横向流中曝气气泡生成动力学及模拟研究

采用水平集方法和变物性的单一流体运动方程,结合显式时间步进的ICE数值算法,三维模拟了推流式曝气池内气泡的生成过程.重点研究了横向水流对曝气气泡生成动力学的影响.模拟的气泡形状演变过程与国外学者的可视化实验符合较好.模拟结果显示,与在静止水流中气泡的生成相比,曝气池内水横向流动对气泡的生成过程有重要的影响.由于受到水流施加的横向曳力作用,气泡逐渐倾斜向下游生长;气泡生成的时间明显缩短;生成气泡的体积也显著地减小.     

气泡尺寸对曝气池内气液两相流数值模拟的影响

为探索在曝气池气液两相流数值模拟中气泡尺寸对两相流流动特性的影响,采用大涡模拟和欧拉－拉格朗日方法建立了曝气池两相流数学模型.基于模型实验得到的工程上常用的微孔曝气盘的气泡尺寸分布,在数值模拟中设定了3种气泡尺寸分布方案,比较了不同的气泡尺寸设定方案对计算曝气池内水流流速和气含率等参数的影响.结果表明,气泡尺寸对水流流场具有较大的影响,而对气含率分布的影响在大部分区域不明显,只在气含率峰值附近影响较显著;使用多组气泡尺寸的设定方案可以提高计算结果的准确性,采用单组气泡尺寸时应尽量使其接近平均气泡直径.     

旋流气浮工艺接触区气泡-颗粒碰撞理论研究

为了对旋流气浮过程中的动力学行为和气浮分离效率进行准确预测,在借鉴重力场下气泡-颗粒碰撞模型建立方法的基础上,考虑旋流气浮的特点,首次将表征流态的雷诺数引入到各种碰撞过程中,推导建立了旋流气浮接触区的气泡-颗粒碰撞效率模型.理论模型显示:低强度旋流气浮工艺中气泡-颗粒的各种碰撞效应主要与雷诺数、气泡和颗粒直径有关.当颗粒直径接近于分子直径时,即直径为1nm时,碰撞主要受扩散碰撞所控制;当颗粒在1~10nm之间时,碰撞主要受扩散碰撞和离心沉降效应的共同作用所控制;当颗粒在10nm~1μm时,碰撞主要受离心沉降效应所控制;当颗粒大于1μm时,碰撞将受截留效应、离心沉降效应和惯性效应联合作用.该模型能够准确预测旋流气浮过程中的动力学行为和分离效率,为旋流气浮工艺的实际应用提供一定的理论依据.     

基于微气泡曝气的生物膜反应器处理废水研究

微气泡曝气有助于强化氧传质过程,在废水好氧生物处理中具有潜在的应用优势;生物膜反应器是应用微气泡曝气的可行工艺形式.本研究在生物膜反应器中采用SPG膜微气泡曝气处理模拟生活废水,探讨反应器连续运行过程中,SPG膜空气通透性、溶解氧变化、污染物去除效果及氧利用情况.结果表明,基于SPG膜微气泡曝气的生物膜反应器能够实现长期连续稳定运行,是微气泡曝气与废水好氧生物处理结合的可行方式.SPG膜表面性质及膜孔径影响其空气通透性,疏水性膜的空气通透性优于亲水性膜;膜孔径越大,空气通透性越好.一定的SPG膜空气通量下,反应器内的溶解氧浓度主要受有机负荷影响.SPG膜微气泡曝气生物膜反应器较优的COD处理负荷(以SPG膜面积计算)为6.88 kg·(m2.d)-1.氨氮的去除主要受溶解氧浓度及生物膜内氧扩散传质的影响,在高有机负荷下生物膜内出现同步硝化反硝化.微气泡曝气的氧利用率显著高于传统曝气方式,在优化的运行条件下,氧利用率可以接近100%.     

文丘里串联结构气泡发生器气液混合和发泡特性试验

高效紧凑型微细气泡发生技术和粒径调控技术是微细气泡技术大规模工业应用的前提和基础。通过CFD数值模拟手段和试验测试手段测试两级文丘里串联结构气泡发生器内气液两相混合发泡特性,并利用响应曲面法对关键结构参数进行了优化设计和交互影响分析。结果表明：对两级文丘里串联结构气泡发生器成泡粒径影响最大的参数主要是二级喉管管径,其次为一级喉管管径和二级扩张角,一级扩张角的影响最小。相同工况条件下,单级文丘里管气泡发生器所生成的气泡群中位粒径为543.64 μm,粒径小于100 μm的微细气泡数量占比为8.6%;两级文丘里管串联气泡发生器所生成的气泡中位粒径为515.99 μm,微细气泡数量占比提升至12.1%。因此,可以通过控制水流流量和改变文丘里串联数量实现气泡粒径从毫米级别到微米级别的调控。

