气泡直径对气-液-污泥流态及污泥颗粒化的影响

通过建立三维Eulerian-Eulerian模型,用计算流体动力学模拟了鼓泡好氧活性污泥反应器中,不同气泡直径下气-液-污泥三相流的流态,分析了反应器内的流体动力学特性,并研究了其对污泥颗粒化的影响机理.结果表明：曝气头表面的孔径大小与反应器中气含率负相关,而与污泥所受的水力剪切速率正相关.气相、液相速度与曝气头的孔径和表观气速正相关.反应器中的流态由尺度较大的环流和尺度较小的旋涡构成.随着表观气速和入口气泡直径的增加,液相和颗粒的流态均由尺度较大的环流转变为尺度较小的旋涡.相同曝气孔径时,液相与颗粒的流态之间存在差异,且气泡直径越小,表观气速越大,两者的差异越明显.为满足好氧污泥颗粒化所需的凝聚条件,反应器中曝气头孔径应大于1mm.     

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.     

生物法降解含油污泥反应器流场及工作参数研究

为提高生物反应器法处理含油污泥的降解效率,对生物反应器内铜绿假单胞菌NY3降解含油污泥的工艺过程进行研究.建立了生物反应器内气-液-固三相流场动力学模型和群体平衡模型(PBM),结合FLUENT软件对反应器内气泡直径分布和搅拌转速进行仿真.研究发现,直径在6mm以下的气泡占比为85%,能有效增加反应体系溶解氧浓度,并模拟出反应器最佳离底悬浮转速为150r/min.利用氧守恒原理建立了曝气速率随时间的变化关系模型,并通过设计实验确定最佳接菌量为15.23%,温度为32.56℃,指导最终降解过程的工艺参数选择.通过设定最佳工作参数值,用多功能生物反应器对6kg含油污泥进行降解实验,反应9d后石油烃降解率高达86.20%,含油率为1.46%.研究结果表明,生物反应器法降解含油污泥周期短、效率高,为处理含油污泥提供了一种有效可靠的新途径.     

EGSB反应器初期启动颗粒污泥显微特征

EGSB反应器在常温下处理低浓度的污水以及高浓度难降解的工业废水方面有着其它厌氧反应器所不可比拟的优势.厌氧颗粒污泥是EGSB反应器高效稳定运行的关键,通过显微观察研究了EGSB反应器初期启动过程中颗粒污泥的特征.污泥颗粒化进展顺利标志着EGSB反应器初期启动成功.     

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%.     

城镇污水处理厂脱氮除磷好氧污泥颗粒化研究

采用序批式生物反应器(SBR)培养好氧颗粒污泥处理模拟废水,优化好氧颗粒污泥内部好氧-兼氧-厌氧微环境,在反应器的快速启动、稳定运行阶段分别考察不同优化条件下系统的脱氮除磷性能。提出了优化污泥沉降时间、调控曝气方式等好氧污泥快速颗粒化途径,并研究排泥方式对颗粒污泥反应器稳定性的影响,通过强化脱氮除磷功能菌富集,实现氮磷同步高效去除。     

T型微通道反应器内气液两相流及气液固多相流模拟研究

微通道内流体流动及标量传递信息的获取一直是研究热点之一。基于CFD模拟技术,研究了微通道中气液两相及气液固三相的流动过程。开发了颗粒孔隙尺度网格处理方法,获得了微通道内气液两相流型随气液流速及气相入口尺寸的变化规律,初步分析了催化剂颗粒缝隙气泡的变形、破碎等情况,为微反应器的合理设计提供了指导。     

