UASB(上流式厭氧污泥床)的數(shù)值模擬與改進(jìn)研究.pdf

1、廢水處理問題人們目前最需要解決的問題之一，當(dāng)前被認(rèn)為具有良好的發(fā)展前景的厭氧廢水處理技術(shù)，是集環(huán)境保護(hù)，能源回收和生態(tài)良性循環(huán)利用綜合為一體的技術(shù)。在這一技術(shù)中UASB反應(yīng)器不但具有容積負(fù)荷高、啟動(dòng)和運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，還很好地處理了三相分離的問題，因此被廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)外只是考慮生化工藝方面對典型厭氧廢水處理反應(yīng)器UASB處理能力的影響，但是水的流動(dòng)狀態(tài)也會(huì)對UASB反應(yīng)器的處理能力產(chǎn)生很大影響，因此從水力學(xué)角度來探討UASB反應(yīng)器中的

2、流場情況對典型厭氧廢水處理反應(yīng)器UASB處理能力的影響非常有必要。
　　 本課題主要采用液固兩相流對UASB反應(yīng)器的核心部分反應(yīng)區(qū)進(jìn)行模擬計(jì)算。首先對UASB反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)進(jìn)行二維的網(wǎng)格劃分，開展不同HRT條件下的穩(wěn)態(tài)模擬，獲得了速度場和固相體積分率等流場信息并對流場進(jìn)行分析。在上述模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)加入攪拌器，選用非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格對所選UASB反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)進(jìn)行三維網(wǎng)格的生成。攪拌器旋轉(zhuǎn)區(qū)域部分的網(wǎng)格局部加密?？刂?/p>

3、方程為三維定常雷諾時(shí)均Navier-Stokes方程，選用k-ε湍流模型，固壁邊界為絕熱條件，攪拌器為轉(zhuǎn)動(dòng)邊界，攪拌槳表面等固壁均為無滑移邊界條件。通過多種結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)行參數(shù)條件下的數(shù)值模擬結(jié)果，分析不同HRT條件下的流場結(jié)構(gòu)，優(yōu)化水力學(xué)條件，進(jìn)而解決UASB反應(yīng)器性能優(yōu)化問題。
　　 模擬結(jié)果表明：對UASB反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)進(jìn)行二維數(shù)值模擬時(shí)，通過不同HRT條件下(0.5h，1h，1.5h，2h，3h，4h)的穩(wěn)態(tài)模擬的速度場和

4、固相體積分率的分析，UASB反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)存在較大的“死區(qū)”，這樣不能使廢水與污泥顆粒完全混合，進(jìn)而影響UASB反應(yīng)器的出水效果。針對UASB反應(yīng)器存在“死區(qū)”的情況，對UASB反應(yīng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)加入攪拌器，這樣就會(huì)利于廢水與污泥顆粒的混合，消除死區(qū)。選擇“死區(qū)”較少的入口速度為0.4m/h和0.8m/h，攪拌槳轉(zhuǎn)速在50r/min，70r/min，90r/min，110r/min，130r/min，150r/min等6個(gè)不

5、同轉(zhuǎn)速條件下的六個(gè)穩(wěn)態(tài)進(jìn)行模擬，對模擬所得速度場和固相體積分率進(jìn)行分析，結(jié)果顯示加入攪拌器后改善了反應(yīng)器中的流場情況，較好的消除了“死區(qū)”。同一轉(zhuǎn)速條件下，入口速度為0.8m/h時(shí)，死區(qū)更小，廢水和污泥顆粒的混合更好；同一入口速度條件下，攪拌器的轉(zhuǎn)速越大，“死區(qū)”越小，廢水和污泥顆粒的混合越好。綜上所述，最佳的工藝條件為：入口速度為0.8m/h，攪拌器的轉(zhuǎn)速為150r/min，此時(shí)反應(yīng)區(qū)的“死區(qū)”最小，廢水和污泥顆粒的混合最好，UASB