论文部分内容阅读
微孔曝气氧化沟由于其充氧效率高、操作简单、出水优良等特点被广泛应用于城市污水处理厂,研究针对其局部区域存在的流速分配、曝气推流效果不理想,运行能耗高等问题,借助CFD-PBM耦合模型对工艺进行气液两相流模拟,并在验证其可行性的基础上,从结构改造、曝气器及推流器布置优化等方面进行了研究,提出了节能降耗措施。主要内容包括:基于传统气液两相流CFD模拟,耦合气泡群平衡(PBM)模型,建立了CFD-PBM模型,通过考察流速、气含率、气泡大小、气泡聚并破碎等流体力学行为以评价各区域污水的曝气推流效果。首先对其进行可行性验证,结果表明,耦合模型所得的流速值大于传统模拟结果但更接近于实际流速,其平均相对偏差分别为±8%,±8.5%,且收敛稳定,因此适用于微孔曝气氧化沟的优化研究。针对CFD-PBM耦合模型,在保持曝气系统通气量不变的条件下,系统考察了氧化沟曝气、非曝气区不同断面面积比下的流场状态,并列出1:1,2:1,3:2工况下的流场分布数据。当比例为3:2时,曝气区流速减小在0.1-0.35m/s之间,整体平均流速0.28m/s,降低推流能耗的同时可以满足水力循环及泥水混合要求(不低于0.25m/s)。PBM模型得到的气泡整体平均直径小于前两者,约为7.2mm,气泡总传质面积最高;同时曝气区流速的减小使得气泡停留时间增加,曝气区上部平均气含率提高至0.45,整体充氧效果随之提高。最终选择断面面积比为3:2的优化方案,在保证工艺良好运行的同时降低推流能耗。基于上述研究,进一步考察水下推流器和曝气盘布置深度、密度对流场的影响。当曝气上游推流器潜深为1.5m,下游推流器潜深提高至2m时,沟内上部区域及非曝气区中游的低流速区减少,推流面积增加,推流能量合理分配。继而针对微孔曝气器,考察曝气盘不同安装水深下的流场,当安装水深从250mm提高至500mm时,底部污水在推流器水平流及曝气旋流影响下可以正常流动,沟内整体平均流速提高至0.36m/s,上部区域流速及气含率低的情况得到改善。在此基础上,根据使混合液内氧气供需平衡的思路,将曝气盘分三段按59%、31%、10%比例递减式布置,同时提高推流器转速以满足混合推流要求,结果显示PBM模型得到的曝气区气含率、气泡分布沿水流方向递减,减小了曝气设备能耗,优化了微曝氧化沟的供氧效率。