新型一体化A~2/O-MBR的流速与溶解氧分布及脱氮除磷研究

新型一体化A~2/O-MBR反应器是通过在普通曝气池内加装气水混合流聚集器,将反应池分隔成不同反应区(厌氧/缺氧/好氧)而成。利用计算流体力学(CFD)技术,对2种构型的一体化A~2/O-MBR反应器内流体流速分布进行模拟。通过构建实验系统,实测系统内实际流体流速与不同污泥浓度下DO的分布特征,并考察脱氮除磷效果。结果表明:CFD模拟结果与实测反应器的流体流速分布基本一致;上升区与下降区宽度比为1∶5的反应器流速CFD模拟值较1∶2更优;加装气水混合流聚集器可使曝气能耗降低50%以上;通过变量曝气与控制上升区和下降区的污泥回流量,反应器上升区与下降区可分别形成好氧区与缺氧/厌氧区;系统脱氮除磷效率分别达到40%~60%和75%~90%,出水ρ(TN)、ρ(TP)分别低于12,0.2 mg/L。新型一体化A~2/O-MBR反应器具有能耗低、脱氮除磷能力强、构型设计新颖和实用性强等优点。     

流体流速对好氧颗粒污泥快速培养的影响

针对好氧颗粒污泥的快速培养,研究了流体流速对好氧颗粒污泥形成特性的影响机制.由于反应器构型的差异,造成水力剪切力与流体特性的不同,从而对好氧颗粒污泥的形成产生较大影响.研究表明,在圆筒式SBR反应器中接种厌氧活性污泥,在36d时培养得到了成熟的颗粒,与挡板式反应器相比提前了4d左右,且MLSS提高了16.2%,达到5023mg/L;颗粒也更加致密,SVI达到45mL/g,远好于挡板式SBR反应器（序批式反应器）的SVI 63mL/g.原因是与挡板式SBR反应器相比,圆筒式SBR反应器的平均液相流速更高,气泡分布更均匀,水力剪切力更强.因此圆筒式SBR反应器培养好氧颗粒污泥的时间较短,污泥颗粒化的速度提高,得到的颗粒污泥更加紧凑密实.     

数学模拟好氧颗粒污泥的形成及水力剪切强度对颗粒粒径的影响

以生物膜数学模型和活性污泥数学模型为基础,建立好氧颗粒污泥一维数学模型,并模拟营养物质的去除、颗粒粒径变化、反应器周期表现以及好氧颗粒污泥内DO和菌群分布.模拟有机物SS浓度和出水NH4+-N浓度逐渐降低,在大约50 d左右达到稳定,50 d后模拟出水浓度分别<25 mg.L-1和<1.5 mg.L-1.模拟出水NO3--N浓度随着粒径的增加呈现降低趋势.当颗粒粒径由模拟30 d时的1.1 mm增加到100 d时的2.5 mm,颗粒污泥缺氧区面积相应增加,总氮(TN)的去除率由不到10%增加到91%左右,最终模拟出水NO3--N浓度降低到<3 mg.L-1.在好氧颗粒污泥系统内,由于氧气传质阻力,模拟颗粒污泥外层DO浓度高而内层浓度低,颗粒内可以发生同时硝化反硝化,且好氧颗粒污泥内DO特征随时间而发生变化.在好氧初期,好氧颗粒污泥代谢活性高,模拟DO传质深度大约为100～200μm;而在好氧末期,模拟DO传质深度为800μm.模拟自养菌主要分布在DO浓度高的颗粒外层,异养菌分布在整个颗粒.当水力剪切系数kde由0.25(m.d)-1逐渐增加到5(m.d)-1时,模拟颗粒平衡粒径依次由3.5 mm左右减小到大约1.8 mm.在不同水力剪切强度下模拟颗粒污泥生长特征相似,其平衡状态下粒径随曝气强度的增加而减小,可以通过控制曝气强度来控制好氧颗粒污泥的平衡粒径.     

低表观气速间歇曝气AGS-SBR系统处理实际生活污水

实验选用3个SBR反应器接种污水厂活性污泥,R1采用高表观气速（SGV）连续曝气,R2采用低SGV连续曝气,R3采用低SGV间歇曝气,在低碳氮比的实际生活污水中培养好氧颗粒污泥,探究不同SGV曝气条件对好氧颗粒污泥的形成及系统处理效果的影响.经过120d的培养,R1、R2和R3中颗粒粒径分别为（754±78）,（812±86）,（1183±93）μm,R3的脱氮除磷效果优于R1和R2.结果表明,应用低SGV间歇曝气策略在低碳氮比实际生活污水中培养的好氧颗粒污泥脱氮除磷性能良好,且系统中反硝化聚磷菌（DPAO）占聚磷菌（PAO）比例为24.75%.     

