【摘要】： 論文對(duì)螺旋升流式反應(yīng)器系統(tǒng)(The spiral up flow reactor,簡(jiǎn)稱(chēng)SUFR)反應(yīng)器的流動(dòng)模型進(jìn)行分析,并就導(dǎo)流參數(shù)對(duì)該系統(tǒng)脫氮除磷的影響進(jìn)行了研究。SUFR系統(tǒng)是本課題組所研發(fā)的一項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)(發(fā)明專(zhuān)利號(hào):ZL 031 17335.7),該系統(tǒng)由多層導(dǎo)流葉片構(gòu)成厭氧、缺氧及好氧螺旋升流式反應(yīng)器,內(nèi)部流場(chǎng)較為復(fù)雜。論文利用CFD軟件Phoenics對(duì)SUFR反應(yīng)器流場(chǎng)進(jìn)行了模擬,并根據(jù)模擬結(jié)果計(jì)算推流流型容積利用率。在此基礎(chǔ)上,論文分別以系統(tǒng)中的厭氧、缺氧及好氧反應(yīng)器為研究對(duì)象,就導(dǎo)流參數(shù)對(duì)系統(tǒng)脫氮除磷效果以及流型等的影響進(jìn)行分析與探討。論文的主要成果簡(jiǎn)述如下: ①利用停留時(shí)間分布函數(shù)(RTD)對(duì)一定導(dǎo)流參數(shù)設(shè)置的單個(gè)SUFR反應(yīng)器進(jìn)行清水流型試驗(yàn),試驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果說(shuō)明SUFR單元反應(yīng)器兼有推流與完全混合流的特點(diǎn)。利用Phoenics技術(shù)對(duì)該反應(yīng)器進(jìn)行流場(chǎng)的數(shù)值模擬,建立了與反應(yīng)器實(shí)際較為吻合的組合流動(dòng)模型。結(jié)果表明: SUFR反應(yīng)器內(nèi)的流體主要以螺旋方式行進(jìn),SUFR反應(yīng)器流動(dòng)模型為推流單元反應(yīng)器與完全混合流單元反應(yīng)器串聯(lián)而成,其中推流單元反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器間隔排列;具有一定導(dǎo)流參數(shù)設(shè)置的SUFR反應(yīng)器的推流流型容積利用率為63%。 ②論文采用灰關(guān)聯(lián)熵分析方法就導(dǎo)流參數(shù)與SUFR系統(tǒng)脫氮除磷效果的影響進(jìn)行了相關(guān)性分析,研究結(jié)果表明:在SUFR系統(tǒng)的各個(gè)反應(yīng)區(qū),導(dǎo)流轉(zhuǎn)速、導(dǎo)流葉片的傾角、d/D值以及導(dǎo)流葉片串聯(lián)層數(shù)的熵關(guān)聯(lián)度值幾乎都在0.98以上,其中導(dǎo)流轉(zhuǎn)速的熵關(guān)聯(lián)度值較高。 ③論文就導(dǎo)流參數(shù)對(duì)系統(tǒng)各反應(yīng)區(qū)脫氮除磷的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究,提出了系統(tǒng)取得較好的氮磷去除效果所需的各個(gè)反應(yīng)區(qū)設(shè)計(jì)導(dǎo)流參數(shù)。在試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)條件下,不同導(dǎo)流參數(shù)時(shí)的SUFR系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果表明: 1)對(duì)于厭氧區(qū),當(dāng)導(dǎo)流參數(shù)設(shè)計(jì)為:導(dǎo)流轉(zhuǎn)速N=30rpm、d/D=0.8、導(dǎo)流葉片的傾角α=150°以及導(dǎo)流葉片的串聯(lián)層數(shù)n=2時(shí),厭氧釋磷效果較好;在此基礎(chǔ)上,當(dāng)導(dǎo)流葉片轉(zhuǎn)速增加、導(dǎo)流葉片的串聯(lián)層數(shù)增加、d/D值減少以及導(dǎo)流葉片傾角增加到180°時(shí),厭氧釋磷效果會(huì)出現(xiàn)不同程度的下降。 2)對(duì)于缺氧區(qū),當(dāng)導(dǎo)流參數(shù)設(shè)計(jì)為:N=90rpm、d/D=0.3、α=180°以及n=4時(shí),缺氧區(qū)脫氮效果較好;在此基礎(chǔ)上,當(dāng)導(dǎo)流葉片轉(zhuǎn)速減少、導(dǎo)流葉片的串聯(lián)層數(shù)減少、d/D值增加以及導(dǎo)流葉片傾角變化到150°時(shí),脫氮效率降低。 3)對(duì)于好氧區(qū),當(dāng)導(dǎo)流參數(shù)設(shè)計(jì)為:N=20rpm、d/D=0.8、α=150°以及n=2時(shí),好氧區(qū)硝化及吸磷效果較好;在此基礎(chǔ)上,當(dāng)導(dǎo)流葉片轉(zhuǎn)速增加、導(dǎo)流葉片的串聯(lián)層數(shù)增加、d/D值減少以及導(dǎo)流葉片傾角增加到180°時(shí),氨氮及磷酸鹽的去除率減少。 ④論文研究了導(dǎo)流參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)有機(jī)物及氮磷降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響,結(jié)果表明: 1)在厭氧區(qū),以HAc為碳源的厭氧釋磷試驗(yàn)表明,當(dāng)N從30rpm增加到90rpm、n從2增加到4、d/D值從0.8減少到0.3以及α從150°變化為180°時(shí),最大COD比吸收速率q max值變化范圍為1.6～2.7 mgCOD/gVSS·min,飽和常數(shù)KA值變化范圍為0.85～13 mgCOD/L。 2)在缺氧區(qū),在上述導(dǎo)流參數(shù)變化的情況下,硝酸鹽氮最大比還原速率q反ma硝x化變化范圍為0.23～0.75mg NO3 ?-N /gVSS·min,而對(duì)應(yīng)有機(jī)物的飽和常數(shù)K s變化范圍為3.55～87mg/L,在缺氧區(qū)導(dǎo)流參數(shù)變化對(duì)K s值影響較大。 3)在好氧區(qū),當(dāng)N從20rpm增加到77rpm、n從2增加到4、d/D值從0.8減少到0.3以及α從150°變化為180°時(shí),氨氮最大比吸收速率q硝ma化x變化范圍為0.031～0.11 mg NH 4+ ?N/gVSS·min,兩者相差3.5倍多,對(duì)應(yīng)于氨氮的飽和常數(shù)K NH4變化范圍為14～18.7mg/L;磷酸鹽最大比吸收速率q吸ma磷x變化范圍為0.17～0.22mg PO 43?-P /gVSS·min,對(duì)應(yīng)于磷酸鹽的飽和常數(shù)K p變化范圍為0.4～27 mg/L。 ⑤試驗(yàn)結(jié)果表明,SUFR反應(yīng)器設(shè)計(jì)導(dǎo)流參數(shù)的變化導(dǎo)致系統(tǒng)流型及流體速度梯度的變化,進(jìn)而影響處理效果,其中流型的變化是處理效果變化的主要原因。當(dāng)N從30rpm增加到90rpm、n從2增加到4、d/D值從0.8減少到0.3以及α從150°變化為180°時(shí),SUFR反應(yīng)器推流效果減弱。在實(shí)際運(yùn)行中,應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)和處理要求調(diào)整設(shè)計(jì)導(dǎo)流參數(shù)。
【圖文】：

