【摘要】：由于氧化溝工藝流程簡(jiǎn)單,維護(hù)管理方便且具有較好的推流混合效果,在污水處理過(guò)程中被廣泛使用。當(dāng)前,氧化溝工藝存在曝氣能耗大、推流協(xié)調(diào)運(yùn)行能力差等問(wèn)題需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。本文基于CFD軟件Fluent建立了微曝氧化溝氣-液兩相流動(dòng)與生化反應(yīng)耦合模型,對(duì)曝氣充氧和生化反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行了模擬。主要內(nèi)容包括:(1)建立了小試微曝氧化溝三維模型并進(jìn)行了網(wǎng)格劃分,采用動(dòng)量源方法對(duì)推流泵進(jìn)行了模擬,分析了推流作用下氧化溝內(nèi)流場(chǎng)分布規(guī)律,利用實(shí)驗(yàn)測(cè)量的流場(chǎng)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證,流場(chǎng)最大誤差在20%以?xún)?nèi),表明動(dòng)量源模型能夠較好地描述推流泵產(chǎn)生的橫向流動(dòng)特性;基于歐拉-歐拉雙流體模型建立了曝氣和推流共同作用下小試氧化溝內(nèi)氣-液兩相流動(dòng)模型,并耦合Higbie滲透理論對(duì)氣-液相間氧傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行了模擬,利用曝氣充氧實(shí)驗(yàn)中得到的氧體積傳質(zhì)系數(shù)對(duì)小試微曝氧化溝氣-液兩相流動(dòng)和溶解氧輸運(yùn)模型進(jìn)行了驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)和模擬的氧體積傳質(zhì)系數(shù)最大誤差在7%以?xún)?nèi),表明利用該模型能夠較為準(zhǔn)確地描述氣-液相間氧傳質(zhì)過(guò)程。(2)基于小試氧化溝氣-液兩相流動(dòng)和溶解氧輸運(yùn)模型分析了曝氣和推流作用下氧化溝內(nèi)氣-液兩相流場(chǎng)和氣含率分布規(guī)律,并研究了曝氣參數(shù)(氣泡直徑和曝氣量)以及橫向流動(dòng)對(duì)氣-液相間氧傳質(zhì)過(guò)程的影響。隨著氣泡直徑的減小,氧傳質(zhì)速率由5.83 h~(-1)增大到15.8 h~(-1),表明小直徑氣泡能夠有效增強(qiáng)氣-液傳質(zhì)效果;隨著曝氣量的增大,氧傳質(zhì)速率由4.21 h~(-1)增大至14.15 h~(-1),表明氣-液傳質(zhì)效果隨曝氣量增大而增強(qiáng);僅曝氣,開(kāi)啟一臺(tái)推流機(jī)和開(kāi)啟兩臺(tái)推流機(jī)并曝氣時(shí)氧體積傳質(zhì)系數(shù)分別為7.81 h~(-1)、9.97 h~(-1)和11.12 h~(-1),表明橫向流動(dòng)能增強(qiáng)氣-液相間氧傳質(zhì)效果,橫向流速越大,氧傳質(zhì)效果越好。(3)在中試微曝氧化溝中將氣-液兩相流動(dòng)和溶解氧輸運(yùn)模與活性污泥數(shù)學(xué)模型進(jìn)行耦合,對(duì)污水降解過(guò)程進(jìn)行了模擬,分析了溶解氧和生物組分分布規(guī)律;基于中試氧化溝污水降解實(shí)驗(yàn)對(duì)氣-液兩相CFD與ASM1耦合模型進(jìn)行了驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)和模擬得到的出水生物組分和監(jiān)測(cè)點(diǎn)溶解氧濃度誤差在20%以?xún)?nèi),表明該耦合模型能夠較為準(zhǔn)確地描述污水降解過(guò)程;基于氣-液兩相CFD與ASM1耦合模型分析了水力停留時(shí)間和曝氣量對(duì)氧化溝工藝處理效果的影響。結(jié)果表明,延長(zhǎng)水力停留時(shí)間和增大曝氣量能夠提高水體內(nèi)的溶解氧濃度,促進(jìn)硝化反應(yīng)使硝酸氮濃度增加;改變水力停留時(shí)間后,COD去除效率變化并不明顯,表明氧化溝具有一定的抗COD沖擊負(fù)荷能力;由于微生物呼吸作用,水體中溶解氧濃度與曝氣量呈現(xiàn)非線性增長(zhǎng)關(guān)系。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：X703

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本文編號(hào)：2768603