Carrousel氧化沟的流动特性研究

采用颗粒动态分析仪（PDA）对倒伞形表面曝气机曝气的Carrousel小试氧化沟进行测试，得出了氧化沟内较系统的流动特性参数。比较了固液两相在氧化沟内流动的差别，发现固液两相流动速度差别较小，由于惯性的影响，固相的沉降速度略大于液相。考察了表曝机的转速、表曝机相对于液面的位置、氧化沟的深度等因素对氧化沟内流动的影响，随着表曝机转速的增大和表曝机浸入液面深度的增加，流动速度和沉降速度均会增大，而氧化沟深度增加时，距离液面同一深度处的速度则会减小。实验结果与污水处理厂的实际情形进行比较发现，二者变化趋势一致，说明本实验结果可用于指导工程实际，为氧化沟的优化设计提供依据。     

曝气条件下应用型氧化沟内混合液流态测试及分析

从氧化沟的水力特性入手,实测并分析了混合液在应用型氧化沟内的流态分布特点。结果表明,在曝气机不同的旋转条件下,混合液液流在氧化沟内的流态分布规律具有较高的相似性,上部液流经曝气机加速作用,流速在短时间内急剧增加,而下部液流速度变化不明显,液流随之在沟体内进行流速均布,在返回第一直道时不同水深和内外侧流速已基本达到一致;混合液液流除了受到曝气机的推动力作用外,还受到沟体沿程阻力及弯道局部阻力的作用,导流板对混合液流态也产生了影响;在1.56m水位、120r/min逆时针转动条件下,第一直道末端下部液层内侧与中侧的流速较低,成为沟底污泥淤积的危险区;当转速为100r/min时,能保证氧化沟底混合液流速不小于0.15m/s;在1.56m水位、80r/min顺时针转动条件下,能保证氧化沟底混合液流速不小于0.15m/s。在实际运行中,只有将曝气设备调节到适合的转速才能有效防止污泥在氧化沟沟底沉积。同时,在保证沟底混合液流速满足要求时,为节省动能损耗,还应选择较低的曝气机转速。     

污水厂Carrousel氧化沟溶解氧和速度分布的研究

对长沙某污水处理厂的Carrousel氧化沟进行现场测试，获得不同截面的溶解氧和速度的数据，探讨了表曝机台数、沟深、沟的长宽比、进出水位置对溶解氧和速度的影响。初步掌握了该Carrousel氧化沟内溶解氧和速度的变化规律，认为通过调节倒伞形表面曝气机，可以在沟内不同区段创造好氧与缺氧的环境，为最终实现同步硝化反硝化的高效运行做准备。     

卡鲁塞尔氧化沟反应器两相流PIV图像处理研究及实验分析

在单相数字粒子图像测速度(PIV)技术的基础上,研究了PIV两相流动的测试及图像处理方法.利用数学形态学的原理以及互相关法,对两相粒子图像进行标定、识别、区分和流场分析,编辑了相应的软件.并采用此技术对卡鲁塞尔氧化沟模型直道及弯道段二维液固两相流速进行测量,克服了传统点测量方法无法获取全场流动同步信息的缺陷,较好地反映了不同位置处固液流动分布的基本特性.结果表明,沟内径向流速远小于轴向,流速大小相差约一个数量级;同一断面上轴向流动分布是决定水力特性的主要因素;径向流速和水体动能是决定污泥沉积位置的主要因数,固相总体流速小于液相.     

深水型表面曝气机的模拟计算与构型比较

为了加深氧化沟深度、减少其占地面积、节省污水厂建设投资,研究开发深水型表面曝气机成为氧化沟工艺的一个重要课题.由于上述原因,应用流体力学计算软件Fluent对3种深水型曝气机叶轮的构型进行了模拟计算,并从搅拌深度、推流效果和所需功率等方面对3种叶轮构型进行了比较.又以小试实验进行了初步的验证,证明模拟计算的结果是可靠的.流体力学数值模拟由于其简单易行、成本低、周期短等特点,作为曝气机设计研究的辅助工具可以发挥作用.     

