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,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。     

本期推荐

正本期"专论与综述"栏目发表了《污泥厌氧消化反应器CFD数值模拟研究进展》(曹秀芹,徐国庆,袁海光,等)一文。该文梳理的研究成果,对于污泥厌氧消化反应器数值模拟、反应器优化运行设计、运行参数选取等均具有参考价值。计算流体力学(CFD)是研究非牛顿流体流动和混合规律的有力工具。利用CFD数值模拟技术,可再现污泥及其他有机固废在厌氧消化池中的流动过程,得到流型分布曲线,实现流场     

基于猪粪流变特性的厌氧消化反应器内的数值模拟

采用流变仪对不同含固率猪粪的流变性质进行测量,分析其流变特性,将流变数据与非牛顿流体模型进行拟合,得到用于描述猪粪流变特性的最佳流变方程。结果表明:猪粪是一种非牛顿流体,黏度随剪切速率的增加而减小并趋于稳定。基于其流变特性,运用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟技术,对猪粪厌氧消化反应器内的流场进行研究。模拟结果显示:反应器内速度最大值出现在桨叶末端,猪粪流体在其反应器内的宏观循环运动状态为沿着搅拌轴径向的绕流运动;壁面及顶部和底部区域速度几乎为零,形成死区,容积比率为29.85%。     

卧式厌氧消化反应器处理高含固污泥的特性研究

采用容积为200L的卧式厌氧消化反应器(以下简称卧式反应器),对高含固污泥(总固体(TS)≥10%(质量分数))的厌氧消化特性进行研究。通过序批运行、低负荷半连续运行、提负荷半连续运行逐步提高污泥TS从10.09%至12.58%,并对污泥颗粒的运动轨迹进行了计算机流体力学(CFD)模拟。结果表明,序批运行阶段污泥水解酸化特征显著;在低负荷半连续运行阶段,沼气产率平稳上升,在提负荷半连续运行阶段,沼气产率稳定在(0.359 2±0.011 0)m~3/(m~3·d),挥发性固体(VS)降解率稳定在22.05%±0.52%,高含固污泥在卧式反应器中厌氧消化产气性和稳定性良好。CFD模拟结果显示,污泥颗粒在卧式反应器中得到充分混合,卧式反应器运行稳定后,污泥厌氧消化剩余能量可达2.42MJ/(m~3·d),经济效益明显,具备良好的应用前景。     

搅拌对污泥厌氧消化过程中污泥形态及微生物活性的影响

搅拌对污泥厌氧消化过程中的物料传质具有非常重要的作用,为进一步了解搅拌对厌氧消化微观环境的影响,考察了污泥厌氧消化过程中搅拌和无搅拌条件下污泥形态、微生物活性及分布的变化。采用吖啶橙染色法对微生物中的RNA、DNA染色,通过染色情况分析微生物活性的空间分布。结果表明,搅拌系统中污泥絮体结构松散,粒径细小,但具有良好的沉降性能;搅拌系统中RNA/DNA(以荧光的相对面积表征)和脱氢酶活性均高于无搅拌系统,说明适度搅拌可以提高污泥厌氧消化系统中微生物活性。RNA/DNA与传统脱氢酶的测试结果基本一致,但前者测试过程简单、结果直观且可获得微生物活性的空间分布特性,因此可用于微生物活性的评估。     

高含固厌氧消化污泥流变特性

采用完全混合式反应器R1、R2和R3(搅拌频率分别设为不搅拌、每10 min转动5 min和每10 min转动8min),在序批式运行的状态下,考察了不同搅拌频率对高含固厌氧消化过程中污泥流变特性的影响,探究了污泥表观黏度降低的主要原因以及污泥流变特性与各项物化指标的关系。结果表明,各个反应器消化污泥表观黏度μ值在发酵的前4天均出现大幅降低,下降幅度依次达到73.3%、77.8%和80.0%,从厌氧装置设计和运行的角度来看,脱水污泥高含固厌氧消化具有可行性。各反应器消化污泥的含固率(total solid,TS)以及挥发性固体(volatile solid,VS)占TS的比例VS/TS与表观黏度μ值以及稠度系数K值呈现显著性的指数关系,而污泥颗粒中胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)的含量与污泥表观黏度之间的相关关系则较弱。厌氧消化的初始阶段,微生物(主要是水解菌与产酸菌)的作用是污泥黏度急剧降低的主要原因。     