( )N1!dθ 2θσ ( )N1edθ1(N1)!NθθEθdθ1Nθ0NN102 = = = ∞+∞∫ ∫（2.13）由上式可見(jiàn)，當(dāng) N＝1 時(shí)，2θσ = 1，，為連續(xù)理想全混反應(yīng)器（CSTR）；當(dāng) N→∞時(shí)，2θσ →0，為推流反應(yīng)器（PFR）。2.1.2 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法① 試驗(yàn)裝置考慮到 SUFR 系統(tǒng)內(nèi)厭氧、缺氧以及好氧反應(yīng)器的構(gòu)造相似，本文將對(duì)系統(tǒng)中的單個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行流型分析。試驗(yàn)裝置如圖 2.6 所示。其中 SUFR 反應(yīng)器高 H =200cm ,直徑 D = 20 cm, 有效水深 h = 160 cm, 深徑比 h/ D = 8。容積 V = 45 L 。反應(yīng)器內(nèi)導(dǎo)流葉片轉(zhuǎn)速為 30rpm（轉(zhuǎn)速由上海三振機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的 74ND06交流可逆電機(jī)控制）, d/D（導(dǎo)流葉片直徑 d 與反應(yīng)器直徑 D 的比值）值為 0.8，導(dǎo)流葉片的串聯(lián)層數(shù)為 4，導(dǎo)流葉片的傾角為 150°（葉片的傾角為葉片折起部分的曲面與未折起部分的平面之間的夾角，夾角為 150 度時(shí)的葉片具有一定的軸向上推動(dòng)作用）。采用清水試驗(yàn),流量 Q = 40 L/ h ,由底部進(jìn)水,上部出水,形成上升流,理想平均停留時(shí)間 1. 125h。

SATELLITE（預(yù)處理模塊）：作為 PHOENICS 的前處理程序，主要功用戶(hù)關(guān)于某一特殊流動(dòng)模擬的指令翻譯成 EARTH 能夠懂的語(yǔ)言，通過(guò)數(shù)據(jù)信息傳送給 EARTH。SATELLITE 含有子程序 SATLIT，由 FORTRAN 語(yǔ)供那些用 FORTRAN 語(yǔ)言編寫(xiě)輸入文件的用戶(hù)使用。使用 PHOENICS 進(jìn)行擬，需用戶(hù)自己確定模型和公式，描述流動(dòng)模擬的語(yǔ)句可以通過(guò)在快速輸Q1 文件中使用 PHOENICS 輸入語(yǔ)言 PIL 語(yǔ)句編寫(xiě)，或者在 SATLIT 和 G中使用 FORTRAN 語(yǔ)句編寫(xiě)。用戶(hù)也可自己編寫(xiě)子程序，這些子程序由 SGROUND 調(diào)用。SATELLITE 可用多種方式接受數(shù)據(jù)，新版 PHOENICS 有處理方式：VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）窗口（VR EDITOR）、菜單、命令、Fortran 程EARTH（主處理模塊）：包含了主要的流動(dòng)模擬程序，是軟件真正進(jìn)行部分，它需要用戶(hù)在 SATELLITE 中對(duì)程序發(fā)出指令。EARTH 包含一個(gè)隨圖 2.6 PHOENICS 程序流程圖Fig. 2.6 Flow chart of PHOENICS program
【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】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：X703.3

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本文編號(hào)：2690923