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。     

导流板在生产性氧化沟中的应用

导流板是曝气转盘的附件。通过测试导流板设置前后对氧化沟流速分布和曝气机充氧能力的影响，分析了导流板在实际氧化沟中的应用效果，测试结果表明：导流板的设置提高了氧的转移效率，使转盘的充氧能力得以增加，改善氧化沟上部、底部流速分布。同时设置上下游导流板比只设置下游导流板效果更加明显。     

氧化沟中导流板的调整以增加曝气效率减少池底沉泥厚度的实践

三槽式氧化沟转刷下游导流板的设置位置和安装的倾角角度直接影响着三槽氧化沟的运行效果.设置导流板的目的是为了均匀分布氧化沟上下流速,增大沟底水流速度以减少池底积泥;促进沟内水流的上下混合强度以提高DO的转移效率.唐山东郊污水处理厂投产初期,导流板安装较乱.我们通过与唐山北郊污水处理厂的比较和分析,调整了导流板的位置,对调整前后的检测数据分析,提出了合理安装转刷下游导流板可有效的改善氧化沟流速分布、消除沟底积泥、提高转刷充氧效果,并对导流板定位尺寸提出建议,以供参考.     

气升式氧化沟流动特性的中试研究

在清水实验中研究了中试气升式氧化沟单侧廊道流速分布及进气量对升流区和直段流速的影响.中试装置容积54m3,当进气量按42,79,170m3/h 增大时,升流区水平方向流速略有增加,沿水深方向流速增幅较大;直段流速随气量的增加变化不大;进气量大于79m3/h 后直段流速几乎没有变化,底部平均流速约为0.25m/s.通过测试不同进气量下的污泥浓度确定了保证流动的最小流速.进气量为20m3/h 时,沟内最大流速仅有0.07m/s,此时仍未出现污泥沉降.结合后续的污水处理效果研究,实际工程中可将沟底流速大于0.15m/s 作为防止污泥沉降的流速要求.     

氧化沟直段水力特性实验研究

文章主要研究氧化沟直段水力特性,并与典型明渠理论对比。采用声学多普勒测速仪(ADV)测量氧化沟模型内流速场,通过对测量数据的拟合分析,得到氧化沟直段流速沿垂向分布、横向分布及沿程变化规律,对水流的流速分布进行对比分析,提出有关氧化沟流场的理论成果(内区流速分布符合对数分布。外区流速分布开始偏离对数分布而趋于二次抛物线分布,用二次抛物线分布能较好地拟合实际分布规律,对内、外分区界限的变化规律进行拟合分析,得到分区界限距渠底的相对高度的统一表达式),与典型明渠理论进行对比,得出氧化沟流场分布及沿程变化与典型明渠明显不同。氧化沟内垂线流速分布存在明显的分区结构,内区流速分布规律与典型明渠中相似,外区流速分布规律与典型明渠中差别很大。     

气升式氧化沟污水处理效果的中试研究

在太湖流域某小城镇污水处理厂研究中试气升式氧化沟的污水处理效果,获取了出水主要指标稳定达标的工艺参数.结果表明,出水COD<50mg/L的最大容积负荷为0.88kg/(m3·d).NH4+–N污泥负荷不大于0.06kg /(kg·d)时,出水能达到排放标准要求的5 mg/L.直沟段DO降低到0.6~1.0mg/L后,进出水TN平均浓度分别为30.7,11.3mg/L,并能保证出水TN<15 mg/L稳定运行14d以上.进气量30m3/h时,直段底部最大流速为0.19m/s,中上部流速为0.03m/s,此时沟底没有出现污泥沉降,出水各项指标稳定达标.生产型气升式氧化沟的占地面积将比传统氧化沟至少减少25%.     