基于模型的低负荷运行村镇污水处理厂问题诊断分析

我国村镇污水处理厂普遍存在进水量和进水浓度偏低的问题,导致村镇污水厂运行稳定性差。为防止低负荷运行影响污水处理厂处理效能的发挥,以临太湖村镇污水厂多点进水倒置AAO工艺为研究对象,以数学模型为基础,建立污水厂水质水量动态响应模型。以数学模拟为主要研究手段,试验作为补充方法,通过模型诊断发现,该厂夏季曝气过剩,活性污泥ρ（MLVSS）/ρ（MLSS）=0.37。试验结果表明:该厂进水ρ（ISS）=57~92 mg/L,ρ（ISS）/ρ（SS）为0.71~0.82,ρ（ISS）/ρ（COD）为0.50~0.84。进入AAO系统的ISS粒径为36~52 μm,而小粒径的ISS组分是导致活性污泥MLVSS/MLSS偏低的主要原因。通过优化进水ISS/COD、泥龄、污泥回流比、曝气量,使得出水水质稳定达到GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准,污泥活性提高到0.7,全年曝气成本可节省约10%。     

鼓泡和鼓泡-搅拌SBR好氧污泥颗粒化能耗分析

在高径比20的鼓泡SBR和高径比1.2的鼓泡-搅拌SBR反应器中,考察了好氧污泥颗粒化过程中,污泥粒径、分形维数、微生物特性的变化.建立流体动力学模型,对鼓泡和鼓泡-搅拌反应器中好氧颗粒污泥形成前后的能耗进行对比分析,从水力学角度分析2个反应器污泥特性出现差异的原因.结果表明,鼓泡反应器内在表观气速2.0cm/s条件下形成了均值粒径0.604mm,平均沉降速度（24±5.8） m/h,SVI 36.33mL/g,MLSS维持在4500mg/L左右,表面光滑的好氧颗粒污泥.鼓泡-搅拌反应器在搅拌速度300r/min、表观气速1.05cm/s的条件下,成功培养以丝状菌为骨架的好氧颗粒污泥,均值粒径可达1.123mm,污泥的平均沉降速度为（19.6±5.1） m/h,SVI为41.33mL/g,MLSS维持在3300mg/L左右.好氧颗粒污泥形成前后的能耗进行对比分析发现：好氧颗粒污泥培养初期,鼓泡-搅拌反应器因搅拌桨的加入,获得的湍动能远大于鼓泡反应器,约为100倍左右;而好氧颗粒形成之后,鼓泡反应器中上部位置的湍动能明显增加,且湍动能的大小大于鼓泡-搅拌反应器.相比较而言,鼓泡反应器相对节约能量.     

基于污泥转移的SBR工艺污泥沉降性能研究

具有污泥转移功能的SBR工艺是利用SBR工艺的间歇运行特性,通过污泥回流的方式在并联运行的SBR间实现活性污泥的转移,使各SBR反应器中反应阶段污泥量增加,沉淀撇水阶段减少,从而提高系统除污效能和处理能力。以某低浓度城市污水为水源,进行了中试研究。分析了在不同污泥转移量下系统中污泥的沉降界面、污泥指数等关系,考察了污泥转移对SBR处理能力的影响。试验结果表明:污泥转移可改善污泥沉降性能,30%的污泥回流比下反应器中污泥的SVI值由无污泥转移时的140降低为93左右;采用30%的污泥回流比进行污泥转移可将传统SBR工艺处理能力提高近1/2。     

Bulking sludge for PHA production:Energy saving and comparative storage capacity with well-settled sludge

