紫外消毒器辐射剂量模拟与设备设计

基于拉格朗日方法建立了耦合流体流动、紫外光强辐射与粒子辐射剂量的数值计算模型.利用该模型对工业尺寸的紫外消毒设备进行了模拟计算,获得了消毒设备内的场量信息;展示了利用CFD模拟优化设计紫外消毒反应器的方法;讨论了设置挡板和改变灯管布置2种方式对粒子辐射剂量的影响,计算结果表明,调整辐射场对紫外消毒设备性能的改善程度明显高于改变流动状态.     

紫外光协助高锰酸钾降解四环素的研究

高锰酸钾氧化法在实际水处理中得到了一定的应用,但对有机污染物的去除和降解能力相对有限,为此提出了以外加紫外光照射协助高锰酸钾氧化的方法。以四环素作为模型污染物,考察了四环素浓度、高锰酸钾浓度、反应时间、初始pH条件和不同紫外光照射等的影响。结果表明,高锰酸钾能够氧化并去除四环素,紫外光照射明显提高了高锰酸钾对四环素的降解效果,并且254 nm紫外光照射对降解的促进作用远大于365 nm紫外光。在所考察的pH范围内,无论紫外光照射与否,高锰酸钾在酸性条件下的降解效率最高,中性条件较高,碱性条件次之。     

基于CFD的两种紫外消毒模型的比较研究

为了预测紫外反应器的消毒效率,提高模拟的准确度,对两种紫外光强模型进行了比较分析。利用CFD技术,采用数值模拟的方法,对线源和柱源两种光强模型进行了光强分布以及消毒效率的模拟,并采用生物实验进行了验证。结果表明:与柱源模型相比,线源模型在近灯管处强度高42.3%,在1.2 cm处二者趋于一致;针对同一管式紫外反应器,透光率为95%时,线源模型的模拟结果偏大,柱源结果偏小;透光率为80%时,线源及柱源模型的模拟结果都偏大,流量及模型影响较小,透光率成为主要影响因素。综合比较,柱源模型适用于小型管式紫外灯消毒数值模型的开发。     

含油污水处理用旋流气浮一体化设备的CFD数值模拟

借助商业计算流体动力学(CFD)软件Fluent,对国内自主研发的含油污水处理用BIPTCFU-1型旋流气浮一体化设备进行内部流场的数值模拟研究,讨论了射流器挡板和缓流板等主要结构参数对设备分离性能的影响,并对污水处理量和回流比等运行参数对设备除油率的影响进行了评估。为下一步通过CFD数值模拟手段进行优化设计,进而成功研发含油污水旋流气浮一体化处理设备奠定了较为坚实的基础。     

风障屏蔽作用的数值模拟

采用数值模拟的方法,研究了不同开孔率的风障对气流的屏蔽作用,通过比较其对风速和湍流强度的降低量,得出风障所应采用的最佳开孔率.     

三维数值模拟在水力澄清池中的应用

采用了标准的κ-ε紊流模型方程组及有限体积法，对某工厂水力澄清池的流速场和压强场进行了三维数值模拟．并用实际运行情况对数学模型和计算方法进行了验证，计算结果与实际情况吻合良好，说明用数学模型模拟水力澄清池的流速场和压强场是确实有效可行的。     

改进的有限单元法在河流水质数值模拟中的应用

利用有限单元法进行二维水质模拟不用考虑河流速度和流量分布等资料,可以直接根据河床地形特点求出水质分布.但传统方法需要利用作图法求出累积流量曲线,是整个模拟过程中最耗人力物力的过程.为解决这一问题,探讨了拉格朗日插值法在复杂河段二维水质模型数值计算中的应用,运用该方法对三峡长寿段的排污口对干流影响进行了数值计算,并将计算结果与作图法的结果进行了比较,比较结果验证了该方法具有省时、高效的优点,具有更加广阔的应用前景.     

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,最后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。     

车用催化转化器的数值模拟与实验研究

采用数值模拟和实验相结合的方法比较了常规结构和一种特殊结构双载体三效催化转化器的性能。数值模拟的结果表明,安装环形片的催化转化器流动均匀性优于常规结构的催化转化器。实验结果表明,安装环形片可以提高催化器的转化效率。     

烟气脱硫卧式喷淋塔的数值模拟

卧式喷淋塔是北京科技大学环境中心研发的新型湿法烟气脱硫工艺,在一定程度上克服了立式喷淋塔的缺点,做到了高效率、低压损、低成本、易检修。但在工程实例中仍存在一些问题。为了研究不同喷淋布置方式对卧式喷淋塔的影响,构建了卧式喷淋塔的稳态三维的多相CFD模型三维,并使用Fluent软件进行模拟。连续相湍流模型采用了标准k-ε双方程模型,液滴离散相模型采用了Eulerian-Lagrangian模型。结果表明,喷淋布置方式的喷雾锥角为110°,安装高度控制在距顶面0.8 m,喷射方向与竖直方向成45°时,能显著减小压力损失、延长烟气停留时间、增强气液接触效率,最终提高脱硫效率,降低功率能耗。研究结果可为实验设计、工程应用提供指导。     

