTC of all sampling locations combined, and the SSDC of cumulative solute leaching at the end of the experiment. The observed S cannot be represented by assuming complete independence between its marginal distributions, indicating that S contains information about the leaching process that cannot be derived from the combination of the BTC and the SSDC.     

人工湿地脱氮除磷特性研究

针对流域水体富营养化加剧和二级处理水氮磷指标较高的问题,提出以人工湿地对二级出水继续低耗、理想地脱氮除磷。研究中通过对照不同进水水质条件下,不同结构人工湿地的脱氮除磷效能,探讨了人工湿地内的主要脱氮除磷途径。研究表明,表面流湿地内植物对氨氮吸收／吸附和硝化过程为主要氮转化途径,潜流湿地内直接反硝化过程为主要脱氮途径,脱氮效率30％～40％;磷在人工湿地内主要依赖除磷填料床的物化吸附、共沉淀去除,除磷效率达80％以上。     

Surfactant-induced changes in gravity fingering of water through a light oil

Gravity-driven preferential flow (fingering) can greatly affect how one fluid displaces another in the subsurface. We have studied the internal properties of these preferential flow paths for water, with and without surfactants, infiltrating into oil saturated porous media using synchrotron X-rays, and miniature tensiometers to characterize fluid content and pressure relationships. We also used a light transmission technique to visualize overall flow pattern. Capillary pressure and water content decrease behind the front, similar to fingers in air-dry sand, with quantitative differences for five different surfactants with surface tensions ranging from 4–21 g/s². Using unstable flow theory, the finger widths, capillary pressure drops within the fingers, finger tip lengths, and finger splitting dynamics were scaled successfully with interfacial tension, fluid density, and the contact angle using the fingers in air–water systems as the reference.     

Forest Cover and Stream Flow in a Headwater of the Blue Nile: Complementing Observational Data Analysis with Community Perception

This study analyses the relation of forest cover and stream flow on the 266 km² Koga watershed in a headwater of Blue Nile Basin using both observed hydrological data and community perception. The watershed declined from 16% forest cover in 1957 to 1% by 1986. The hydrological record did not reveal changes in the flow regime between 1960 and 2002 despite the reduction in forest area. This agrees with the perception of the downstream community living near the gauging station. The upstream community, however, reported both decreases in low flows and increases in high flows shortly after the forest cover was reduced. The upstream deforestation effect appeared to have been buffered by a wetland lower in the watershed. This study concludes that community perception can be a complement to observational data for better understanding how forest cover influences the flow regime.     

四川望佳人工湿地系统生活污水净化效果

取样监测分析了望佳人工湿地系统各组成单元对COD、TN、NH3-N、TP和SS的去除效果。在水力负荷为0.18 m3/m·d、温度为8~19℃、p H为6~8的条件下,分析结果表明,各单元COD、TN、NH3-N、TP和SS的系统去除率满足:人工快渗池>厌氧调节池>1号表流湿地>潜流湿地>氧化塘>2号表流湿地>1号水平潜流湿地>2号水平潜流湿地,其中人工快渗池单元的系统去除率平均值分别为21.21%、22.74%、22.49%、25.58%和30.85%。监测期间COD、TN、NH3-N、TP和SS的总去除率平均值分别为89.41%、90.27%、89.89%、89.89%和92.28%,系统出水达《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级标准的B标准。监测表明,该湿地设计偏于保守,还可以优化设计单元以减少建设和运行成本。