氧化沟半宽导流墙偏心距对水力特性的影响

针对氧化沟弯道水流流态复杂的特点,基于计算流体力学软件(Fluent)对氧化沟弯道设置半宽导流墙前后沟内的水力特性进行了模拟,考察了弯道半宽导流墙的偏心距对氧化沟水力特性的影响,通过灰色关联分析法对不同工况下的模拟结果进行了对比研究,结果发现导流墙偏心距在0²25 mm即约等于氧化沟半宽的1/8时,沟内的水力特性优于无导流墙的情况;偏心距离为225 mm时,过高和过低流速面积均最小,在0.3225 mm即约等于氧化沟半宽的1/8时,沟内的水力特性优于无导流墙的情况;偏心距离为225 mm时,过高和过低流速面积均最小,在0.3⁰.5 m/s内的速度占总体面积的45%,氧化沟内水力特性最佳;导流墙偏心距过大,对氧化沟内水力特性的改善不能起到促进作用,反而会形成较大的低流速区;氧化沟内设置同心半宽弯道导流墙后,同等条件下叶轮消耗的功率将会增加。     

Carrousel氧化沟单个表曝机流态的模型试验和分析比较

对仅安装1个倒伞形表面曝气机(简称表曝机)的Carrousel氧化沟模型进行了水力学测定,通过颗粒动态分析仪(PDA)系统分析流出和流入表曝机一侧的液体流动速度、沉降速度,以及固体含量分布.结果表明,流出表曝机一侧,距表曝机较近的x轴位置流速较大;沉降速度沿y轴有个转折点,位于沟壁与挡板的中间;远离单个表曝机,固体含量逐渐增大.并将单个表曝机的测量结果与氧化沟内安装2个表曝机的流动试验进行比较,发现2个表曝机所产生的流场与单个表曝机产生的流场差别较大,且2个表曝机所产生的流场更稳定.      

氧化沟水力特性对处理效果和能耗的影响

氧化沟水力特性对沟内溶解氧浓度和混合液流速梯度分布影响很大,可对最终的处理效果和能耗产生重要的影响.以处理能力500 m³/d的单沟型Passver氧化沟为例,对沟内的流场分布进行了计算模拟与实测,提出了改善氧化沟水力特性的措施,并分析了改善措施对运行能耗的影响,结果表明,在曝气转刷下游的弯道处分别设置张角90°,150°,180°的导流墙均可降低局部阻力,且随着张角的增大,效果越为显著,当张角为180°时,可降低局部能耗10%左右;在转刷转速72 r/min的条件下,增设张角180°的导流墙不会对溶解氧的分布产生较大影响.根据氧化沟处理低浓度生活污水的实际运行结果,采用活性污泥模拟软件对水力特性改善前后的处理效果进行了模拟计算,结果表明,设置导流墙前后出水水质变化不大.     

立体循环一体化氧化沟(IODVC)导流板结构优化研究

针对立体循环一体化氧化沟(IODVC)弯道流场存在的问题,利用计算流体力学(CFD)和Fluent计算方法,对IODVC流场进行了二维单相流模拟,探究导流板结构形式对弯道流速分布的影响.研究结果表明,在同等边界条件下,导流板的结构形式对IODVC内混合液的流态分布影响较大.与单导流板相比,双导流板可将流速大于0.25 m·s-1的区域占比提高9.5%,并改善了弯道出口断面流速分布,有效地减小了下沟道靠近隔板处回流区域;此外,适当延长导流板末端长度,可以进一步强化对IODVC内混合液的导控作用,当延长长度等于导流板半径时,效果最佳,大于0.25 m·s-1的流速区域占比达到44.21%,使IODVC内部流场更加趋于均匀.研究结果对IODVC的进一步优化和工程设计有一定的指导意义.     

新型气升式氧化沟流体力学特性的数值模拟

以基于计算流体力学的FLUENT 软件为工具,选用雷诺应力模型对小试气升式氧化沟的三维流场进行模拟研究,比较了进气量分别为0.25,0.5,0.75m3/h 以及污泥浓度分别为2.5,5.0g/L 时的流速和流态.结果表明,气升式氧化沟的流态从整体上看是完全混合的,但其底部由于流速较大又具有推流特性;进气量对液相流速影响明显,对整体流态并无影响,污泥浓度对流速和流态影响都很小;将模拟结果与实际测试数据对比,表明该模拟结果可靠,可用于小试反应器的流体力学特性研究.     

