發(fā)布時(shí)間：2020-05-07 05:58

【摘要】： 廢水生物處理工程涉及復(fù)雜水力學(xué)和生物化學(xué)過(guò)程,其設(shè)計(jì)優(yōu)化和運(yùn)行控制是當(dāng)前國(guó)際水科學(xué)技術(shù)研究的前沿領(lǐng)域。由于至今關(guān)于對(duì)廢水生物處理復(fù)雜生物反應(yīng)器內(nèi)流體動(dòng)力學(xué)規(guī)律及其對(duì)反應(yīng)器效能的影響認(rèn)識(shí)不清,致使在反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與流體動(dòng)力學(xué)耦合方面的研究尚未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。論文以卡魯塞爾氧化溝為研究對(duì)象,發(fā)展了多相流區(qū)域流速場(chǎng)原位非接觸式測(cè)試新技術(shù),進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,研究氧化溝反應(yīng)器內(nèi)液-固兩相湍流與生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué),以及多相湍流反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬方法。論文取得的主要研究成果如下: ①研制出一套新的多相流數(shù)字粒子圖像測(cè)速系統(tǒng),并應(yīng)用于復(fù)雜流體反應(yīng)器多相流二維及三維區(qū)域流速場(chǎng)的測(cè)試,克服了傳統(tǒng)接觸式點(diǎn)測(cè)量方法無(wú)法獲取區(qū)域流動(dòng)同步信息的缺陷。 ②所研制的PIV測(cè)速系統(tǒng)改進(jìn)了傳統(tǒng)PIV系統(tǒng)的信息提取算法,通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)系數(shù)作為測(cè)度和優(yōu)化搜索區(qū)域的方法,提高了系統(tǒng)的圖象處理運(yùn)算速率;利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)原理,采用灰度加權(quán)標(biāo)定法和粒徑匹配法,實(shí)現(xiàn)了多相流的識(shí)別、劃分和標(biāo)定。 ③采用數(shù)字粒子圖像測(cè)速技術(shù)對(duì)卡魯塞爾氧化溝模型三維單相和二維兩相全場(chǎng)流速進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果表明,固相流速總體小于液相;縱、垂兩向的流動(dòng)分布是決定溝內(nèi)水力特性的主要因素;橫、垂兩向的流動(dòng)是決定污泥沉積位置的主要因數(shù),污泥沉積是橫、垂兩向流速與該處水體動(dòng)能共同作用下的結(jié)果。 ④變曝條件下氧化溝流場(chǎng)的實(shí)測(cè)結(jié)果表明,開(kāi)啟兩臺(tái)曝氣機(jī)條件下,外溝易成為發(fā)生淤積的危險(xiǎn)地帶;內(nèi)溝段較高的水動(dòng)能利于組分混合,防止污泥的沉積;開(kāi)啟三臺(tái)曝氣機(jī)可使外溝流速增長(zhǎng)10%以上,對(duì)內(nèi)溝段流動(dòng)結(jié)構(gòu)改變不大;在啟/停曝初始階段,流速變化快慢隨其與曝氣機(jī)距離的增加而減少;整個(gè)外溝啟/停曝氣達(dá)到工況穩(wěn)定所需時(shí)間約占運(yùn)行時(shí)間的40%。 ⑤氧化溝內(nèi)水質(zhì)實(shí)測(cè)結(jié)果表明,溶解氧與流速呈正相關(guān)、污泥濃度(MLSS)與流速呈負(fù)相關(guān);流速是影響溶解性組分混合的重要因素,提高進(jìn)水口附近局部流速有利于縮短進(jìn)水組分均布的距離與時(shí)間。 ⑥應(yīng)用所研制的PIV測(cè)速系統(tǒng)對(duì)不同粒徑污泥在水力湍動(dòng)條件下的沉降特性進(jìn)行研究,得到了污泥靜沉降速率與污泥粒徑的關(guān)系,建立了水力湍動(dòng)條件下的污泥湍動(dòng)沉降速率模型。 ⑦將污泥湍動(dòng)沉降速率模型與兩相湍流混合物模型耦合,建立了氧化溝液固兩相湍流混合物模型,實(shí)現(xiàn)了垂向上液固兩相運(yùn)動(dòng)的分離;利用計(jì)算流體軟件Fluent對(duì)工業(yè)規(guī)模污水廠氧化溝的污水-污泥兩相流進(jìn)行模擬,結(jié)果表明兩相流混合物模型較好的揭示了氧化溝內(nèi)混合液流場(chǎng)和污泥的分布情況。 ⑧將卡魯塞爾氧化溝液-固兩相湍流混合物模型與活性污泥2號(hào)模型(ASM2)相耦合,建立了卡魯塞爾氧化溝液-固兩相湍流反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,編輯開(kāi)發(fā)了求解程序,實(shí)現(xiàn)了對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部液固兩相三維流場(chǎng)及水質(zhì)濃度場(chǎng)的同時(shí)模擬。 ⑨應(yīng)用卡魯塞爾氧化溝液-固兩相湍流反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)污水處理廠氧化溝運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)果表明在現(xiàn)有氧化溝主溝開(kāi)啟進(jìn)水處水下推進(jìn)器,有利于改善彎道處流場(chǎng)分布,降低進(jìn)水波動(dòng)對(duì)溝內(nèi)運(yùn)行的沖擊,防止該區(qū)域污泥淤積所造成的負(fù)面影響。
【圖文】：