气升式反应器气液两相流流态特性模拟

为了研究曝气强度对气升式反应器内气液两相流特性的影响，组合多相流Eulerian—Eulerian模型和液相Standardk-ε湍流模型，运用Fluent软件建立了气升式反应器内气液两相流的三维非稳态数值模拟。在曝气管布局方式一定的情况下，模拟计算获得了反应器内x轴截面处不同径向位置的气含率、液速分布情况，计算结果表明，在本文研究的曝气强度范围内，气含率随着曝气强度增加而增加，越靠近曝气池底部，升流区局部气含率越高，且气含率值波动较大；随着曝气强度的增加，曝气孔附近液速增加较明显，但随着气液两相流的上升，液速增加幅度降低；同时采用粒子图像测速（PIV）技术对液相速度进行了实验研究，实验结果与模拟结果吻合性较好。     

曝气条件对浸没式膜生物反应器内流场的影响

为深入研究流场动力学特性对浸没式膜生物反应器系统内膜面污染的控制,应用fluent软件对浸没式膜生物反应器内气液两相流动进行了三维数值模拟研究。采用标准k-ε湍流模型和欧拉多相流模型,考察了改变曝气条件对膜面气液速度场及气含率分布的影响。模拟结果表明,在相同曝气强度下,1 mm曝气孔径下膜面气液两相的速度增加较孔径2mm、3 mm的快;曝气孔径为1 mm时,膜面的液相速度随着曝气强度的增加逐渐增大;曝气孔径为1 mm时,曝气量为5.5m3/h所形成的漩涡区较大,膜面气含率值较高且分布较均匀,气液两相接触面积较大,膜面冲刷效果较好;模拟观察到反应器底部靠近壁面局部气含率较低,不利于活性污泥中微生物的生长,需要进一步优化曝气和反应器结构。     

SMBR内气液两相流三维CFD模拟

应用CFD软件Fluent对浸没式膜生物反应器(submerged membrane bioreactor,SMBR)内气液两相流进行数值模拟研究,重点考查曝气系统的改变对气液两相流态的影响,并结合PIV实验验证模拟结果,从而为反应器的优化设计及膜污染的控制提供理论依据。模拟结果表明,SMBR内曝气强化了气液两相紊动,膜表面液相速度沿反应器高度增加且形成循环流动,有利于膜面污染物的脱落;反应器内气含率分布不均匀,出现死区,不利于微生物的生长;经实验验证,模拟结果吻合良好。     

臭氧接触反应器气液两相流数字图像处理方法与实验分析

在单相数字粒子图像测速度(PIV)技术的基础上,研究气液两相流动的PIV图像处理方法,采用数字掩模技术对不同相的流动信息进行标记、识别、提取与计算,编辑了相应的软件.运用改进后的PIV方法对臭氧接触反应器中气-液体两相流动进行了测试与分析.结果表明,臭氧接触反应器中液相轴向流速分布是决定反应器内水力特性的主导因素;进气流量直接影响反应器内液气两相的流速分布;随进气流量的提高,液气两相的轴向速度和横向速度均增大,同时反应器流动结构与流程分布会发生较大变化.     

含油污泥离心脱水中离心机参数的选择

通过对含油污泥离心脱水的批量处理和连续处理的研究,取得了含油污泥水固两相离心分离的满意效果.实验表明,适宜的操作参数可提高离心脱水效果.对LWD-430卧式螺旋离心机,当离心速度在1200～1400r/min之间,处理量在1～3 m3/h之间,差转速(转鼓与螺旋推料器的转速差)为20r/min时,离心液体积和COD均达到最佳状况.离心速度过高,会使絮体中的油离解出来,从而使离心液COD增加.差转速增加能明显改善"三泥"的离心脱水效果.     

几种倒伞型表面曝气机的充氧性能

对安徽某科技公司产自行研究的几种倒伞型表面曝气器的充氧性能进行模拟比较研究,利用合肥某氧化沟装置在清水条件下对各叶轮的氧总转移系数KLa、理论充氧能力qc、理论动力效率E及水体流速v进行了测试,对比分析了叶片安装角度、片数及叶片设计对充氧能力的影响。结果表明,叶片导流辐板斜角设计对充氧效率影响最大,是叶轮性能提升最关键因素。     

Carrousel氧化沟的三维流场模拟与分析

利用CFD的Fluent软件，采用标准的三维K—ε紊流模型，对桂林市七里店污水处理厂1#氧化沟的流场进行了数值模拟，对导流墙和推进器附近的流速进行了计算分析。结果表明，氧化沟下层流速较低，局部区域流速低于0．2m／s。为了防止污泥沉降，应进一步降低推进器位置。能量损失分析表明，卡罗塞氧化沟能量损失主要来源于沿程摩擦损失和局部损失。可通过增加墙体光滑度、降低入口高度以及增加导流墙的曲率半径等措施减少能量损失，改善现有氧化沟的水力特征。     

污水处理厂脱氮效果及相关参数的分析

通过对长沙某污水处理厂进行24 h水质、水量的监测,分析了其Carrousel氧化沟处理污水的特点.从脱氮的原理出发,结合流速、溶解氧等运行参数的考察,发现造成脱氮效果不好的主要原因是沟内缺少厌氧区段,提出改进措施,从宏观改善流体的流动人手,以达到调控溶解氧传递的目的,既而促进微观的硝化与反硝化反应,提高污水处理效果.     

