液-液射流搅拌提高热水解污泥混合性能分析

在厌氧消化反应器中,机械搅拌是广为应用的搅拌方式,但机械搅拌在运行过程中存在设备维修困难、能耗高等问题。基于前期的研究,利用Ansys 17.2软件平台,构建3 000 m~3液-液射流搅拌厌氧消化反应器1∶1仿真模型,为考察液液射流装置对热水解污泥在反应器内的搅拌混合效果,模拟得出速度云图、速度矢量图、剪切速率图以及死区分布图,并对搅拌性能、搅拌机理进行分析。结果表明:流场区域流速范围0~1.50 m·s~(-1),剪切速率范围0~200 s~(-1);依据斯托克斯定律计算出该流场中沉降速度阈值0.30 m·s~(-1),低于该速度值的部分形成死区,死区主要分布在流场中心区域,其体积为600.88 m~3,占总体积20.58%;相对于流场中心区域,流场内其他区域流速均值为0.60 m·s~(-1),得到较好的搅拌混合。     

偏心双轴搅拌用于污泥搅拌混合的数值模拟

在大型污泥搅拌机中探索采用偏心双轴搅拌,使用Fluent软件对偏心双轴搅拌槽内污泥流体的流场变化进行数值模拟,并与中心双层搅拌进行比较,分析2种结构搅拌槽内宏观流场结构、速度分布及功耗特性,通过实验测量不同转速下偏心双轴的功耗,仿真计算结果和实验值吻合较好。结果表明:偏心双轴搅拌形成的流场结构打破了中心搅拌的流场对称性,有效的消除了隔离区。偏心双轴搅拌槽内流场各方向的速度分量均比中心双层搅拌有明显的提高,速度梯度较大,能够增大搅拌混合区,有利于污泥固液两相的混合。在N=5 r·s~(-1)时偏心双轴搅拌的功耗约为中心双层搅拌的90.4%,具有明显的节能效果。     

喷嘴数量对文丘里除尘器性能影响的模拟

选用欧拉-欧拉多相流模型和RNG k-ε湍流模型对文丘里除尘器流动特性进行数值模拟,首先对2个喷嘴时不同液体速度下的压力降和喉管液体分布情况进行模拟,并与实验值进行了比较,得到了较好的一致性;然后比较了2个喷嘴和4个喷嘴的情况下不同液体速度时文丘里除尘器的压力降和液体分布情况。模拟结果表明:欧拉-欧拉多相流模型可准确地模拟文丘里除尘器内部流场;喷嘴数量对文丘里除尘器内部的压力降和液体分布有较大影响,当相对射流深度为0.2,喉管气速为64 m·s-1,喷嘴数量由2增加为4时,压力降增加了17.17%,在喷嘴数目为4,喉管气速为74 m·s-1,液体速度为12.5 m·s-1时可使液体在文丘里除尘器内部得到较均匀的分布。     

臭氧接触反应器气液两相流数字图像处理方法与实验分析

在单相数字粒子图像测速度(PIV)技术的基础上,研究气液两相流动的PIV图像处理方法,采用数字掩模技术对不同相的流动信息进行标记、识别、提取与计算,编辑了相应的软件.运用改进后的PIV方法对臭氧接触反应器中气-液体两相流动进行了测试与分析.结果表明,臭氧接触反应器中液相轴向流速分布是决定反应器内水力特性的主导因素;进气流量直接影响反应器内液气两相的流速分布;随进气流量的提高,液气两相的轴向速度和横向速度均增大,同时反应器流动结构与流程分布会发生较大变化.     