可快速下載到計(jì)算機(jī)上，通過(guò)與其系統(tǒng)配套的軟件可將粒子的運(yùn)動(dòng)信息以數(shù)字圖片的形式保存在內(nèi)存中供判斷分析。軟件控制平臺(tái)如圖 2.2，攝像機(jī)如圖 2.3。圖2.2 軟件控制界面Fig2.2 The software control surface

12圖2.3 HG-100K攝像機(jī)實(shí)物圖圖2.3 The picture of camera② 光源及輔助光學(xué)元器件由于示蹤粒子的散射光強(qiáng)比較微弱，除特殊場(chǎng)合可用閃光燈、鎢絲白熾燈等普通光源外，，一般情況常采用光強(qiáng)穩(wěn)定、分布均勻的激光作為光源。激光具有單色性好、相干性好、方向性好和高強(qiáng)度等特點(diǎn)，在 PIV 系統(tǒng)中常使用中等強(qiáng)度及以下的連續(xù)或脈沖式激光器作為光源[164]，主要有半導(dǎo)體、固體、氣體激光器等。其中半導(dǎo)體激光器具有輸出波長(zhǎng)及功率穩(wěn)定、線寬和景深等技術(shù)參數(shù)好、準(zhǔn)直角隨溫度漂移小等優(yōu)點(diǎn)，因此本文研制的系統(tǒng)選用半導(dǎo)體激光器作為光源（型號(hào)DHL-G-50，上海激光研究所），波長(zhǎng)為 510nm，最大輸出功率 50mw。片光由激光通過(guò)圓柱透鏡來(lái)產(chǎn)生
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：X703

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 唐瑜謙;;氧化溝流場(chǎng)特性數(shù)值模擬的現(xiàn)狀與展望[J];水利與建筑工程學(xué)報(bào);2012年05期

2 許丹宇;張代鈞;唐運(yùn)平;郭麗莎;陳園;;污泥-廢水2相湍流與生物反應(yīng)耦合模型及應(yīng)用[J];應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào);2010年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李柏林;A/A/O氧化溝工藝強(qiáng)化脫氮調(diào)控技術(shù)研究[D];重慶大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 楊寅;氧化溝優(yōu)化運(yùn)行的CFD模擬及實(shí)驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2011年

2 郭麗莎;卡魯塞爾氧化溝污水—污泥兩相模型及液—?dú)鈨上嗄Ｐ蚚D];重慶大學(xué);2010年

3 王維;基于湍流條件下的簡(jiǎn)化河流水質(zhì)1號(hào)模型試驗(yàn)研究[D];重慶交通大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2652541