A2O氧化沟缺氧区三维流场模拟及结构形式优化

以FLUENT软件为工具,选用三维RNG k-ε紊流数学模型对重庆井口污水厂A2O氧化沟缺氧区内的流场进行模拟,分析了缺氧区内流场分布不均匀及沉泥的原因,提出了水下推进器的合理设置位置与导流墙的合理设置方式,并对优化后的缺氧区进行了模拟计算。通过优化后模拟的结果可见,在相同的功率密度下,缺氧区内的流场得到了较均匀的分布,流速从原来的0.131 m/s提升到0.204 m/s,减少了能量的损失。底部的流速也从原来的0.140 m/s提升到0.226 m/s,有效的防止或减少了沟中的污泥沉积。优化的结果对实际工程的设计也有一定的指导意义。     

A2O氧化沟缺氧区三维流场模拟及结构形式优化

以FLUENT软件为工具，选用三维RNG k-ε紊流数学模型对重庆井口污水厂A²O氧化沟缺氧区内的流场进行模拟，分析了缺氧区内流场分布不均匀及沉泥的原因，提出了水下推进器的合理设置位置与导流墙的合理设置方式，并对优化后的缺氧区进行了模拟计算。通过优化后模拟的结果可见，在相同的功率密度下，缺氧区内的流场得到了较均匀的分布，流速从原来的0.131 m/s提升到0.204 m/s，减少了能量的损失。底部的流速也从原来的0.140 m/s提升到0.226 m/s，有效的防止或减少了沟中的污泥沉积。优化的结果对实际工程的设计也有一定的指导意义。     

Application of computational fluid dynamics to closed-loop bioreactors: I. Characterization and simulation of fluid-flow pattern and oxygen transfer.

A full-scale, closed-loop bioreactor (Orbal oxidation ditch, Envirex brand technologies, Siemens, Waukesha, Wisconsin), previously examined for simultaneous biological nutrient removal (SBNR), was further evaluated using computational fluid dynamics (CFD). A CFD model was developed first by imparting the known momentum (calculated by tank fluid velocity and mass flowrate) to the fluid at the aeration disc region. Oxygen source (aeration) and sink (consumption) terms were introduced, and statistical analysis was applied to the CFD simulation results. The CFD model was validated with field data obtained from a test tank and a full-scale tank. The results indicated that CFD could predict the mixing pattern in closed-loop bioreactors. This enables visualization of the flow pattern, both with regard to flow velocity and dissolved-oxygen-distribution profiles. The velocity and oxygen-distribution gradients suggested that the flow patterns produced by directional aeration in closed-loop bioreactors created a heterogeneous environment that can result in dissolved oxygen variations throughout the bioreactor. Distinct anaerobic zones on a macroenvironment scale were not observed, but it is clear that, when flow passed around curves, a secondary spiral flow was generated. This second current, along with the main recirculation flow, could create alternating anaerobic and aerobic conditions vertically and horizontally, which would allow SBNR to occur. Reliable SBNR performance in Orbal oxidation ditches may be a result, at least in part, of such a spatially varying environment.     

利用太阳能驱动的一体化氧化沟的运行方式

污水处理的高能耗和新能源利用已引起人们的关注,本文根据太阳光照强度的周期变化和农村污水昼夜排放量悬殊的特征,提出了一种新型的利用无蓄电池太阳能光伏系统驱动的污水生物处理系统,可有效降低太阳能光伏系统的成本。生物反应器是一个双沟式一体化氧化沟。按照启动的用电设备的数量,一体化氧化沟具有5种运行方式。在不同的运行方式下,一体化氧化沟的内沟和外沟具有不同的功能,其中运行方式3到运行方式5对污染物去除效率最高。采用阶梯型电量输出模式,可以充分利用太阳能,并保障一体化氧化沟的高效运行时间。在160 d的连续运行实验中,COD、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为87.8%、98.4%、68.7%和80.3%。证明无蓄电池太阳能光伏系统驱动污水生物反应器处理农村分散污水是可行的。     

卡鲁塞尔氧化沟流速与水质组分分布的现场测试

通过实测卡鲁塞尔氧化沟不同位置处流速与水质组分，分析了流速对沟内污泥、溶解氧浓度的影响以及溶解性组分的微生物转化规律。结果表明，溶解氧与流速呈正相关、污泥浓度（MLSS）与流速呈负相关；水质组分在沟中不同区段呈现出各自特点，反映了COD、氨和磷酸盐的生物转化历程；流速也是影响溶解性组分混合的重要因素，改善进水口附近混合液的流场，提高局部流速有利于缩短进水组分均布的距离。