好氧生物反应器氧传质过程模拟与能耗分析研究

发布时间：2020-04-12 10:59

【摘要】：好氧技术是主要的水处理技术,可去除大部分污染物,但存在曝气控制及溶解氧利用不均衡的问题。过高的曝气量会扰动泥水分离,影响出水水质,增加能耗;过少的曝气量导致污染物去除率降低。因此,研究氧传质及影响因素,为污水厂的曝气控制提供参考依据,从而达到降低能耗的目的。本文包括两方面的内容,一是好氧生物反应器氧传质过程与能耗研究。基于ASM2D模型,对污水厂进行建模,通过曝气控制模拟及高级实验分析,确定曝气控制方式及最佳运行参数,并分析各工况下的能耗、氧传质系数、溶解氧浓度。二是好氧生物反应器水力特性对氧传质效果的数值模拟。以计算流体力学为基础,通过Euler-Euler和标准k-ε模型对好氧生物反应器进行模拟计算。从气液两相流速、气体体积分数、紊动动能分析反应器内两相混合程度及氧传质效果。具体结论如下:(1)好氧生物反应器氧传质过程与能耗研究表明:1)相比于KLa控制,串级控制的曝气能耗较低;2)全局敏感性分析:f_S_A、f_S_F、f_X_S、r_P、v0对出水COD的敏感性比较显著;3)参数估计:模拟出水COD为20.49～35.97mg/L,f_S_A=0.4905,f_S_F=0.4879,f_X_H=0.0107,f_X_S=0.8670,r_P=0.0157m3/g,v0=468.92m/d;4)终值优化:相较于基态模拟,出水TP为0.32mg/L,曝气能耗降低了50.36%,总能耗降低了41.6%。好氧池内KLa为100.56～227.14d-1,DO为1mg/L或2mg/L;5)不确定性分析:当S_A为0.14～0.2mg/L,出水COD为18～26mg/L,概率分布为50%～95%,所建模型的出水相对稳定。(2)好氧生物反应器水力特性对氧传质效果的数值模拟表明:通过验证,Euler-Euler结合标准k-ε模型可对AAO反应器进行较好地模拟,能真实反映AAO反应器中的气液水力特性。AAO反应器模拟结果显示,DO=2mg/L,供氧量6m3/h,气液两相流速、紊动动能在z=1.5m处达到最大,氧传质效果最佳。
【图文】：

技术路线

图 2-1 CFD 求解过程Fig. 2-1 CFD solution process规律，更好地描述两相流流动情况，，CFD 以非控制方程和扩展控制方程等来预测流体流动、生学模型以 N-S（Navier-Stokes）方程组为主体， 方程进行简化，得到一组封闭的偏微分方程组的表达式为： divUdivgradSt 度； —通用变量；U —流体的运动速度； 项； div U—对流项； div grad—扩散项
【学位授予单位】：西安理工大学
【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：2624646