【摘要】：膨脹顆粒污泥床(Expanded Granular Sludge Bed,EGSB)反應(yīng)器作為一種高效厭氧反應(yīng)器具有很高的推廣價值和廣闊的應(yīng)用前景。EGSB反應(yīng)器中,傳質(zhì)過程會影響反應(yīng)器的去除效果。然而,目前關(guān)于EGSB反應(yīng)器數(shù)值模擬的研究中,鮮有計算流體力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)和生化反應(yīng)模型兩者結(jié)合的數(shù)值模擬研究。因此,論文在EGSB反應(yīng)器處理揮發(fā)酸(Volatile Fatty Acid,VFA)廢水試驗研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合計算流體力學和生化動力學,采用COMSOl Multiphysics軟件,進行CFD-生化反應(yīng)耦合模型構(gòu)建及模擬。利用CFD-生化反應(yīng)耦合模型對廢水處理反應(yīng)器進行模擬,可以獲取反應(yīng)器內(nèi)部基質(zhì)去除規(guī)律,為反應(yīng)器工藝參數(shù)的選取、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供理論指導和技術(shù)支持。EGSB反應(yīng)器處理低濃度揮發(fā)酸廢水的試驗研究表明,常溫(20~29℃)條件下,當EGSB反應(yīng)器進水COD為350~430mg/L,其中乙酸:丙酸:丁酸的COD濃度比例約為2∶1∶1,HRT為2.5h,上升流速為5m/h,COD有機負荷為0.28kg COD/(kg MLVSS·d)時,反應(yīng)器VFA的去除率達到99%以上,COD去除率介于89.0%~93.6%,反應(yīng)器中小于2.0mm范圍的顆粒污泥數(shù)量約占總顆粒污泥數(shù)量的90%。反應(yīng)器中主要存在Proteobacteria,candidate division OP9,Anaerolineaceae厭氧產(chǎn)甲烷菌屬;Proteiniphilum,Syntrophobacte丙酸降解菌屬,Intestinimonas等丁酸降解菌屬微生物。試驗結(jié)果可為反應(yīng)器CFD-生化反應(yīng)耦合模型提供參數(shù)。傳質(zhì)模型作為耦合CFD與生化反應(yīng)模型的“橋梁”,既可以引入反應(yīng)器內(nèi)部流速分布數(shù)據(jù),又能為生化反應(yīng)數(shù)學模型的導入提供接口。以傳質(zhì)方程為核心,通過CFD模擬獲取EGSB反應(yīng)器內(nèi)部速度分布數(shù)據(jù)后,導入傳質(zhì)方程,進行CFD-傳質(zhì)耦合模型研究。研究結(jié)果表明,所建立的CFD-傳質(zhì)耦合模型良好,能夠較好地表征基質(zhì)在EGSB反應(yīng)器中的傳質(zhì)過程。模擬結(jié)果與實驗結(jié)果相比,相對誤差在6.1%~24.2%范圍內(nèi)。根據(jù)EGSB反應(yīng)器試驗參數(shù),假設(shè)污泥層區(qū)為多孔介質(zhì)反應(yīng)區(qū),在傳質(zhì)方程中嵌入?yún)捬跸Ｐ?Anaerobic Didestion Model,ADM)中的乙酸、丙酸和丁酸生化反應(yīng)速率方程,進行反應(yīng)器CFD-生化反應(yīng)耦合模型研究。結(jié)果顯示,所建立的CFD-傳質(zhì)耦合模型較好地模擬EGSB反應(yīng)器中乙酸、丙酸和丁酸的降解。所得模擬結(jié)果中,乙酸、丙酸、丁酸的最大濃度絕對誤差分別為2.2 mg/L,3.2mg/L,1.7 mg/L,反應(yīng)器污泥層底部15cm區(qū)域內(nèi)VFA去除率達80%,反應(yīng)器污泥層底部25cm區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)了90%VFA去除,底部15cm的區(qū)域內(nèi)乙酸降解速率大于150 mg/(L·d),甲烷生成速率大于0.20 L/(L·d)。進一步采用CFD-生化反應(yīng)耦合模型對EGSB反應(yīng)器不同水力停留時間(HRT)進行模擬,模擬結(jié)果表明,常溫(25℃)條件下,EGSB反應(yīng)器處理COD濃度為400mg/L的VFA廢水時,當上升流速為5/h,為使反應(yīng)器VFA去除率達到99%以上,ESBG反應(yīng)器的HRT不應(yīng)低于1.75h,反應(yīng)器器有機負荷不宜超過0.43kg COD/(kg MLVSS·d)。研究表明,借助EGSB反應(yīng)器CFD-生化反應(yīng)耦合模型,可以為反應(yīng)器水力停留時間和有機負荷的優(yōu)選提供理論指導。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X703

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本文編號：2372004