臭氧接触池优化集成研究

论文摘要

普通的消毒剂如氯等,对两虫(隐孢子虫和贾第虫)的灭活效率低,而臭氧对两虫具有良好的灭活效果,因此臭氧化工艺在国内外得到了广泛的应用。但是臭氧在处理含溴的水源时容易产生具有致癌性质的溴酸盐。细菌的灭活效率与CT值成正比,臭氧接触池的设计对于保证消毒效果具有重要意义。臭氧接触池设计不合理容易导致接触池内水力效率低下,臭氧浓度分布不均匀。针对以上问题,本文先以鼓泡塔为研究对象,将鼓泡塔内的水力流态、臭氧传质和衰减动力学进行耦合,利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)对鼓泡塔内的臭氧气液传值过程进行全流场模拟,建立鼓泡塔内的臭氧传质衰减模型。实验验证结果表明鼓泡塔内的臭氧传质衰减模型能够正确反映鼓泡塔内臭氧浓度分布规律,为其运用到接触池中提供了依据。通过将该模型运用到臭氧接触池中,本文从臭氧浓度分布和CT值角度重新分析了以T10/HRT为指标提出的接触池优化方案的可行性,为优化接触池池型结构提供了相应的依据。研究结果表明接触池内增加导流板和横挡板的优化方案均能对接触池起到优化作用,该点结论与水力效率模拟得出的结论相同。采用导流板和横挡板后,接触池出水CT值相对于未优化而言分别提高了9.4%、36.1%,横挡板的优化效果要优于导流板;同时采用这两种优化方案时出水CT值仅提高了27.9%;横挡板的安放位置影响着接触池的优化效果,横挡板距离池底2.5m时的方案优于横挡板距离池底2.0m和3.0m时的方案。最后,结合本课题的研究结果和国外新型臭氧接触池构造,本文提出了新的接触池池型结构,并对其内部流场开展了模拟。新型臭氧接触装置的模拟结果表明接触池内速度分布非常均匀,T10/HRT达到0.83,水力效率得到了大幅度的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 臭氧消毒在饮用水中的作用
• 1.2.1 臭氧消毒机理
• 1.2.2 消毒副产物
• 1.3 臭氧接触池研究及其优化方法
• 1.3.1 臭氧接触池设计现状
• 1.3.2 臭氧接触池优化研究
• 1.4 研究内容和技术路线
• 第2章 鼓泡塔中臭氧传质衰减模型的建立
• 2.1 鼓泡塔内流态模拟方法
• 2.1.1 鼓泡塔内流态分析
• 2.1.2 鼓泡塔模拟方法选择
• 2.2 鼓泡塔内气泡运动分析
• 2.2.1 气泡大小选择
• 2.2.2 气泡受力分析
• 2.3 鼓泡塔内气液传质作用
• 2.3.1 臭氧传质过程分析
• 2.3.2 臭氧衰减过程分析
• 2.4 鼓泡塔内臭氧气液传质模型的建立
• 2.4.1 鼓泡塔物理模型
• 2.4.2 网格划分
• 2.4.3 边界条件设置
• 2.4.4 模拟结果
• 2.4.5 模拟结果验证
• 2.5 小结
• 第3章 臭氧接触池基于 CT 值的优化研究
• 3.1 臭氧接触池的优化方案
• 3.2 接触池内臭氧浓度分布模拟
• 3.2.1 接触池的尺寸及网格划分
• 3.2.2 模拟参数设置
• 3.2.3 模拟结果
• 3.3 模拟结果分析与讨论
• 3.3.1 两种优化方案综合研究
• 3.3.2 横挡板进一步优化研究
• 3.4 小结
• 第4章 新型臭氧接触池开发
• 4.1 预混合臭氧接触池设想
• 4.2 预混合曝气方式的可行性研究
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 实验验证
• 4.3 新型臭氧接触池的设计及模拟
• 4.3.1 新型臭氧接触池的设计
• 4.3.2 新型臭氧接触池的模拟
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