蠕虫减量剩余活性污泥反应器的CFD数值模拟

构建以序批式反应器(SBR)为主体工艺并联合蠕虫反应器的生活污水处理系统,在保证系统出水水质达标的前提下,蠕虫对SBR产生的剩余活性污泥摄食减量约23%(以质量计)。利用ANSYS FLUENT 16.0软件提供的欧拉两相流模型和标准k-ε湍流模型,对蠕虫反应器内部速度场、含气率以及湍流强度等进行了计算流体动力学(CFD)数值模拟。模拟结果表明,蠕虫反应器内曝气量约为0.2m₃/h、 蠕虫投放在P2位置即蠕虫密度为1.63g/dm₃时,蠕虫反应器内部流场适合蠕虫减量污泥,减质最高达23%,与试验结果基本吻合。通过响应曲面法(BBD)进行试验,所得污泥减量率与BBD预测值基本相符,进一步佐证了数值模拟结果的可靠性。因此,利用CFD数值模拟可以指导蠕虫反应器优化运行,从而为蠕虫减量污泥系统的放大设计及工程应用奠定基础。     

SRT对附着型蠕虫床处理效果影响的研究

连续运行附着型蠕虫床,探究SRT(污泥停留时间)对蠕虫床整体处理效果的影响作用,同时对附着型蠕虫床污泥减量作用的效果和机理进行了初步探讨.试验结果表明,短时间的SRT更有利于蠕虫的捕食活性和污泥减量效率,不同的SRT条件下,污泥减量效果可以相差3倍以上,SRT=1时,污泥减量效果可达17.76 g/d.在经过了生物捕食作用后,被释放出的有机物质和氨氮在反应器低溶解氧的条件下发生了反硝化作用.活性污泥在经过了蠕虫床的处理后,沉降性能在SRT=1有了明显改善,SVI减少了10%到20%,而在长时间的SRT条件下,SVI反而出现了上升现象.     

自吸旋涡泵的试验研究

在25WZ1-12型样泵型式试验基础上,得出旋涡泵外特性曲线。利用计算流体动力学(CFD)原理,基于雷诺时均方程和k-ω双方程湍流模型,获取自吸旋涡泵内部流场数值模拟分布状况。通过对比分析数值模拟和试验结果,阐明旋涡泵抽吸及扬程形成原理、汽蚀性能特点和自吸过程。     

焦炉煤气制合成气反应器数值模拟

采用 CFD软件Fluent模拟计算焦炉煤气(COG)非催化局部氧化制合成气反应器,其中湍流模型选择标准k-ε模型,热辐射选择P-1模型,用非预混模型计算化学输运和反应.反应器内组分与温度场的数值模拟结果与实验测定结果基本吻合,说明模拟结果是可信的.通过模拟可预测,当氧气与焦炉煤气进气体积比达到0.14左右时,可以获得最好的焦炉煤气的转化效果.本数值模拟可为COG非催化局部氧化制合成气进一步的工程研究与应用提供可靠的理论参考依据.     

湍流模型在折流板换热器壳侧结构优化中的应用

研究不同湍流模型在换热器流场和传热计算中的适用性,分别采用Spalart-Allmaras湍流模型、标准k-ε湍流模型和可实现k-ε湍流模型计算换热器在不同入口速度下的出口温度、换热系数等参数.将3种湍流模型的CFD计算结果与Bell-Delaware理论计算值进行对比可知,Spalart-Allmaras湍流模型的换热器性能数值计算存在明显缺陷,可实现k-ε湍流模型的换热器CFD较其他两种湍流模型的更为适用.将适用性较好的可实现k-ε湍流模型进行CFD数值模拟,模拟结果表明挡切率为25%时换热器性能最佳.     