     

超细颗粒在单个上升气泡内的沉积过程模拟

从单个上升气泡内外流场的完全Navier-Stokes方程数值解出发,用Lagrange轨道跟踪的方法研究了超细颗粒在单个上升气泡内的沉积过程,在气泡的流场中考虑了气泡运动中的变形．在超细颗粒的受力中考虑了粘性阻力和Bromnian运动扩散力．在常温下水．空气体系中,对气泡直径0.1～1mm,超细颗粒直径0.1～2μm的情况进行了数值模拟,并对数值模拟的结果进行了拟合,得出简便易用的经验公式。     

微米气泡曝气技术处理黑臭河水的效果研究

采用国产微米气泡发生装置,对比研究了微米气泡曝气与普通曝气对黑臭河水的处理效果.监测的出水水质指标包括土臭素[Geosmin(蔡烷醇类)]和2-甲基异莰醇[2-MIB(冰片烷醇类)],以及CODCr,NH3-N,TP,色度和浊度.结果表明,在相同的曝气强度下,微米气泡曝气技术可产生更高的溶解氧(DO)浓度,60 min...     

微孔曝气气泡生成阶段的并聚规律研究

微孔曝气可提高曝气效率,是污水生物处理节能降耗的主要措施之一。大多数微孔曝气器在设计时追求小孔径,却忽略了气泡在生成阶段的并聚作用所带来的负面效果。采用CCD高速摄像技术,对气泡在不同孔间距及通气量下的生成过程中所发生的并聚规律进行研究,并获得了气泡不发生并聚的最小孔间距理论公式,对微孔曝气器的设计具有指导意义。     

微气泡曝气生物膜反应器同步硝化反硝化研究

同步硝化反硝化(SND)是废水处理中的新型生物脱氮工艺,和传统生物脱氮工艺相比具有显著的应用优势.本研究采用微气泡曝气固定床生物膜反应器,研究了SND过程中污染物去除效果并检测了生物膜功能菌群的变化情况.结果表明,在微气泡曝气固定床生物膜反应器内可以实现同步硝化反硝化,通过提高进水COD负荷和C∶N比,降低溶解氧(DO)浓度,同时增加填料床层孔隙率,可以改善SND效果.当进水COD负荷和总氮(TN)负荷为0.86 kg·(m3·d)-1和0.10 kg·(m3·d)-1,且填料床层孔隙率为81%时,COD和TN的去除率分别为97.6%和70.2%,实现了COD和TN的同步高效去除;同时,微气泡曝气对氧传质的强化作用使得氧利用率高达91.8%.此外,生物膜活性和硝化及反硝化功能菌群的变化,与反应器COD、氨氮和TN去除能力的变化基本一致.     

筛板洗选效果的数值模拟研究

选用雷诺平均Navier-Stokes方程,采用标准κ-ε模型,定义专门的边界模型条件,运用流体分析软件对圆弧波浪式筛板和直条式筛板的洗选过程分别进行数值模拟,得出了原煤颗粒入流速度为2m/s时,两种筛板在洗选过程中的速度分布图、密度分布图,根据模拟结果分析,对传统的直条式筛板进行优化设计,设计出圆弧波浪式筛板并进行工业性试验,与传统的直条式筛板的透筛物和分选效果进行比较,比较结果表明圆弧波浪式筛板在筛选效果上比直条式筛板更具有优越性,同时也验证了湍流模型选取的合理性。     

总溶解性固体( TDS) 对微孔曝气氧总转移系数的影响研究

鼓风曝气时的氧传质影响因素的探究一直是污水处理领域的研究热点,总溶解性固体(TDS)是影响微孔曝气氧传质的重要因素之一。通过中试试验,研究了TDS浓度对微孔曝气器氧总转移系数(K La)的影响,并推导了微孔曝气器氧总转移系数关于TDS浓度的经验公式。结果表明:K La随TDS浓度的增大而增大,其经验公式为K La=0.0090(72.4934+0.2334TDS)0.2569。     

间歇曝气氧化沟工艺处理城市污水实验

为了提高氧化沟工艺对城市污水的脱氮能力,对设置缺氧池和厌氧池的氧化沟工艺采用了鼓风曝气和水下搅拌的曝气方式和连续流间歇曝气的运行方式。研究结果表明:间歇鼓风曝气的运行方式能够提高氧化沟系统的脱氮率,可达43.29%~62.35%;同时提高了系统的脱磷效率,脱磷率达40.23%~76.67%;而曝气能耗比同等条件转刷曝气的能耗降低42.86%~57.14%。     

