好氧颗粒污泥快速启动技术—网绳反应装置气液两相流流场模拟及应用研究

发布时间：2020-03-17 22:41

【摘要】：好氧颗粒污泥是目前国内外具有广阔发展前景的一种新型污、废水生物处理技术。大量研究表明,由于好氧颗粒污泥兼具活性污泥法和生物膜法两种好氧生物处理技术的双重优点。同时还具有部分缺氧、厌氧生物处理的功能。因而在生物量、氧利用率以及处理效果等方面显示出独特的优越性。但目前国内对所采用的研究路线显示好氧颗粒污泥生物处理技术也存在严重的技术、经济与管理各方面的问题。主要表现在好氧颗粒污泥形成困难,启动周期长,需提供高剪切力及高气水比,使得处理动能增加,经济性能较差等问题。上述问题导致好氧颗粒污泥无法有效实现工程化应用。鉴于以上原因,本文研究设计了一套连续流组合式矩形结构的好氧颗粒污泥实验模型,模型尺寸为:L×B×H=2000mm×1000mm×250mm。实验模型由两部分组成:好氧颗粒污泥凝聚中心形成区和好氧颗粒污泥形成及处理区。在该模型的凝聚中心形成区增设网绳反应器作为好氧颗粒污泥快速启动促进器。主要研究网绳反应器在不同水力控制参数下对好氧颗粒污泥快速启动的影响。运用Gambit软件按模型实际尺寸建立三维模型,基于Fluent软件,分别在水单相及气-液两相条件下,采用RNG k-?模型和气-液两相流双流体模型进行数值模拟。研究不同几何参数和水力参数的变化,分析数据得到适宜好氧颗粒污泥快速启动所需的最佳水力控制条件;再运用粒子速度场仪(PIV)示踪技术,将最佳水力控制条件的数值模拟结果与PIV实测结果进行对比分析,确认数值计算的准确性。将该最佳水力控制条件应用于实际模型中进行微生物实验,分别在四种不同材质(棉纶、尼龙6、PE、尼龙66)的网绳下进行好氧颗粒污泥快速启动实验,从污泥形成时间、污泥稳定性、污泥形成过程选出最适宜的网绳材质。该微生物模型稳定运行时,检测COD_(cr)、BOD、SS、TN、TP、氨氮和色度的去除率,是否满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准。以期达到好氧颗粒污泥快速启动的目的,为其在实际工程化应用及合理设计中提供数据基础和理论依据。主要研究结论归纳如下:(1)数值模拟及PIV验证(1)几何参数为网孔尺寸1.0cm~2、网绳直径4mm、网板间距290mm时,水流绕过网绳流动时,在网绳后端区域形成了卡门涡街。水流流经每个网板后均能发生涡旋产生和脱落的现象。导致水力剪切力增大,这种水力环境有助于絮状污泥的附着;有助于游离的絮状生物膜相互碰撞形成初生的颗粒污泥;有助于初生颗粒污泥能够利用连续高水力剪切力顺利到达颗粒污泥形成区。(2)水力参数为进口流量80L/h、气水比8:1时,涡街在微气泡的作用下,不仅增加了絮状污泥的碰撞凝聚几率,也为颗粒污泥的塑形提供了所需的高水力剪切力,从而进一步有效地促进了好氧颗粒污泥的快速启动。(3)通过对比在同一流量、同一网孔尺寸、同一网绳直径、同一网板间距、同一气水比条件下模拟与PIV二者产生漩涡的结果。分析可得二者图像及速度矢量值吻合度高达95%以上,这充分验证了计算机模拟所得到的最佳水力控制条件是准确且可行的。(2)网绳反应器微生物实验(1)通过对棉纶、PE、尼龙66和尼龙6材质的四种网绳进行粒径分布对比实验,结果表明:尼龙6材质下,系统中好氧颗粒污泥粒径的分布符合正态分布规律,这说明尼龙6网绳反应器中的好氧颗粒污泥系统可以稳定运行。(2)好氧颗粒污泥稳定后的出水水质指标,即COD_(cr)、BOD、SS、TN、TP、氨氮和色度,全部满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准,完全达到好氧颗粒污泥快速启动的目的。
【图文】：

设备装置,模型实验

模型实验设备装置整体图

设备装置,模型实验,网板

模型实验设备装置网板图
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】