压力筛内部纸浆悬浮液流场的数值模拟

为了克服废纸浆压力筛筛浆过程中孔、缝堵塞问题,在分析测试废纸浆在不同浓度下黏度的等流体特性的基础上,通过Unigraphics NX(UG)软件对压力筛内部流场建立模型,运用计算流体动力学软件(ICEM CFD)和FLUENT软件对压力筛内部纸浆悬浮液流场进行数值模拟,得到了压力筛内部筛浆区流场的压力、湍流强度和流速的分布。结果表明:对于常用典型代表性的浆料和结构特征以及运行参数的压力筛,波纹筛板湍流强度最高为306%,而筛孔内湍流强度最高为128%;筛孔进口处最大流速为8.16 m/s,出口处最大流速为3.5 m/s,平均流速约为1.2 m/s;筛框处旋翼头部静压力最大约为1.8×105Pa,旋翼尾部静压力最小约为6.92×104Pa。     

双香豆素在SBR工艺中污泥减量化作用的研究

目的试验探究解偶联剂双香豆素在SBR工艺系统中对活性污泥的减量化作用以及对工艺运行效能的影响.方法利用动态SBR反应器模拟SBR工艺,不同质量浓度(0.3 mg/L、1 mg/L、3 mg/L、6 mg/L、10 mg/L)双香豆素投加到工艺系统中进行试验.结果双香豆素能有效降低污泥产率.当双香豆素质量浓度为10 mg/L时,产率较空白组降低了32.4%.双香豆素在低质量浓度范围对氨氮的去除影响不明显.在质量浓度为10 mg/L时,对COD的去除率表现出一定程度下降,去除率均值为77.9%,比空白阶段下降9%.在研究双香豆素对污泥沉降性以及活性的影响时,结果显示:双香豆素对污泥沉降性有较小影响,当双香豆素浓度为10 mg/L时,SVI值由空白组的70.8升高至77.8.结论双香豆素对污泥的活性影响较显著,能够明显提高污泥的脱氢酶活性及呼吸速率.双香豆素对污泥减量化效果显著.     

燃煤电站SCR系统气固流动与催化剂磨损的混合数值模拟与优化

以某660 MW燃煤锅炉SCR脱硝系统为对象,建立了电站实际烟气环境下的催化剂磨损评估模型.首先,利用计算流体力学软件(CFD)搭建SCR反应器模型,计算反应器内气流分布及飞灰颗粒轨迹.在此基础上,采用MATLAB软件构建催化剂床层内部详细结构,并以CFD模型计算的流场及灰场为边界条件,计算空间不同区域催化剂的磨损速率.模拟结果与冷态试验及磨损抽检试验结果吻合良好.结果表明,催化剂的磨损与入口流场均呈现双峰分布,割除整流器上方三角筋能使催化剂入口速度标准偏差从23. 2%下降至10. 2%,使磨损双峰大幅降低;改造转角烟道导流板能降低贴墙气流的速度,提高颗粒分散度,使催化剂入口飞灰浓度的标准偏差从63. 4%降至55. 6%,消除了前墙附近催化剂磨损过重的现象.     

污泥-废水2相湍流与生物反应耦合模型及应用

建立污泥-废水2相湍流与生物反应动力学耦合模型,实现对反应器污水两相3维流场及浓度场的同时模拟.采用活性污泥2号模型(ASM2)描述运输方程中的反应速率项、两相流混合物模型描述活性污泥-废水2相湍流的水力特性,并纳入污泥沉降运动;通过数字粒子图像测速研究紊动条件下污泥沉降特性,对传统污泥沉降模型进行水力湍动影响修正,实测污水处理厂氧化沟流场与组分浓度以验证模型,数值模拟了不同曝气方式下氧化沟污泥-废水2相流场与水质,结果表明:流速是影响污泥沉积和水质浓度分布的主要因素,曝气方式的差异直接影响出水效果,在所研究的污水厂中采用半日间歇曝气方式运行,可提高出水效果,并降低能耗约23.84%.     

CFD技术在旋风分离器内部流场中应用的可靠性分析

简要介绍了CFD技术,并利用CFD技术对旋风分离器进行数值研究,探讨了适用于旋风分离器的计算模型,包括湍流模型的选择、多项流模型的选取以及内部空气柱的分析方法。以锥形分离器为例进行数值计算和模拟,获得了旋风分离器中内部流场的静压云图、速度云图和速度矢量图,并用模拟结果与实际情况作为参照,得出可信性分析,这在以后对于旋风分离器的优化设计及性能分析有着重要的指导意义。     

