微曝氧化沟气-液两相流动与生物反应耦合研究

发布时间：2020-07-24 08:49

【摘要】：由于氧化沟工艺流程简单,维护管理方便且具有较好的推流混合效果,在污水处理过程中被广泛使用。当前,氧化沟工艺存在曝气能耗大、推流协调运行能力差等问题需要对其进行优化。本文基于CFD软件Fluent建立了微曝氧化沟气-液两相流动与生化反应耦合模型,对曝气充氧和生化反应过程进行了模拟。主要内容包括:(1)建立了小试微曝氧化沟三维模型并进行了网格划分,采用动量源方法对推流泵进行了模拟,分析了推流作用下氧化沟内流场分布规律,利用实验测量的流场对模拟结果进行了验证,流场最大误差在20%以内,表明动量源模型能够较好地描述推流泵产生的横向流动特性;基于欧拉-欧拉双流体模型建立了曝气和推流共同作用下小试氧化沟内气-液两相流动模型,并耦合Higbie渗透理论对气-液相间氧传质过程进行了模拟,利用曝气充氧实验中得到的氧体积传质系数对小试微曝氧化沟气-液两相流动和溶解氧输运模型进行了验证,实验和模拟的氧体积传质系数最大误差在7%以内,表明利用该模型能够较为准确地描述气-液相间氧传质过程。(2)基于小试氧化沟气-液两相流动和溶解氧输运模型分析了曝气和推流作用下氧化沟内气-液两相流场和气含率分布规律,并研究了曝气参数(气泡直径和曝气量)以及横向流动对气-液相间氧传质过程的影响。随着气泡直径的减小,氧传质速率由5.83 h~(-1)增大到15.8 h~(-1),表明小直径气泡能够有效增强气-液传质效果;随着曝气量的增大,氧传质速率由4.21 h~(-1)增大至14.15 h~(-1),表明气-液传质效果随曝气量增大而增强;仅曝气,开启一台推流机和开启两台推流机并曝气时氧体积传质系数分别为7.81 h~(-1)、9.97 h~(-1)和11.12 h~(-1),表明横向流动能增强气-液相间氧传质效果,横向流速越大,氧传质效果越好。(3)在中试微曝氧化沟中将气-液两相流动和溶解氧输运模与活性污泥数学模型进行耦合,对污水降解过程进行了模拟,分析了溶解氧和生物组分分布规律;基于中试氧化沟污水降解实验对气-液两相CFD与ASM1耦合模型进行了验证,实验和模拟得到的出水生物组分和监测点溶解氧浓度误差在20%以内,表明该耦合模型能够较为准确地描述污水降解过程;基于气-液两相CFD与ASM1耦合模型分析了水力停留时间和曝气量对氧化沟工艺处理效果的影响。结果表明,延长水力停留时间和增大曝气量能够提高水体内的溶解氧浓度,促进硝化反应使硝酸氮浓度增加;改变水力停留时间后,COD去除效率变化并不明显,表明氧化沟具有一定的抗COD冲击负荷能力;由于微生物呼吸作用,水体中溶解氧浓度与曝气量呈现非线性增长关系。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

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本文编号：2768603