投加沸石粉活性污泥搅拌参数优化及其对离子交换速率的影响研究

在0.3 m×0.3 m×0.36 m方形搅拌槽中初步探讨了不同的搅拌器类型、安装高度以及曝气强度对投加了沸石粉的高浓度活性污泥悬浮状态的影响,并根据固液悬浮理论确定了最佳的搅拌参数.同时,进行了不同搅拌速率下沸石对污水中氨氮的离子交换动力学研究.结果表明在无曝气的情况下,选用三叶推进式搅拌器,搅拌器离底高度为1/3搅拌器直径时所需要的临界搅拌速率最低.曝气有助于反应池中污泥的悬浮,对于30 g/L的污泥,当曝气强度由10 m3/(m2·h)增大1倍时,临界搅拌速率降低了50%.搅拌速率为120 r/min时,沸石对污水中氨氮的离子交换速率受膜扩散过程控制,当其增大为180 r/min时,其控制步骤为粒内扩散,沸石粉活性污泥达到完全均匀悬浮的临界搅拌速率不足以满足传质的要求.需增大一定程度.     

暂存库填埋调质污泥的压缩与固结特性

污泥暂存库区面临减量增容的严峻问题。由于暂存库中的污泥已经发生了较大程度的降解,其固结性质与新鲜污泥相比已发生了较大的变化,可直接影响到原位处理效果,故选用FeCl_3和芬顿试剂对上海某污泥暂存库区的长期填埋污泥进行了调质改性,并对调质后污泥的固结压缩特性进行了研究。结果表明:经药剂调质后污泥的排水固结时间大大缩短,在初始低固结应力水平时压缩量较大,在后期高固结应力水平下沉降量较小;在初始低固结应力水平下,调质污泥的固结系数在10~(-3) cm~2·s~(-1)数量级范围内变化;添加FeCl_3的实验组对应的C_(v,max)=2.91×10~3 cm~2·s~(-1),芬顿调质实验组对应的C_(v,max)=9.88×10~(-3) cm~2·s~(-1)。渗透系数受固结应力影响较大,当FeCl_3的掺量为40%时,初级固结应力下样品的渗透系数k=4.439×10~(-6) cm·s~(-1);在400 kPa固结应力作用下,渗透系数减小为3.796×10~(-8) cm·s~(-1);经芬顿试剂调质的污泥在初级固结应力下,渗透系数k=6.48×10~(-6) cm·s~(-1);在400 kPa下,渗透系数k=9.94×10~(-8) cm·s~(-1)。以上结果对现场污泥真空固结法处理有一定的指导意义。     

高含固污泥中影响因素对流变特性的影响

以城市污水处理厂产生的高含固污泥(含水率≤80%)为对象,实验考察了剪切速率(2.5~100 r·min~(-1))、温度(13~80℃)、含水率(65%~80%)3因素对污泥流变特性的影响。结果表明:在考察范围内,污泥黏度随剪切速率增大而迅速减小,幂律方程拟合结果表明污泥具有假塑性流体的特征;污泥的黏度随温度升高而减小,且二者呈线性关系,实验数据与阿伦尼乌斯公式拟合结果表明温度对污泥黏度的影响程度小于剪切速率;污泥黏度随含水率的降低呈指数增长,在低温下表现得更明显。综合分析3个因素对污泥黏度的影响,污泥在持续加热至80℃,保持以转速≥62.5 r·min~(-1)(线速度≥0.010 5 m·s~(-1))搅拌的前提下,可以实现减水至含水率达到60%,根据黏度值判断依然具有泵送可行性。     

卡鲁塞尔氧化沟反应器两相流PIV图像处理研究及实验分析

在单相数字粒子图像测速度(PIV)技术的基础上,研究了PIV两相流动的测试及图像处理方法.利用数学形态学的原理以及互相关法,对两相粒子图像进行标定、识别、区分和流场分析,编辑了相应的软件.并采用此技术对卡鲁塞尔氧化沟模型直道及弯道段二维液固两相流速进行测量,克服了传统点测量方法无法获取全场流动同步信息的缺陷,较好地反映了不同位置处固液流动分布的基本特性.结果表明,沟内径向流速远小于轴向,流速大小相差约一个数量级;同一断面上轴向流动分布是决定水力特性的主要因素;径向流速和水体动能是决定污泥沉积位置的主要因数,固相总体流速小于液相.     