热水解厌氧消化工艺中污泥胞外聚合物对流变和脱水的影响

为阐明热水解厌氧消化工艺中污泥胞外聚合物对脱水和流变的影响,选取北京市某再生水厂中热水解厌氧消化工艺的污泥为对象,通过测量污泥粒径、三维荧光及各层EPS含量研究了EPS去除对污泥流变和含固率的影响。结果表明,经过热水解预处理后的污泥,粒径相较混合污泥下降66.79%;混合污泥荧光波峰集中出现在酪氨酸类蛋白质区和色氨酸类蛋白质区,经过热水解后可溶性微生物代谢产物的荧光响应值升高,再经过厌氧消化后提升了腐殖酸区域荧光响应值;EPS的去除对于污泥流动性有重要影响。热水解污泥和热水解厌氧消化污泥去除EPS后表观黏度下降幅度较大;此外,不同的脱水方法对污泥含固率的影响也不同。混合污泥和热水解厌氧消化污泥去除S-EPS层后含固率提升366.67%和148.92%,而热水解污泥去除S-EPS层后提升效果不明显。研究结果从污泥组分和流变学角度为污泥脱水提供思路和依据。     

高含固污泥在热水解-厌氧消化工艺中的流变特性分析

对热水解-中温厌氧消化联合工艺中的高含固率调配污泥、热水解污泥和消化污泥的流变特性进行分析,考察了3种污泥的黏度、屈服应力和触变性等流变特征指标在不同工艺中的变化规律,并讨论了TSS对污泥流变特性的影响。结果表明:调配污泥、热水解污泥和消化污泥均为假塑性非牛顿流体,都可用Herschel-Bulkley模型进行描述;极限黏度与TSS之间呈指数关系;屈服应力在TSS高于7.3%时增长趋势加剧,流动性变差;热水解污泥和消化污泥的触变性与调配污泥相比降低50%以上,使用触变性动力学系数K来表征污泥的触变性较滞后环更适宜。     

餐厨垃圾干式厌氧消化过程流变特性变化及其对反应器流场的影响

餐厨垃圾的有机组成是影响其干式厌氧消化性能的重要因素.以实际餐厨垃圾为研究对象,通过向其中投加馒头改变其有机组成,进而研究不同有机组成下物料厌氧消化过程中的流变特性变化及产甲烷特性.结果表明,不同有机组成物料的甲烷产气量与其粘度具有一定的负相关关系,表明物料流动性的提高有助于其产甲烷效率的提高.而物料流变特性的差异则主...     

富磷污泥厌氧消化磷释放与回收的研究进展

生物强化除磷(EBPR)工艺会产生大量的富磷污泥。富磷污泥中的聚磷菌(PAOs)在厌氧消化过程中吸收外界碳源并释放大量正磷,高浓度的磷会对厌氧消化系统中厌氧微生物的代谢产生影响,使得消化过程更加复杂。富磷污泥厌氧消化过程会产生磷、氮、有机物和金属离子等物质,其中磷的回收利用可以减少磷矿资源的开采,从而实现磷资源的可持续循环利用。因此,研究富磷污泥厌氧消化过程中磷的变化规律,既为厌氧消化系统的稳定运行提供理论依据,又为磷的资源化回收利用提供参考。对富磷污泥厌氧消化释磷的相关研究成果以及磷回收进行分析和总结,并提出了相应的研究方向。     

造纸废水混凝处理中SFT助凝替代性研究

中小造纸厂废水处理常用PAC作混凝剂 ,PAM作助凝剂。由于PAM成本很高 ,影响了处理设备的投运率。用超细滑石粉 (SFT)替代PAM助凝 ,与混凝剂PAC配合 ,其混凝处理效果基本相当 ,但是处理成本降低 0 .10元 /m3 。由于SFT属环境无害材料 ,不会给排泥带来二次污染     

An application of the theory of kinematics of mixing to the study of tropospheric dispersion

The most common technique used for numerical simulations of tracer mixing is that of the numerical solution of the advection–diffusion equation with the unresolved fluxes parameterized using the similarity theory. Despite correct predictions of the overall directions of transport, models based on a numerical solution of the advection–diffusion equation lack sufficient accuracy to correctly reproduce the coupling of mixing with small scale processes which are sensitive to the microstructure of the tracer distribution. The objective of this paper is to revisit the basic formalism employed in numerical models used to investigate atmospheric tracers. The main mathematical method proposed here is the theory of kinematics of mixing which could be applied effectively for simulations of atmospheric transport processes. At the beginning of the paper, we introduce simple mathematical transformations in order to demonstrate how complex topological structures are created by mixing processes. These idealistic flow systems are essential to explain transport properties of much more complex three-dimensional geophysical flows. An example of the application of the kinematics of mixing to the analysis of tracer transport on a planetary scale is presented in the following sections. The complex filamentary structures simulated in the numerical experiment are evaluated using some commonly applied statistical measures in order to compare the results with the data published in the literature. The results of the experiment are also analysed with the help of simple conceptual models of fluid filaments. The microstructure of the tracer distribution introduced in the paper is essential to increase our understanding of atmospheric transport and to develop more realistic parameterizations of small-scale mixing. The presented results could also be used to improve calculations of the coupling between microphysical processes and tracer mixing.     

