本文關(guān)鍵詞：PAC-UF系統(tǒng)中流場(chǎng)性對(duì)于膜污染的影響研究

  更多相關(guān)文章： 計(jì)算流體力學(xué) 粉末活性炭-超濾工藝 膜污染 濾餅層 粗糙度

【摘要】：在膜法飲用水處理技術(shù)應(yīng)用中,由于膜污染的存在,提高了膜運(yùn)行成本和制水成本,降低了膜的使用壽命,因此有效控制膜污染成為膜法水處理研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。本文利用計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,簡(jiǎn)稱(chēng)CFD)方法,針對(duì)粉末活性炭-超濾(PAC-UF)工藝體系中的工藝條件(攪拌轉(zhuǎn)速)及濾餅層粗糙度對(duì)膜污染的影響進(jìn)行研究,借助CFD技術(shù)和吸附、跨膜壓差、電鏡等實(shí)驗(yàn)和測(cè)試手段,利用湍流強(qiáng)度、湍流動(dòng)能、錯(cuò)流速度、速度流線、膜面剪切力、PAC顆粒含量等流場(chǎng)分析指標(biāo),對(duì)PAC-UF體系內(nèi)的水力條件和濾餅層粗糙等影響因素進(jìn)行數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)分析。首先,研究不同攪拌轉(zhuǎn)速(60rpm、100rpm、150rpm、200 rpm)條件下反應(yīng)器內(nèi)的流場(chǎng)特征。研究結(jié)果表明,隨著轉(zhuǎn)速的提高,膜污染層的厚度有所降低,會(huì)導(dǎo)致膜表面濾餅層厚度的不均勻現(xiàn)象的加劇,膜面濾餅層頂部厚度高于底部,并削弱減緩膜污染的效果;膜過(guò)濾工藝中,通過(guò)減少反應(yīng)器中的水力死區(qū)、增大反應(yīng)器中的渦旋流和回流、提高PAC顆粒懸浮程度、降低膜面PAC含量等實(shí)驗(yàn)條件,可提高固液兩相混合能力和PAC的吸附速率,進(jìn)而控制膜污染。其次,為驗(yàn)證模擬運(yùn)算的準(zhǔn)確性,匹配模擬參數(shù)進(jìn)行PAC吸附速率及膜過(guò)濾實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著攪拌轉(zhuǎn)速的提高,增大了反應(yīng)器內(nèi)的流速,提高了PAC吸附中的外擴(kuò)散過(guò)程,從而提高了PAC的吸附速率；PAC對(duì)膜面的刮擦效應(yīng),提高了膜過(guò)濾過(guò)程的產(chǎn)水效率,但轉(zhuǎn)速過(guò)大會(huì)降低減緩膜污染的速率,對(duì)模擬運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行了很好的驗(yàn)證。再次,利用實(shí)驗(yàn)電鏡照片等參數(shù)構(gòu)建模擬模型,研究不同膜面粗糙度(3μm、6μm)條件下濾餅層的外部流場(chǎng)特性。研究結(jié)果表明,凹陷結(jié)構(gòu)處的湍流強(qiáng)度、膜面錯(cuò)流速度、膜面剪切力均小于凸起結(jié)構(gòu)處,說(shuō)明PAC顆粒和有機(jī)污染物易于在凹陷結(jié)構(gòu)內(nèi)部堆積和附著。粗糙度越大的結(jié)構(gòu),不僅受到的湍流強(qiáng)度和膜面錯(cuò)流速度越大,還能降低顆粒堆積到濾餅層的幾率,有利于減緩膜污染；但從膜面剪切力角度分析,凹陷結(jié)構(gòu)處的粗糙度對(duì)剪切力影響不大,而凸起結(jié)構(gòu)處粗糙度小的結(jié)構(gòu)受到的剪切力更大,濾餅層表面的顆粒和污染物易被水流帶走,從而降低膜污染。反應(yīng)器模型與工藝實(shí)驗(yàn)的吻合程度良好,模型計(jì)算結(jié)果可靠、可信性強(qiáng)。
【關(guān)鍵詞】：計(jì)算流體力學(xué) 粉末活性炭-超濾工藝 膜污染 濾餅層 粗糙度
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TU991.2
【目錄】：