微孔曝气系统设计

结合最新发布的行业标准CJ/T 475—2015《微孔曝气器清水氧传质性能测定》,分析和叙述了曝气池微孔曝气系统的氧传质速率(OTR)、标准氧传质速率(SOTR)、风量和曝气器数量的计算方法;对标准氧转移效率(SOTE)的主要影响因素进行了分析,分析结果表明:SOTE主要与曝气池表观流速、曝气密度和曝气池水深有关,完整的曝气器SOTE性能曲线图应当包括SOTE与曝气器表观流速、曝气密度、曝气水深之间的关系曲线;并给出了具体计算例子,以期对微孔曝气系统的设计提供指导和参考。     

分子生物学技术在水处理中的应用研究进展

利用现代分子生物学技术对微生物进行分析和研究,以解决传统微生物分析成本高、速度慢、准确度较低和灵敏度较差等缺点。介绍分子生物学技术在水处理中的应用现状,并对未来发展方向提出建议。目前分子生物学技术在供水工程中主要用于水中细菌、病毒、原生动物、蠕虫等病原微生物的快速检测以及管网微生物种群的分析,在污水处理中主要用于脱氮除磷过程菌群数量和空间分布的剖析、污泥膨胀成因分析以及监测微生物种群多样性来优化处理工艺。分子生物学技术的深入研究将进一步促进水行业的发展。     

基于压电效应的声波发电机实验研究

噪声在人类的生产生活中随处可见,而至今还没有有效的手段对声音能量来进行收集与利用。本实验通过亥姆霍兹共鸣器对声音能量进行收集,并利用压电陶瓷进行声电转换,得到的微小电流利用LTC3588-1进行收集并加以利用。得出结论:虽然通过亥姆霍兹共鸣器可以有效收集声波能量,但压电陶瓷的低效阻碍了声波发电的进一步推广。     

基于正交试验直积法的曝气池柔性设计

为了设计出能够应对水质水量等不确定性参数变化的污水处理过程,提出了一种基于正交试验设计直积法的曝气池柔性设计方法。该方法用正交表分别安排不确定性参数和控制参数,用直积法进行分析计算,通过分析柔性瓶颈寻找改进设计方案的策略。从案例研究可以看出:用传统的设计方法设计出的曝气池在水质水量等不确定性参数的变化范围内,可能存在着无法正常运行的情形,而用该方法有助于避免这一缺点。     

加压曝气的工艺研究

本文主要对加压曝气工艺、设备等进行初步研究及探索，并取得了良好的效果．试验结果表明：加压曝气是高效生物处理装置，在压力为０．２ＭＰａ的时候，停留时间为６ｈ的条件下，能够稳定运转，并且容积负荷达３ｋｇＣＯＤ／ｍ￣３·ｄ，ＣＯＤ去除率达８０％以上．     

提高钙基吸着剂脱硫活性的试验研究

研究制备了两类吸着剂，一类在Ｃａ（ＯＨ）２中混入易潮解性盐和碱，另一类是Ｃａ（ＯＨ）２与燃煤飞灰的水合物。在积分式固定床反应器系统的脱硫活性测试表明，添加剂的吸湿作用加速了表面反应，添加剂与Ｃａ（ＯＨ）２的湿混干燥物活性较纯Ｃａ（ＯＨ）２可提高１～２５倍；飞灰和Ｃａ（ＯＨ）２的水合物可使活性提高达５倍，利用飞灰增强钙基脱硫剂的活性是可能且有效的途径。     

基于MUASB处理马铃薯深加工废液的试验研究

试验研究了在改装UASB(MUASB)装置中培养好氧颗粒污泥及其处理生活污水和高浓度马铃薯深加工废液的效果。试验结果表明:可以在4 d内快速培养出好氧颗粒污泥。成熟的颗粒污泥平均直径达2 mm。当马铃薯深加工废液浓度ρ(COD)、ρ(NH 4+-N)、ρ(TP)平均分别为12 817.16,106.10,26.37 mg/L时,处理效果分别超过64%、63%和67%。利用共聚焦激光扫描显微镜观测颗粒污泥,虽然球菌主要形成了一个相对凝结的区域,但是在颗粒污泥的边缘区域出现许多丝状菌。α多糖主要分布在颗粒的核心。在颗粒中还发现少量的β多糖和无生命的细胞。