曝气对管式MBR膜污染及临界通量影响

采用管式膜微滤高岭土悬浊液,考察了恒通量下曝气对膜污染的影响,并对不同膜面气体流速下跨膜压力和膜污染周期变化进行了研究,此外,采用阶梯通量法对临界通量进行了测定。结果表明,曝气可显著减缓膜污染,延长膜污染周期,同时提高膜的临界通量;随着膜面气体流速由0.067 m·s~(-1)提升至0.251 m·s~(-1)时,膜污染平均速率由0.366 k Pa·h~(-1)降低至0.104 k Pa·h~(-1),膜污染周期由8 d延长至31 d,临界通量由8~10 L·(m~2·h)-1提高至22~26 L·(m~2·h)-1。此外,通过惯性模型分析发现,膜的临界通量与膜面混合流速呈良好的线性关系,R~2=0.98;但随着膜面气体流速的增加,悬浊液中高岭土粒径逐渐变小,并且通过膜表面污染阻力构成分析发现,膜表面不可逆污染阻力由13.9%提高至31.6%,这不利于膜污染控制。     

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。     

供气式低压射流曝气器结构优化数值模拟研究

以供气式低压射流曝气器为研究对象,运用流体力学分析(CFD)软件对其建立三维模型,用Fluent软件模拟分析其结构参数(一级喷嘴直径、二级喷嘴直径、混合室长径比)对混合室内湍流混合效果的影响。正交试验结果表明,对两相湍流混合效果的影响因素为:一级喷嘴直径混合室长径比二级喷嘴直径,最佳湍流混合效果的结构参数是一级喷嘴直径14mm、二级喷嘴直径46mm、混合室长径比4,结构优化后,混合室内气液两相的分布更均匀,混合效果更优。     

ASBR中泥水混合特性研究

保持足够多的活性污泥和泥水的充分混合是保证厌氧反应器高效处理废水的两个基本原则,为有效提高厌氧序批式反应器(ASBR)的处理效率,研究了ASBR的混合特性.采用示踪法研究了不同MLSS及搅拌速度下混合时间的变化,并考察了不同条件下ASBR内污泥的垂直分布情况,得出ASBR内MLSS分别为12000、17000、21000、25000mg/L时,泥水完全混合所需要的最佳搅拌速度分别为200、200、300、300r/min.结合混合时间和泥水完全混合所需的最佳搅拌速度,经分析,以ASBR内污泥垂直分布确定的最佳搅拌速度较为合理,为ASBR工艺的工程设计和工程应用提供依据.     

粒径和底床地形对沉积物中有机磷释放的影响

主要研究了2种沉积物粒径(35μm和130μm)及底床微地形对沉积物中内源溶解性有机磷释放的影响。选取某浅水湖泊沉积物为研究对象,对其人工污染溶解性有机磷別用室内循环直流水槽顶盖驱动流模拟风生流,考察静态和风生流作用下不同粒径沉积物及底床微地形对溶解性有机磷释放的影响。实验结果表明:在20 cm·s~(-1)及38 cm·s~(-1)2种驱动流速条件下35μm粒径沉积物实验组中沉积物有机磷释放速率均大于130μm实验组。对于35μm粒径沉积物实验组在20 cm·s~(-1)驱动水流扰动下,沉积物有机磷的平衡释放量为0.44 mg·L~(-1),在38 cm·s~(-1)驱动水流扰动下为0.49 mg·L~(-1);对于130μm粒径沉积物实验组在20 cm·s~(-1),和38 cm·s~(-1)2种扰动下的沉积物有机磷平衡释放量分別为0.29 mg·L~(-1)、0.30 mg·L~(-1);驱动流速的提高促使达到平衡状态时的释放量提高小粒径沉积物提高驱动流速更利于平衡释放量的提高且高驱动流速缩短达到释放平衡所需的时间。在底床微地形(对地形的描述采用:y=O.1sin2πx)实验中发现,静态条件下波峰处上覆水有机磷浓度首先逐渐降低至0.18 mg·L~(-1),其后升高至0.40 mg·L~(-1)并达到平衡而波谷处则不断上升至极大值0.87 mg·L~(-1)其后下降至0.77 mg·L~(-1)并达到平衡;而在20 cm·s~(-1)的驱动水流扰动下,波峰波谷处上覆水有机磷浓度变化较为_致均逐渐增长至极大值0.39 mg·L~(-1)和0.45 mg·L~(-1)后达到平衡状态。此外,在静态和动态条件下,波谷处上覆水中有机磷含量始终高于波峰处。     