次氯酸钠发生器的研制

介绍了电解法生产次氯酸钠的原理 ,并在原有生产工艺的基础上进行了重新设计和对设备的重新选择、改造 ,得出了各个工艺参数的最佳值 ,生产出高品质的次氯酸钠     

Estimation of uncertainty of sampling for analysis of pesticide residues

Abstract

A computer model was used to take random samples from primary sample populations obtained from field trials to simulate the uncertainty of sampling for residue analysis of plant commodities and soil. The results indicate about 40%, 30% and 20% relative uncertainty when random samples of size 5, 10 and 25 are taken respectively, from a single lot. Therefore the sample size should be the same for establishing and enforcing legal limits.     

活性炭三维电极法对印染废水的处理研究

对三维电极方法处理印染废水进行了实验研究,初步探讨了活性炭三维电极法处理印染废水的机理,对影响处理效果的各种要素,如反应时间、槽电压和pH值等进行了条件实验,得出了活性炭三维电极法处理印染废水的最佳运行条件为:停留时间120-180 min,槽电压25～30 V,进水pH值6.5～7.5。结果表明,该反应器能有效地降低废水色度,有较高的COD去除效率,并能提高印染废水的可生化性。     

产油微藻培养与回收的关键技术研究进展

寻找廉价而高效的替代原料是实现生物柴油产业化的关键所在.微藻以含油量高、生长周期短、环境适应能力强、生物产量高等优点,有望成为一种极具潜力的生物柴油生产原料.然而,目前尚存在微藻培养低效成本高和微藻回收效率低两大难题.综述了微藻培养与回收过程中的关键技术,并对存在的两大难题及其改进技术进行了详细的探讨.最后,总结并展望了微藻培养、回收技术未来的发展趋势.     

不同泥源对厌氧氨氧化反应器启动的影响

采用2套上流式生物膜反应器,分别接种少量厌氧氨氧化污泥和大量硝化污泥,考察其对厌氧氨氧化反应器启动的影响。污泥接种入反应器后,测得接种厌氧氨氧化污泥的反应器(R1)内MLSS为0.22 g/L,另一个反应器(R2)MLSS为2.7 g/L。与直接接种厌氧氨氧化污泥相比,R1经过72 d的运行才显现出厌氧氨氧化特性。经过114 d的培养,前者氮去除速率由0.23 kg/(m3.d)提升到5.29 kg/(m3.d),总氮去除率大于89%;R2的氮去除速率由0.01 kg/(m3.d)提升到1.1 kg/(m3.d),总氮去除率大于84.6%。说明普通污泥启动需要一个较长的筛选过程,直接接种少量的厌氧氨氧化污泥比接种普通的污泥能够更快启动厌氧氨氧化反应器。     

生物质快速热裂解主要参数对生物油产率的影响

以松木木屑为原料,在自制的小型流化床上,开展了生物质热裂解温度、生物质粒径和进料速率对生物油产率的影响实验研究.结果表明,在热裂解温度分别为450、475、500、525和550℃条件下,当热裂解温度为500℃时,生物油产率最高,平均产率达到53.33%(质量百分比).反应温度越高,炭产量越低,不可冷凝气体产量越高,气体发热值越高;粒径＜1 mm的生物质其粒径对生物油产率影响不大;生物质进料速率增加时,生物油产率增加.本研究为生物能的利用提供了新的途径.     

Visualisation of the complexity of EUSES

The interdependencies of parameters applied in the models of EUSES are visualised in a directed connectivity graph. The parameters (inputs, defaults, state variables, outputs) are represented by boxes (nodes) and their relations by lines (edges). The visualisation, on the one hand, clarifies the complexity of the models in EUSES and, on the other hand, creates an overview and transparency. The parameters’ relations to each other can be recognised faster, and the models can be better understood. The complexity was quantified by the number (variety), kind (substance parameter, physico-chemical parameter, concentration, other parameters), and depth (dimension) of the parameter and the number of relations (connectivity). The variety of EUSES (without the modelsSimple Treat andSimple Box whose interior structure is not documented and without the effect and risk characterisation) amounts to 466, the connectivity to 961, and the maximal dimension is 21.     

水中有机污染物超声强化氧化技术研究进展

超声波技术在化学、环境、制药以及生物等领域有着广阔的应用前景。在降解水中难降解有机污染物方面 ,超声强化氧化技术有一定优势 ,降解效果显著 ,符合绿色环保技术的要求。超声强化氧化技术主要可分为超声空化技术、超声强化化学 (催化 )氧化技术、超声强化电化学 (催化 )氧化技术、超声强化光化学 (催化 )氧化技术、超声 生物降解等几大类 ,本文对各类技术的优缺点进行了评述。