紫外线消毒反应器研究

对适宜于紫外线消毒的反应器的型态和水力条件进行了研究。通过模拟活塞流反应器和示踪实验 ,得到该反应器的分散数 (D/uL)、AR(长宽比 )、Pe和Re等水力参数和模型参数。实验结果表明 ,该反应器可视为有纵向扩散的活塞流反应器 ,在控制流态下具有良好的消毒效果。     

紫外线消毒技术在污水处理中的应用

介绍了紫外消毒的机理、影响紫外消毒的因素以及紫外消毒装置的基本结构形式。阐述了紫外消毒的现状和应用前景 ,提出紫外消毒可能取代传统的化学消毒法 ,在污水处理 ,特别是回用水的处理中得到广泛的应用。     

超声波紫外线一体化推流式反应器中试装置用于污水消毒

以北京市某污水处理厂的二级出水为研究对象,采用自行研究设计的超声波协同紫外线消毒专利设备进行中试实验研究,分别研究了4个不同功率密度(0,7,35和70 W/L)和3个不同的停留时间(30,45和60 s)下出水中大肠杆菌复活情况。实验结果表明,当开启4盏40 W的紫外灯,超声波功率密度为70 W/L,水力停留时间为60 s时,出水中大肠杆菌的灭活率最高,复活现象较弱,最大复活值为2.8×104CFU/L。实验结果也反映了超声波功率密度和水力停留时间与大肠杆菌复活Log的数学规律,为后续工艺设备的优化和深入研究提供支持。     

废水紫外线消毒的动力学研究

利用水面照射式紫外线消毒装置对废水消毒的动力学进行了研究,确定了其动力学参数.试验结果表明,当废水的温度为18.5～23℃,浊度为11.7°～20.1°,水层厚度为8 cm,照射2 min时,废水中细菌杀灭率均在99%以上;并且当废水的浊度＜20°,进水菌体浓度＜1.0×105 CFU/mL时,废水紫外线消毒过程可以近似地看成为一级光生化反应,其速率常数κ为0.034～0.058 s-1.该结果可以作为废水紫外线消毒反应器设计和运行管理的参考依据.     

紫外线-茶多酚/次氯酸钠联合消毒管网微生物特性分析

紫外线对微生物的杀灭效果较好,但持续性差,引入茶多酚作为辅助消毒剂,采用管网动态模拟系统,对比了紫外线-茶多酚联合消毒和紫外线-次氯酸钠联合消毒后管网微生物的总量、群落分布和有机物荧光特性变化。结果表明,紫外线-茶多酚联合消毒对微生物的灭活效果比紫外线-次氯酸钠联合消毒更好,并且对致病菌和耐氯性细菌也有很强的杀灭能力。紫外线-茶多酚联合消毒后,酪氨酸类物质荧光和类腐殖酸物质荧光特性产生变化,说明这2类物质含量大量减少,可能会影响微生物的生长;此外,管壁生物膜中出现了儿茶素、表儿茶素类物质,这说明茶多酚与管壁微生物发生了相互作用;紫外线-次氯酸钠联合消毒后酪氨酸类的荧光特征峰发生蓝移,这说明次氯酸进入微生物内发挥氧化作用。     

紫外线消毒后耐药性大肠埃希氏菌的光复活特性

为了考察耐药性大肠埃希氏菌在紫外线消毒后的光复活特性及耐药性的变化,选用从城市污水处理厂分离得到的多重耐药性大肠埃希氏菌SER8作为受试菌株进行紫外线消毒和光复活研究。考察不同剂量紫外线辐照对大肠埃希氏菌SER8的光复活率和光复活速率的影响,以及在磷酸盐缓冲溶液和二沉池出水中复活情况的差别。采用Kirby-Bauer纸片琼脂扩散法考察在紫外线消毒和光复活过程中大肠埃希氏菌SER8对四环素、氨苄西林、诺氟沙星、链霉素、庆大霉素、头孢噻肟、磺胺甲恶唑、环丙沙星和氯霉素的耐药表型。结果表明,在10~40 mJ·cm-2紫外线辐照剂量范围内,大肠埃希氏菌SER8的光复活率和光复活速率基本上随着紫外线辐照剂量的增大而减小。在紫外线消毒后接受日光灯照射的48 h内,大肠埃希氏菌SER8在二沉池出水中的复活率基本与磷酸盐缓冲溶液中的相似,但在48~72 h阶段存在一定的差异。接受20 mJ·cm-2紫外线辐照后经日光灯照射48 h的过程中,大肠埃希氏菌SER8对9种抗生素的耐药表型均未发生变化。