SBR反应器中好氧颗粒污泥形成过程中对氮磷的降解特性

以葡萄糖为主要碳源,采用城市污水处理厂曝气池絮状活性污泥为接种污泥,在自制的序批式反应器(sequence batch reactor,SBR)中持续培养45 d,通过提高SBR反应器中水力剪切力、增加污泥沉降速度和提高活性污泥的有机负荷等手段不断改变SBR反应器的运行条件,发现当化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)负荷为3.97 kg/(m3·d),SBR反应器中表面上升气体流速为0.021 8 m/s时,培养出的好氧颗粒污泥直径可达2～5 mm,污泥浓度值和污泥容积指数(sludge volume index,SVI)分别为4 200 mg/L和50 mL/g,SBR反应器中培养出的好氧颗粒污泥对COD,总氮(total nitrogen,TN),总磷(total phosphorus,TP)的去除率分别可达到93％,82％和82％.本实验通过对污泥颗粒化转化过程的研究表明:从絮状活性污泥向颗粒污泥转化是一种逐步形成的过程,整个45 d的培养过程可划分为4个不同阶段,即接种活性污泥微生物相互黏附阶段、细菌聚集体的稳定阶段、细菌集合体的成熟阶段和好氧颗粒污泥最终形成4个阶段.     

舱室通风管道系统数值模拟与风量分配

舱室环境需要保证较高的热舒适性,其通风管道设计较一般房间的管道设计更为严苛.针对实际舱室,参考通风管道设计规范,进行通风管道设计,并利用CFD数值模拟技术对管道内流场、管道沿程阻力以及各风口流量进行分析.依据管道数值模拟的研究,采用标准k-ε湍流模型和QUICK离散方式对通风管道进行数值模拟,结果表明:整个管道流场速度云图和矢量图显示CFD预测较为合理;在使用局部阻力装置后,送风管道管网的不平衡率在15%,以下,回风管道管网的不平衡率在10%,以下,效果较好,各个风口流量基本达到要求;CFD数值模拟可以用来辅助通风管道系统进行风量分配以达到调平的目的.     

Zn( Ⅱ) 长期作用对好氧颗粒污泥基本性能与污染物去除功效的影响

采用SBR反应器,系统地研究不同质量浓度Zn(Ⅱ)长期作用对好氧颗粒污泥基本性能和污染物去除功效的影响。试验结果表明:当ρ(Zn(Ⅱ))≤5 mg/L时,Zn(Ⅱ)对好氧颗粒污泥基本性能与污染物去除功效影响较小;当ρ(Zn(Ⅱ))≥10 mg/L时,Zn(Ⅱ)会导致好氧颗粒污染物去除功效降低,混合液悬浮固体(MLSS)质量浓度、沉降速率、污泥粒径与结构发生改变。10 mg/L以上的Zn(Ⅱ)长期作用会导致污泥粒径变小,结构松散,进而导致污泥沉降性能变差,最终引起ρ(MLSS)下降。Zn(Ⅱ)作用76 d后,投加10 mg/L和15 mg/L Zn(Ⅱ)的反应器内NH+4-N、COD去除率分别减低为84.3%和75.1%、90.1%和85.7%;ρ(MLSS)分别降至3 658 mg/L和3 225 mg/L;SVI分别升高至94 m L/g和99 m L/g;颗粒污泥的平均粒径分别降至0.58 mm和0.37 mm,部分颗粒污泥解体。     

水力旋流器内部流场模拟分析与PIV验证

以直径为140mm水力旋流器作为研究对象,采用计算流体力学(CFD)技术对旋流器内部流场进行数值模拟,并对所建立的模型进行激光粒子图像测速(PIV)实验验证。基于数值模拟和实验结果,分析了旋流器内部压力、切向速度、轴向速度和径向速度的分布。利用PIV技术对旋流器内部流场进行测量,考察了不同入口速度下旋流器圆柱段区域瞬态速度场。通过对比数值计算与测试结果表明:CFD模拟可以有效预测水力旋流器内部流场分布,帮助探索旋流器内的流动状态和分离机理;利用PIV技术测量旋流器内部流动特性和速度分布,其测量结果与CFD计算结果吻合良好,验证了数值模型的准确性。     

微压内循环反应器的CFD模拟与试验研究

针对微压内循环反应器0.8m×0.1m×1.2m试验模型装置的内部气液两相流进行计算流体动力学(CFD)二维模拟和试验研究,结果表明:模拟结果与试验结果相符,总体的流速误差<±20%,中间区域的流速误差<±10%,检验了CFD模型。通过流速分布规律研究,从流体动力学角度初步分析了该反应器分区垂向循环流动特征,垂向循环流促进反应器底部产生较高的水平流速,从而有效地减小死区,提高反应器的容积利用率。     