• 學(xué)位論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 膜法飲用水處理工藝10-12
• 1.2.1 膜法飲用水處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究進(jìn)展10
• 1.2.2 膜污染的形成及控制方法10-11
• 1.2.3 預(yù)處理工藝11-12
• 1.3 PAC-UF工藝12-14
• 1.3.1 PAC預(yù)處理技術(shù)12-13
• 1.3.2 PAC-UF工藝研究進(jìn)展13-14
• 1.4 膜面粗糙度對(duì)膜分離性能的影響14-15
• 1.4.1 膜面粗糙度的表征14
• 1.4.2 膜面粗糙度對(duì)膜污染影響的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.5 計(jì)算流體力學(xué)在膜污染研究中的應(yīng)用15-17
• 1.5.1 CFD方法概述15-16
• 1.5.2 CFD在膜污染中的應(yīng)用16-17
• 1.6 課題的提出及研究?jī)?nèi)容17-19
• 1.6.1 課題研究目的和意義17
• 1.6.2 課題研究?jī)?nèi)容17-19
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料、裝置及分析方法19-25
• 2.1 PAC-UF系統(tǒng)的CFD數(shù)值分析模擬19-21
• 2.1.1 CFD三維數(shù)值模擬法19-20
• 2.1.2 邊界條件的確定及數(shù)學(xué)模型的建立20-21
• 2.2 PAC-UF系統(tǒng)中膜污染分析方法21-25
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器21-23
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置23
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)分析方法23-25
• 第三章 系統(tǒng)水力條件對(duì)膜污染影響的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究25-45
• 3.1 計(jì)算模型的建立與簡(jiǎn)化25-26
• 3.2 網(wǎng)格劃分及邊界條件26-27
• 3.2.1 網(wǎng)格劃分26
• 3.2.2 邊界條件的設(shè)置26-27
• 3.3 Fluent求解器參數(shù)設(shè)置27-31
• 3.4 不同水力條件下反應(yīng)器流場(chǎng)分析31-40
• 3.4.1 膜絲軸向受力不均勻性影響分析31-34
• 3.4.2 PAC吸附速率影響分析34-37
• 3.4.3 PAC顆粒分布規(guī)律分析37-40
• 3.5 工藝實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證40-42
• 3.5.1 不同水力條件對(duì)PAC吸附速率的影響40-41
• 3.5.2 不同水力條件對(duì)膜污染速率的影響41-42
• 3.6 本章小結(jié)42-45
• 第四章 膜面粗糙度對(duì)膜污染影響的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究45-59
• 4.1 計(jì)算模型的建立與簡(jiǎn)化45-48
• 4.1.1 模型的實(shí)驗(yàn)依據(jù)45-47
• 4.1.2 模型的建立與簡(jiǎn)化47-48
• 4.2 網(wǎng)格劃分及邊界條件48-49
• 4.2.1 網(wǎng)格劃分48-49
• 4.2.2 邊界條件設(shè)置49
• 4.3 Fluent求解器參數(shù)設(shè)置49-51
• 4.4 不同膜面粗糙度下膜面流場(chǎng)分析51-58
• 4.4.1 膜面湍流強(qiáng)度分析51-53
• 4.4.2 膜面速度場(chǎng)分析53-56
• 4.4.3 膜面剪切力分析56-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 結(jié)論與建議59-63
• 5.1 實(shí)驗(yàn)及研究結(jié)論59-61
• 5.2 研究中的不足與建議61-63
• 參考文獻(xiàn)63-69
• 發(fā)表論文和參加科研情況69-71
• 致謝71

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2 尤朝陽(yáng);王世和;;顆粒活性炭干擾膜表面濾餅層形成的研究[J];中國(guó)給水排水;2007年17期

3 H.Zürcher;劉寶善;顧曉梅;;用于粗�；蚣�(xì)粒物料的推料式離心機(jī)[J];化工與通用機(jī)械;1982年11期

4 鄒雪;李進(jìn);;煤制氣廢水處理超濾膜污染研究[J];北京交通大學(xué)學(xué)報(bào);2014年01期

5 余亞琴;徐微;呂錫武;傅金祥;;低溫與常溫條件下IMBR運(yùn)行效果對(duì)比研究[J];凈水技術(shù);2008年01期

6 馬立艷;鐘冬平;;PAN中空纖維超濾膜污染與膜阻力測(cè)定[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2006年14期

7 陳艷;伏小勇;于曉華;董秉直;高乃云;范瑾初;;混凝防止膜污染的研究[J];給水排水;2010年01期

8 董秉直,曹達(dá)文,管曉濤,范瑾初,李景華,徐強(qiáng);混凝對(duì)膜過(guò)濾的影響[J];中國(guó)給水排水;2002年12期

9 ;[J];;年期

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1 肖子文;陳艷;張國(guó)珍;;混凝防止超濾膜污染的研究[A];2010年膜法市政水處理技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2010年

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10 鄭力菲;混合液特性對(duì)陶瓷膜MBR反應(yīng)器膜污染形成的影響研究[D];安徽建筑工業(yè)學(xué)院;2012年

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本文編號(hào)：985757