Two acetate-fed sequencing batch reactors (SBR) were operated under an aerobic dynamic feeding (ADF) model (SBR #2) and with anaerobic phase before aerobic phase (SBR #1) to select mixed cultures with a high polyhydroxyalkanoates (PHA) storage response. Although kinetic selection based on storage response should bring about a predominance of floc-formers, a bulking sludge with storage response comparable to well-settled sludge was steadily established. An anaerobic phase was introduced before the aerobic phase in the ADF model to improve the sludge settleability (SBR #1), however, due to the consequent increased feast/famine ratio, the performance of SBR #1, in terms of both the maximum PHB (polyhydroxybutyrate) cell content and ΔPHB, was lower than that of SBR #2. SBR #2 gradually reached a steady state while SBR #1 failed suddenly after 50 days of operation. The maximum specific substrate uptake rate and storage rate for the selected bulking sludge were 0.4 Cmol Ac/(Cmol X.hr) and 0.18 Cmol Ac/(Cmol PHB.hr), respectively, resulting a yield of 0.45 Cmol PHB/(Cmol Ac) in SBR #2 in the culture enrichment phase. A maximum PHB content of 53% of total suspended solids and PHB storage rate of 1.36 Cmol Ac/(Cmol PHB.hr) was achieved at 10.2 hr in batch accumulation tests under nitrogen starvation. The results indicated that it was feasible to utilize filamentous bacteria to accumulate PHA with a rate comparable to well-settled sludge. Furthermore, the lower dissolved oxygen demand of filamentous bacteria would save energy required for aeration in the culture enrichment stage.     

Simulation and control strategy for the variational influent of WWTP

With the development of activated sludge model, the simulation software for the design and operation of wastewater treatment plant （WWTP） was produced and has been widely used. The dynamic change of the quality and flow of influent are major factors causing the unstable operation of wastewater treatment process. As a basic model, ASMI model was used for the simulation of activated sludge process, and double exponential model was selected for the simulation of secondary sedimentation tank. The influences of influent change to the aeration tank and secondary sedimentation tank were investigated, and the relationship among influent change, the quality of effluent and the level of sludge blanket in secondary sedimentation tank was established. On the basis of the simulation results, the operation of the WWTP could be adjusted under the dynamic change of the influent. Furthermore, the controlling strategy combined the feed-forward on the influent flow and the feedback on the level of sludge blanket in the secondary sedimentation tank was studied.     

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.     

昆船污水处理站微孔曝气池的启动研究

昆明船舶公司生活区污水处理站采用改进型的A2/O工艺,直接利用其生活污水培养污泥,并随时观察和分析工艺中的微孔曝气池运行状况。结果表明:采用自然培菌的方法,通过近3个半月的污泥培养,顺利实现微孔曝气池的启动。其中,COD、NH3-N的去除变化反映了曝气池启动的进程,至曝气池启动结束,COD和NH3-N的去除率分别达到了78.4%、75.7%。     

活性污泥系统动力学模拟方法的综合分析

活性污泥法的应用现状和污水中氮磷排放标准的日益严格，使得传统数学模型已满足不了目前的要求，需要对活性污泥系统复杂的动力学规律进行有效模拟。文章在综合分析活性污泥动态模型国内外研究现状的基础上，介绍了3种占主流地位的模型：活性污泥数学模型、神经网络模型和混合模型。这3种模型在污水处理的设计、运行控制和工艺优化等方面各有其独到之处。     

曝气生物滤池在脱氮除磷工艺中的应用

对曝气生物滤池的主要特点进行分析 ,介绍了曝气生物滤池进行脱氮除磷的工艺 ,着重对PASF脱氮除磷工艺的原理、特点进行阐述 ,提出结合活性污泥与曝气生物滤池进行生物脱氮除磷工艺 ,能成功解决常规脱氮与除磷的泥龄矛盾、反硝化与聚磷菌厌氧释磷的矛盾 ,提出各种组合工艺为曝气生物滤池在污水处理中应用提供广阔的应用前景