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%。     

Carrousel氧化沟内特性参数的分布

为提高Carrousel氧化沟的脱氮能力,对长沙第二污水处理厂的Carrousel氧化沟工艺进行了现场测试,研究了氧化沟中流速、溶解氧以及污泥浓度在不同曝气机开启条件下的分布变化特征,并分析了其对同步硝化反硝化过程发生的环境条件的影响.结果表明,流速、溶解氧以及污泥浓度的空间分布特征受曝气机的开启条件影响显著,沟内溶解氧浓度随时间变化较大.开启5台曝气机时,溶解氧和流速均偏高,污泥混合更加均匀,开启3台曝气机时中沟段存在流速过低区域(<0.15m/s);适当降低曝气机开启台数,并根据系统条件变化动态调节,可以为实现氧化沟同步硝化反硝化过程创造较好的工艺条件.     

流速比对反向流动中射流流动特性的影响研究

应用超声多普勒测速技术,对不同流速比下反向流动水体中单圆管排放的射流特性进行了水槽模拟实验。介绍了实验装置和量测技术。分析了反向流动水体中射流的流动特征。获得了不同流速比下射流轴线流速的沿程衰减规律,以及流速比对射流轴线流速、射流扩展半宽度、平均最大射流长度和最大射流宽度等特征参数的影响,并与已有的研究成果进行了对比。实验研究成果对潮汐水域城市污水的水下处置等有着重要的实际意义和参考价值。     

氧化沟弯道水流特性研究

通过建立一定水深下的氧化沟弯道水流平面二维数学模型,对弯道的流速分布进行模拟研究,对比分析了设置导流墙前后的水流流速变化情况,探讨了氧化沟设置偏置导流墙的机理。     

三槽氧化沟内底推位置与积泥厚度的分析研究

氧化沟工艺由于进水中含有大量的无机颗粒,无机颗粒的沉淀导致沟内积泥较厚。为了不影响正常生产,依据经验数据,依次对1号、2号氧化沟安装底推。对沟内积泥情况及影响因素进行分析比较,得出氧化沟的积泥主要由进水中密度较大的无机颗粒造成,且积泥规律与底推安装位置和运行情况相关。     

氧化沟采用微孔曝气和表面曝气方式对脱氮的影响

本文通过对中山市污水处理有限公司净水一厂一期氧化沟所采用的表面曝气工艺和二期氧化沟系统所采用的底部微孔曝气工艺在实际运行中脱氮效果进行的比较,总结出两种曝气形式的优缺点.     

卡鲁塞尔氧化沟液-固两相流动混合物模型与两相水力特性模拟

采用CFD数值计算的方法研究了卡鲁塞尔氧化沟工艺的污水-污泥两相水力特性.将污泥沉降模型进行湍流影响修正后与两相湍流混合物模型耦合,建立了氧化沟液固两相湍流混合物模型,实现了垂向上液固两相运动的分离;利用计算流体软件Fluent对工业规模污水厂氯化沟的污水-污泥两相流速进行模拟,结果表明,两相流混合物模型较好地揭示了氧化沟内混合液流场和污泥的分布情况,污泥浓度与流速呈负相关.     

导流板对氧化沟流场影响的数值模拟

利用Fluent软件对氧化沟流场进行三维数值模拟,采用滑移壁面模型定义转盘转动,Realizable k-ε模型模拟流场湍流变化,并与实测数据拟合验证,再运用验证后的模型对加装导流板前后的深沟型氧化沟进行模拟,得出导流板安装参数变化对氧化沟的影响。结果表明,加装导流板后氧化沟的流场改善明显,沟内中下部液流流速得到改善,减小了污泥淤积的可能。并得出合理的导流板安装参数:导流板板长为水深的1/5;距转盘中心距离为转盘直径的2倍,浸深为曝气转盘浸深的1/6。     

氧化沟的水力计算

阐述了氧化沟进水流量、循环流量和断面平均流速的关系 ,分析了沟内平均流速所起的作用及调节方法 ;分析了提升水头与水头损失的关系 ,给出了它们的计算方法 ;对弯道导流板的作用进行了剖析 ,提出了导流板偏置可以减少导流板的数量 ,降低弯道摩阻 ,并可以避免弯道隔墙背流处的固体沉淀。