低有机负荷率下聚磷好氧颗粒污泥的培养

采用序批式反应器(SBR)反应器,按照强化生物除磷工艺(EBPR)的运行方式,考察了低有机负荷率下培养聚磷好氧颗粒污泥的可行性,并对形成颗粒的特性以及关键培养技术进行了评价.SBR反应器在启动后6个星期内基本达到稳定,形成的聚磷好氧颗粒污泥主要由表面紧密缠绕的丝状菌和内部紧凑排列的短杆状细菌组成,颗粒内富集了大量的聚磷菌,污泥含磷量高达7.05%,能够达到非常好的除磷效果,总磷去除率高于90%,同时具有紧凑密实的结构和良好的沉降性能,平均粒径为940.17,μm,平均密度为1.048,g/cm3,SVI为22.02,mL/g.实验结果表明,低有机负荷率有利于富集聚磷菌和增强颗粒稳定性,是培养聚磷好氧颗粒污泥的关键控制参数.     

H-A-O工艺强化脱氮及系统内污泥减量的研究

为提高生活污水传统处理工艺反硝化脱氮能力并在系统内部实现污泥减量,设计水解酸化-缺氧-好氧(H-A-O)生物脱氮及污泥减量组合工艺。试验采用连续运行方式,以实际生活污水为对象,进水化学需氧量(COD)为220～410 mg/L,进水NH4+-N质量浓度为36～58 mg/L,硝化液回流比(r)为300％。试验结果表明：水解酸化作用使原水的可生化性提高60％;系统在无外加碳源和碱度条件下,COD,NH14+-N和TN的去除率分别达到90％,95％和74％,其中总氮(TN)去除效果提高12％;当以污泥水解酸化出水和生活污水作为反硝化碳源时,最大NO3--N反硝化速率分别为0.75 mg/min和0.66 mg/min;H-A-O系统利用水解酸化作用实现剩余污泥减量为37％,同时提高系统的脱氮效果。     

深水造流系统的垂向剖面流预报与流场特性分析

采用CFD方法通过求解N-S方程和k-ω湍流模型对深水造流系统进行了时域数值模拟.为了研究深水试验池内垂向剖面流的分布,揭示海洋深水造流系统的流场特性,建立了造流系统的三维数值模型.采用多块结构化网格对计算区域进行离散.廊道与深水池之间生成非匹配的网格,并通过交界面的方式连接.同时对深水试验区域进行实测试验.对比分析表明,计算值与实测值吻合较好,利用CFD方法模拟造流系统是可行的;试验区域水流均匀,基本不存在横向速度,垂向剖面流满足试验要求,该造流系统性能良好.对整流器、进出水廊道、导流隔墙等周围的流场分布进行了数值预报,为今后进一步研究深水造流系统的流场特性、有效控制水池内的流速、提高造流系统的效率和有流工况下模型试验的精确度提供了参考.     

应用螺蛳进行污泥减量处理

选用螺蛳为模拟实验生物, 利用其摄食污泥的特性, 考察了不同环境条件下的摄食率及污泥减量效果, 从而实现污泥减量化的目的. 结果表明, 螺蛳的污泥减量速率随投放量和初始混合液悬浮固体浓度(mixed liquid suspended solids, MLSS)的升高而呈上升趋势. 通过模拟不同生存环境(高氧、低氧)的实验对比表明, 在溶解氧(dissolved oxygen, DO)充足的条件下螺蛳具有良好的污泥减量效果. 螺蛳对MLSS、混合液挥发性悬浮固体浓度(mixed liquor volatile suspended solids, MLVSS)的去除率可分别达到40.01%, 47.54%, 符合污泥稳定化的要求.     

缩放型喷嘴产生的空化射流流场数值模拟

应用Standard k-ε,RNG k-ε和Standard k-ω湍流模型对缩放型喷嘴内部湍流流场进行数值模拟,结合理论及质量流量测试试验对数值模拟结果进行对比验证.结果表明:RNG k-ε湍流模型最适合用于数值模拟缩放型喷嘴内部的湍流流场;RNG k-ε湍流模型数值模拟结果显示缩放型喷嘴收缩角使喷嘴喉管部产生了低压场,压差的产生使水射流的空化效果得到了提高.