改良型Carrousel 2000氧化沟调控模式的流态特性及强化脱氮研究

论文摘要

氧化沟工艺具有管理方便、运行成本较低等优点,近年来在我国污水处理（尤其是三峡库区）中得到越来越多的应用。该工艺采用同步硝化反硝化脱氮技术,是一种经济高效的生物脱氮处理工艺。改良型Carrousel 2000氧化沟工艺是在Carrousel 2000氧化沟工艺前端前置了厌氧区和缺氧区,更能保证其脱氮除磷的效果。通过对重庆井口污水处理厂2009年的进、出水质进行分析,发现存在以下问题:在常规运行模式下,系统对CODcr、BOD5、NH3-N、TP去除率效果较好;但是,由于同时开启5个转盘,氧化沟主沟内溶解氧过高,出现系统硝化过度,反硝化较弱的情况,使低温期出水TN有超标的现象。系统中MLSS过高,出水有SS超标的现象。并且处理吨污水的平均电耗较大,在0.31kW·h左右。为解决以上问题,本试验进行了改良型Carrousel 2000氧化沟流体力学特性及优化运行模式、强化脱氮的生产性试验研究。本试验在开启不同曝气转盘和水下推进器工况下对氧化沟内流速进行了测试,得出了其在各运行工况下的流速分布规律。确定了工况二（开启三台曝气转盘（A、C、D）和两台推进器（X、Y））和工况三（开启四台曝气转盘（B、C、D、E）和两台推进器（X、Y））为相对较优工况。其中工况二功率密度18.87W/m3,平均流速为0.124m/s,上部流速0.115 m/s,中部流速0.106m/s,下部流速0.150m/s;工况三功率密度24.38W/m3,平均流速为0.140m/s,上部流速0.127 m/s,中部流速0.122m/s,下部流速0.172m/s。本文利用针对旋流和带有弯道壁面流动进行改进的RNG k -ε湍流模型对工况二和工况三的流速场进行了模拟,并针对几个低速区,对水下推进器及曝气转盘的安装位置进行了优化,优化后结果表明,氧化沟的流态分布得到了改善,底部积泥有所减少。在流态特性研究的基础上,通过对改良型Carrousel 2000氧化沟在工况二和工况三运行条件下溶解氧分布、污泥浓度分布、溶解性组分分布情况的测试,得出了水质组分和溶解氧在沟中不同段呈现各自特点,可以反映CODCr、TN和氨氮的生物转化历程,可对沟内生物反应功能区进行划分。工况二污泥浓度分布较均匀,内沟溶解氧较低,外沟溶解氧较高,TN和氨氮的浓度有沿程降低的趋势,说明在氧化沟内发生了同时硝化反硝化,形成了一个多级AO串联的模式,利于脱氮。工况三污泥浓度分布比工况二均匀,但是工况三溶解氧太高,下部都在2.5mg/L以上,使氧化沟完全变成了一个好氧区,TN和硝态氮的浓度在氧化沟内基本没有变化。最后,针对改良型Carrousel 2000氧化沟的工艺特点,提出了优化的强化脱氮和能量配置最佳运行模式,即工况二。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 我国水环境污染及治理现状
• 1.2 氧化沟工艺研究进展
• 1.2.1 氧化沟的基本原理及特点
• 1.2.3 氧化沟的类型
• 1.2.4 氧化沟工艺的未来发展方向
• 1.3 氧化沟流态研究现状
• 1.4 生物脱氮技术的研究现状
• 1.4.1 传统生物脱氮
• 1.4.2 短程硝化反硝化
• 1.4.3 同时硝化反硝化
• 1.5 课题的提出、研究目的和主要内容
• 1.5.1 课题的提出和研究目的
• 1.5.2 课题的研究内容
• 1.5.3 课题来源
• 2 污水处理厂概况及常规运行模式效能分析
• 2.1 井口污水处理厂简介
• 2.2 井口污水处理厂工艺概况
• 2.2.1 工艺流程
• 2.2.2 工艺单元概述
• 2.3 设计进出水水质
• 2.4 污水处理厂常规运行模式的效能研究
• 2.4.1 实际进水水质
• 2.4.2 运行效果分析
• 2.5 本章小结
• 3 试验方案
• 3.1 试验测试工况
• 3.2 试验测试断面
• 3.3 监测项目及方法
• 4 氧化沟流态特性试验研究
• 4.1 氧化沟的水头损失
• 4.2 氧化沟流速分布测试研究
• 4.2.1 工况一流速分布测试及分析
• 4.2.2 工况二流速分布测试及分析
• 4.2.3 工况三流速分布测试及分析
• 4.2.4 工况四流速分布测试及分析
• 4.3 本章小结
• 5 氧化沟流场三维数值模拟及配置优化
• 5.1 计算流体力学概述
• 5.2 三维湍流模型的选择
• 5.3 模型应用
• 5.3.1 模型简化
• 5.3.2 计算域
• 5.3.3 边界条件
• 5.3.4 计算网格的划分
• 5.4 模拟结果及分析
• 5.5 优化后流态模拟预测
• 5.5.1 结构形式优化
• 5.5.2 模拟预测结果与分析
• 5.6 本章小结
• 6 氧化沟强化脱氮试验研究
• 6.1 氧化沟溶解氧空间分布测试及分析
• 6.1.1 工况二溶解氧的空间分布测试及分析
• 6.1.2 工况三溶解氧分布测试及分析
• 6.2 不同工况污泥浓度分布测试及分析
• 6.2.1 工况二污泥浓度分布测试及分析
• 6.2.2 工况三污泥浓度分布测试及分析
• 6.3 氧化沟不同工况溶解性组分分布
• 6.3.1 工况二溶解性组分分布情况
• 6.3.2 工况三溶解性组分分布情况
• 6.4 本章小结
• 7 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目目录