| 题名 | 计算流体力学及氧传质模型耦合对一体化A2 /O-MBR的模拟与优化 |
| 作者 | 袁星 |
| 答辩日期 | 2015-05 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 樊耀波 |
| 关键词 | 一体式 A2/o-mbr 计算流体力学 结构优化 氧传质 溶解氧分布 a 2/o-mbr Computational Fluid Dynamics (Cfd) Structure Optimization Oxygen Mass Transfer Model Distribution Of Dissolved Oxygen (Do) |
| 其他题名 | Simulation and Optimization of A2 /O – MBR Using Computational Fluid Dynamics Coupled with Oxygen Mass Transfer Model |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 英文摘要 | A2/O-MBR工艺，因其具有脱氮除磷效率高、出水水质好、占地面积少等优点，在污水资源化方面越来越受到关注，目前已有数座万吨级A2/O-MBR应用于实际污水的处理中。但其仍然存在着工艺流程长、能耗高等缺点，阻碍着其进一步的推广应用。为了更加节能和结构优化，本课题组构建了一种一体化 A2/O-MBR反应器装置，并对其曝气能耗进行了研究，发现其在低曝气量条件下运行可行。但由于该反应器是在膜池好氧曝气条件下，利用膜池气升动力推动反应器各单元的水力循环，在好氧、缺氧、厌氧各单元中能否建立需求的 DO浓度数值范围，对一体化A2/O-MBR反应器工艺的实现至关重要，因此在探索一体化A2/O-MBR内部流场特性的同时，需要了解其 DO的分布特征，这对考察和控制A2/O-MBR运行条件，确立合理优化的运行参数有重要的实际意义。 为此，本研究基于计算流体力学方法，将氧传质模型与计算流体力学模型耦合，并将其应用于对一体化A2/O-MBR流场及DO分布的研究，并对一体化A2/O-MBR进行了结构优化。取得主要结果如下： 1）一体化A2/O-MBR反应器的结构优化： a)两侧回流孔的直径对中间升流区（膜区和好氧区）速度及膜面剪切力分布没有明显的影响，而对外侧降流区（缺氧及厌氧区）的流场有较大的影响，其中回流孔直径为 10mm情况下，外侧区域流速较低，而中间升流区流场混合程度较高。 b)导流板高度对膜区的速度及膜面剪切力大小与分布有较大的影响，保持导流板顶部与膜片顶部平齐，发现在导流板底部距反应器底部高度为 110mm时，其相应的膜区速度与膜面剪切力的大小及分布都较好。 c)曝气管数对膜区流场分布有较大影响，其中在 5根曝气管情况下，其平均膜面剪切力及速度分布较为均匀，且数值也相对较大，对膜区的冲刷效果较好。 d)曝气管布置对反应器内流场和膜面剪切力也有较大影响。从膜面剪切力及膜区速度分布来看，平行布置（曝气管与膜元件平行布置）的均匀性都较好。 2）CFD-DO模型耦合及模拟： a)在30、60、90、120 L/min四种曝气强度情况下，反应器中均出现了在中间升流区为好氧区，DO浓度较高，如4mg/L；在外侧降流区较低，且在降流区中上部形成缺氧区（DO<0.5mg/L）和底部形成厌氧区（DO<0.1mg/L）的特征；即在该反应器中可以实现一体化A2/O-MBR的DO浓度分布，利于脱氮除磷功能的实现。 b)在该种一体化A2/O-MBR反应器中，较低的曝气量强度不仅更易于厌氧-缺氧-好氧及硝化反硝化条件的形成，而且还利于降低MBR的运行能耗，利于高效低耗污水处理和资源化生物反应器的建立。 c)在一体化A2/O-MBR中污泥粘度对DO浓度分布存在一定影响，随着污泥粘度的增大，DO浓度降低，但污泥粘度对流场影响不明显。 d)气泡直径对DO分布存在明显影响，气泡直径的增大会导致反应器中DO浓度的明显降低，会导致膜面剪切力的升高。结果表明，存在一个适宜的气泡直径或范围，其可以产生较满意的膜面剪切力也利于反应器厌氧-缺氧-好氧条件的建立。将本研究的 CFD-DO耦合模拟平台应用于实际一体化A2/O-MBR中试装置的模拟，将模拟结果与实验结果校核验证，结果表明：该 CFD-DO耦合模拟平台可行，模拟结果具有较好的可靠性和可信度，可供 MBR特别是一体化 A2/O-MBR研究、设计和工程化应用参考。 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/34459]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_水污染控制实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 袁星. 计算流体力学及氧传质模型耦合对一体化A2 /O-MBR的模拟与优化[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015. |
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