MABR內(nèi)流場(chǎng)對(duì)生物膜性能的影響及反應(yīng)器優(yōu)化研究.pdf

1、本文基于計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的方法對(duì)膜曝氣生物膜反應(yīng)器(MABR)內(nèi)流場(chǎng)流態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，分析反應(yīng)器構(gòu)造形式對(duì)反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)及傳質(zhì)過程的影響;其次考察工藝參數(shù)對(duì)反應(yīng)器同步除碳脫氮性能的影響，優(yōu)化操作條件進(jìn)一步提升反應(yīng)器的脫氮性能;最后研究了反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)特性對(duì)MABR生物膜的影響，為MABR的實(shí)際應(yīng)用提供理論支持。
　　首先考察反應(yīng)器進(jìn)水方式、填充方式、填充密度、長(zhǎng)徑比和循環(huán)流速對(duì)MABR反應(yīng)器殼程流場(chǎng)特性及傳質(zhì)性能的影響。研究

2、結(jié)果表明:當(dāng)反應(yīng)器采用側(cè)方進(jìn)水、長(zhǎng)徑比為3.36、填充密度為30％、均勻填充時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)截面流速的穩(wěn)定區(qū)域較長(zhǎng)，整體流速分布均勻穩(wěn)定，并能促進(jìn)生物膜的均衡發(fā)展。采用三維電磁測(cè)速儀對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行流場(chǎng)測(cè)量，得到反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)速度與模擬值接近，誤差小于10％;當(dāng)循環(huán)流量為7.62 L·min-1時(shí)，反應(yīng)器截面平均流速可以維持在0.026 m·s-1，并且進(jìn)口最大流速低于0.20 m·s-1，不會(huì)導(dǎo)致生物膜的脫落，該穩(wěn)定的流場(chǎng)分布符合MABR內(nèi)部

3、的速度場(chǎng)分布需求。
　　隨后，根據(jù)反應(yīng)器模擬優(yōu)化的結(jié)果，搭建實(shí)體模型對(duì)模擬生活污水進(jìn)行了除碳脫氮研究。研究分析了pH、碳氮比(C/N)、氮負(fù)荷等運(yùn)行參數(shù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行性能的影響。結(jié)果表明:C/N比為5左右比較適宜，此時(shí)反應(yīng)器氨氮、總氮、COD最高去除率分別可以達(dá)到87％、75％和91％;反應(yīng)器在中性或微堿性(pH=7.2-7.5)條件下運(yùn)行時(shí)，總氮的最高去除率達(dá)到74％左右。氨氮去除速率隨進(jìn)水負(fù)荷的增加呈遞增趨勢(shì)，最大氨氮去除負(fù)荷為0

4、.117g·(L·d)-1。同時(shí)實(shí)驗(yàn)考察了不同膜材質(zhì)的MABR運(yùn)行性能，通過對(duì)比疏水性微孔聚丙烯(PP)與聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜，發(fā)現(xiàn)PP膜組件對(duì)于新環(huán)境的適應(yīng)能力和初期運(yùn)行效果相對(duì)偏低;通過掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，PP膜與PVDF膜均存在膜污染問題。
　　最后考察了反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)對(duì)局部生物膜特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)高速區(qū)和中速區(qū)曝氣膜纖維上附著微生物量遠(yuǎn)高于死區(qū);通過分子生物學(xué)方法測(cè)定，高速區(qū)主要進(jìn)行厭氧氨氧化和短程硝化-反硝