基于低频振动强化物质传递过程的污水处理效能提升机制

考察了在低溶解氧(DO)条件下,低频机械振动(LFMVs)的加入对AO工艺脱氮效果的影响,从氧在气—液—固三相之间的传质效率、污泥絮体结构变化以及理化特性等方面进行了机理探究。结果表明：在(1.5±0.3) mg·L^-1的低DO浓度下,随着振动频率的增加,系统COD和TN的去除率有所提高,在40 Hz时达到最高,平均去除率分别为94.86%和76.88%,相比于对照组R0分别提升了5.42%和23.46%,此时,气-液间氧传递系数增加约140.46%,液-固间氧扩散系数增加了255.26%;理化特性分析结果表明,气-液间氧传递系数的增加是由于LFMVs强化了液相的湍流流态造成的,而液-固间氧扩散系数的提升主要是因为LFMVs的引入降低了污泥粒径,增大了絮体间孔隙和刺激了胞外聚合物(EPS)的分泌。此外,经济性评估结果表明,荷载LFMVs的AO反应器比传统模式AO反应器的综合用电量低0.12 kW·(m³·h)^-1。     

基于三维数值模拟的供气式低压射流曝气装置性能优化研究

为提高供气式低压射流曝气器中气液混合效果、提高氧传质速率,基于射流曝气器内部结构解析,提出了混合室增设分散孔板、双管进气等优化改进方案。应用FLUENT软件对射流曝气器改进前后混合室气液两相混合效果进行三维数值模拟研究,模拟结果表明,增设分散孔板可显著增加混合室湍流强度、提高气液两相混合效果,孔板设置于进气孔前更利于氧传质效率的提升;增设射流曝气器对称进气口可使气液两相在混合室内分布更加均匀,增大气液两相接触面积,促进气液两相混合。根据模拟结果加工改进型供气式射流曝气器,并进行清水充氧实验,在不同实验参数下,改进射流曝气器的标准氧传质系数、标准氧传质速率、标准氧传质效率和标准曝气效率与改进前相比分别提高19.81～20.30%、30.84%～41.87%、9.84%～25.97%、3.78%～20.56%。     

湿法烟气脱硫喷淋塔的持液特性

在喷淋塔内部增设湍流装置是提高脱硫效率的有效途径之一,因此以自行设计的湍流装置的冷态喷淋塔为对象,考察了气速、喷淋量、液气比(L/G)、湍流装置水平和垂直间距对其持液特性的影响。实验结果表明,当湍流装置结构形式一定时,液体在塔内的停留时间随气速的增大而增大,随喷淋量、L/G的增大而减小;湍流层的持液量随气速、喷淋量、L/G的增大而增大;当气速、L/G一定时,液体在塔内的停留时间和持液量均随湍流装置水平和垂直间距的增大而减小。当气速、喷淋量、L/G、湍流装置水平和垂直间距分别为3.6 m·s~(-1)、100m~3·h~(-1)、10 L·m~(-3)、X_1、Y_1时,液体的最大停留时间为24.58s;而当气速、喷淋量、L/G、湍流装置水平和垂直间距分别为m~3·h~(-1)、25 L·m~(-3)、X_1、Y_1时,湍流层的最大持液量为1.093 m~3。对实验数据进行多元线性回归分析,得出该湍流式喷淋塔持液量的经验公式,其拟合优度与显著性良好,对工业应用具有一定的参考价值。     

