活性污泥法曝气池的实验与数值模拟研究

论文摘要

近年来随着人们对环保的重视,出现了许多新的污水处理工艺,但对于大型污水处理厂来说,活性污泥法处理工艺仍是首选,而曝气池正是此工艺的核心部分。通过曝气池的曝气,使污泥处于悬浮状态,使氧气、活性污泥、营养物充分混合,以保证微生物有足够的氧进行物质代谢。从流体力学的角度看,这些作用都是通过气液两相流动来实现的。所以从流体力学的角度出发,对曝气池内不同布气方式及曝气速度进行实验和模拟,掌握它们对流场的影响,深刻地理解曝气池内流场的流动特性,对于促进曝气池内生化反应,提高污水处理效率有重要意义,也为实际运行和设计优化提供理论指导。本文采用污泥负荷法设计了处理量为5580m~3/d的推流式曝气池,并根据不同曝气方式对曝气池的池型要求,选择了平移推流式和旋转推流式的底层曝气两种曝气方式来进行实验对比。根据相似理论,按1:20的比例,搭建曝气池实验台架,比较验证了相同工况下,两种曝气方式的曝气效果,以及相同工况下,同种曝气方式,不同曝气速度时的曝气效果。为进一步掌握曝气池两相流的流场特性,本文用CFD软件,以气体为主相,液体为第二相,采用三维定常不可压混合模型进行模拟。通过求解混合相的连续性方程、动量方程、第二相的体积分数方程及相对速度的代数滑移公式,得出推流式曝气池两种曝气方式的两相流流场及相同工况、不同曝气速度下的两相流流场。结合实际工程的运行,对实验结果及模拟结果进行对比分析,结论为:采用混合模型能够很好的模拟曝气池内气液两相流的流场;平移推流式曝气比旋转推流式底层曝气的曝气效果好;在同种曝气方式,相同工况下,20m/s的曝气速度的曝气效果要比10m/s、30m/s的曝气速度的曝气效果好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的目的和意义
• 1.3 国内外发展与研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 课题研究基础
• 2.1 引言
• 2.2 活性污泥法处理技术
• 2.2.1 传统活性污泥法的基本原理
• 2.2.2 活性污泥法三要素
• 2.2.3 曝气池
• 2.3 设计计算
• 2.3.1 计算方法的选择
• 2.3.2 设计参数要求
• 2.3.3 设计计算程序步骤
• 2.3.4 设计计算
• 2.4 CFD 的理论基础及应用
• 2.4.1 解决问题的基本思想
• 2.4.2 CFD 求解的一般步骤
• 2.4.3 FLUENT 软件
• 第三章 曝气池实验装置
• 3.1 实验目的
• 3.2 实验原理
• 3.2.1 建模原理
• 3.2.2 测试原理
• 3.3 实验装置
• 3.4 参数测试
• 3.4.1 测试设备
• 3.4.2 实验测量
• 3.4.3 实验结果及分析
• 第四章 曝气池的两相流流场的数值模拟
• 4.1 建立几何模型
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 确定液相工质
• 4.1.3 几何模型
• 4.2 划分网格
• 4.3 数学模型
• 4.4 边界条件及初始条件
• 4.5 设置求解控制参数
• 4.6 模拟结果及与实验结果的对比分析
• 4.6.1 平移推流式曝气池
• 4.6.2 旋转推流式曝气池
• 第五章 总结
• 5.1 结论
• 5.2 课题的特点和创新之处
• 5.3 课题的发展方向
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文