曝气生物滤池中曝气方式对污水处理效率的影响研究

论文摘要

曝气生物滤池(BAF)工艺是一种新型的污水处理工艺,国内外学者对曝气生物滤池的研究在曝气生物滤池的影响因素如水温、水质、pH值等方面取得了一定的进展和共识,但有关曝气生物滤池中气液两相流的运动机理等方面的问题还有待进一步研究现阶段由于技术条件的限制都未能全面阐述与气液两相流运动有关的溶解氧的分布规律,在曝气生物滤池的实际应用中需要这方面的理论指导,因此实验研究和测量气液两相流场非常重要。本文从两相流的主要参数测量入手,采用数值模拟及实际的污水处理实验相结合的方法研究曝气生物滤池中不同曝气方式对生活污水处理效率的影响。数值模拟的结果得到了不同曝气方式下气液两相流的流场及两相流中气液两相的分布情况。本文设计了一套曝气生物滤池的实验模型装置,采用粒子图像测速技术对装置中不同状态的流场进行了测量,获得了不同流动状态下装置中的气泡平均速度。再利用所得的气泡速度及已知的参数作为边界条件,模拟得到不同曝气条件下的气液两相流速分布。将模拟的各种曝气状态应用到实际的污水处理中,在固定的时间点测定处理中的污水的COD指标,验证数值模拟的结论。实验最终得出几种曝气方式中的最优形式,为曝气生物滤池实际应用中曝气方式的确定提供理论依据。本文得到结论主要有:(1)研究两相流运动特征可以从实验研究两相流主要参数入手,采用粒子图像测速技术可得到具体的参数值,为数值模拟提供边界条件。(2)FLUENT软件模拟出不同状态下的气液两相流场,分析模拟结果得出的结论与实际的实验一致。(3)对于曝气孔径、气流速度、水深纵横比三种因素,改变其中任一种因素都会引起流场中的气泡体积、气相分布等的变化。(4)在本实验条件下,当水深纵横比h/w=1,曝气孔径最小d=0.6mm,气流速度最大v=0.3m/s,模拟的气液两相流场中气相分布最均匀,两相流紊动强度较大,气液混合最充分,曝气方式为最优。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 水资源及水环境现状
• 1.1.2 污水回用现状
• 1.1.3 曝气生物滤池技术开发背景
• 1.2 研究的目的及意义
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 曝气生物滤池及气液两相流研究现状
• 2.1 曝气生物滤池技术概述
• 2.1.1 曝气生物滤池的原理及发展应用
• 2.1.2 曝气生物滤池的基本形式
• 2.1.3 曝气生物滤池研究现状
• 2.2 气液两相流研究综述
• 2.2.1 两相流定义及实例
• 2.2.2 两相流及气液两相流研究进展
• 2.2.3 气液两相流研究方法
• 3 曝气生物滤池中气液两相流的实验研究
• 3.1 气液两相流主要参数及检测技术
• 3.1.1 两相流主要参数
• 3.1.2 两相流参数检测技术的研究现状
• 3.1.3 粒子图像测速法（PIV）的原理及优点
• 3.2 气液两相流实验研究
• 3.2.1 实验设备简介
• 3.2.2 影响实验结果的因素
• 3.2.3 初始实验条件
• 3.2.4 实验步骤
• 3.2.5 实验结果
• 4 曝气生物滤池中气液两相流的数值模拟
• 4.1 fluent模拟软件简介
• 4.1.1 GAMBIT前处理软件
• 4.1.2 FLUENT求解器
• 4.2 多相流模型及湍流模型的选择
• 4.2.1 多相流模型的选择
• 4.2.2 湍流模型的选择
• 4.3 计算模型的建立及网格划分
• 4.3.1 湍流模型（标准k-e模型）
• 4.3.2 多相流混合模型
• 4.3.3 网格划分
• 4.4 不同条件下曝气生物滤池内的气液两相流
• 4.4.1 矩形实验装置与圆柱形实验装置中气液两相流
• 4.4.2 圆柱形实验装置中改变孔径及流速的气液两相流场
• 5 曝气方式对污水处理效率影响的实验研究
• 5.1 实验装置
• 5.2 影响污水处理效率因素的确定
• 5.3 实验条件及影响因素的处理
• 5.3.1 初始实验条件
• 5.3.2 影响因素处理方法
• 5.4 实验步骤
• 5.4.1 实验装置连接及取样
• 5.4.2 水样COD指标的测定
• 5.5 实验结果分析
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录