臭氧在柱式反应器中的强化传质过程

结合理论分析,提出了影响臭氧在水中传质效率的三大因素:表观气速μobs、初始气泡直径d、液位高H。通过实验设计,以臭氧氧化柱式反应器中气泡的行为为研究对象,以废水COD去除率及臭氧利用率为指标,考察了这三大因素对臭氧传质效率的影响,且探讨了体系中引入搅拌对强化臭氧传质的贡献。结果表明,适当地提高表观气速μobs、初始气泡直径d及液位高H都可强化气液传质、提高废水处理效果,而对于传质控制型反应效果更为显著。在低、中表观气速下,搅拌能促使气泡均匀分散,从而提高气液传质效率;而在高表观气速下,搅拌作用的强化能力是有限的。通过对搅拌作用下反应器内流体热视图分析可知,反应器内中心气泡密度、尺寸均高于近壁面位置。n=100 r·min~(-1)时,反应器内气泡直径小且分布均匀;n=200 r·min~(-1)时,反应器内气泡破碎严重,搅拌杆有气穴生成;n=500 r·min~(-1)时,反应器中心出现明显旋流与气液分层现象。     

泡沫分离法去除废水中的Cr(Ⅲ)离子

以绿色表面活性剂酪蛋白为起泡剂,采用间歇式泡沫分离法去除废水中高浓度Cr(Ⅲ)离子,考察了pH值、空气流量、酪蛋白的添加量、搅拌速度和装液体积5个因素对Cr(Ⅲ)离子去除率的影响。结果表明:当Cr(Ⅲ)离子初始浓度为100 mg·L~(-1)、处理时间为1.5 h时,最佳分离工艺条件为pH=9.5、空气流量0.75 L·min~(-1)、4 g·L~(-1)的酪蛋白的添加量25 m L、搅拌速度800 r·min~(-1)、装液体积1 500 m L,去除率可达99.78%;在最佳工艺条件下,用常规表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)代替酪蛋白进行对比实验,酪蛋白可以使废水中Cr(Ⅲ)离子去除率提高1.73%。酪蛋白是一种环境友好型物质,作为绿色生物表面活性剂适用于泡沫分离工艺中。     

喷嘴角度对脱硫塔内气液两相流场的影响

提出了采用数值模拟的方法研究喷嘴角度对脱硫塔内部气液两相流场的影响。由于实际脱硫塔尺寸庞大,给实验研究带来困难且成本很高,在数值模拟平台上,分别模拟了45°、75°和-30°3种喷嘴角度布置下脱硫塔内部速度场、温度场变化以及湍流强度的分布情况。结果表明,在角度为-30°布置时速度场变化不是很剧烈,脱硫塔进出口温差比较理想,湍流强度在脱硫塔底部较大随着塔高的增加缓慢降低,这样有助于气液两相均匀混合,并控制出口烟温,有利于提高脱硫效率。     

活性污泥洗涤烹饪油烟的传质性能强化

利用自制的模拟油烟生物洗涤净化装置,以活性污泥做洗涤液,通过更换直径不同的喷气头、转动其方位、升降其到洗涤液面的距离来调节装置气-液接触速度、角度和距离进行模拟烹饪油烟洗涤实验,根据双膜理论计算不同气-液接触速度、角度和距离下的传质系数,并求得相应的油烟去除率。结果表明,最佳的气-液接触速度、距离和角度分别为24.49 m·h~(-1)、20 cm和0°,最佳反应条件下,对应的油烟传质系数分别为0.196 2、0.170 4和0.153 0 h~(-1),油烟去除率分别为85.51%、85.36%和86.03%。