膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR)是结合膜分离工艺与活性污泥法的一种新型污水处理系统。MBR具有处理能力强、占地面积小、污泥剩余含量低、出水水质稳定等优点,如今被广泛应用于工业、农业与城镇污水处理领域。但其中存在的膜污染一直是限制MBR运行效率和成本的重要原因。在MBR内部具有气液固三相混合系统,内部流场变化极为复杂,难以用实验方法表征。本文依据对MBR中试运行情况分析,利用计算流体力学CFD数值模拟,对膜污染的防治与MBR设备的优化具有重要意义。通过对宁夏自治区某一体化MBR设备的中试运行情况进行分析,其中进水化学需氧量(COD)主要在300-800mg/L之间,混合液悬浮固体浓度(MLSS)约为8000mg/L,进水流量为5.0m~3/h,环境温度为25℃。分析运行工况,发现跨膜压差(TMP)随时间增长比设计预期迅速,拆洗发现膜污染比预期严重,膜两端污泥沉积较多,严重影响MBR设备的运行效率。本课题中利用计算流体力学对膜组件进行流体力学分析,通过计算机仿真对MBR设备中的关键参数进行优化并对改进后的MBR设备进行数据进行分析,分析得出如下结论:1、在气流速度为0.3m/s、气泡大小为1mm、膜丝直径为1mm的条件下,分析130mm、150mm、180mm不同膜丝长度下,通过对比发现较短的膜丝内部会产生较大的流速导致膜丝压力大,使膜丝的使用寿命变短,产生断裂的可能性增加;且膜丝内部在两端的湍流流动较强,流体流动速度较大,导致膜表面两端产生较多的污泥沉积。因此适当地加大膜组件能使膜丝外部气液混合更加充分,使膜池内活性污泥发挥更好的降解作用,减少膜表面污染。同时,膜丝的两端口处气液具有较大的流速,湍流动能也较大,使得膜丝出水处有较大的压力,因此在制造膜组件时要注意出水处的加固。2、在150mm长度的膜丝、气泡大小为1mm、膜丝直径为1mm的情况下,分析0.15m/s、0.3m/s、0.45m/s不同气体流速下的流体力学特性,得出较大的气体流速会加强膜丝内外的湍流,气液混合情况也较好。但过大的曝气量也会对设备造成影响,使污泥过于曝气,影响膜池中的活性污泥作用,同时过大的曝气量会增加风机的功耗,提高MBR的运行成本。鉴于仿真结果,对新一代的MBR增设导流板,既能减少膜曝气面积,提高膜组件内的曝气强度,又有利于减少膜表面的污染情况。3、在150mm的膜丝、膜丝直径为1mm、进口气速为0.3m/s的情行下,针对气泡直径为1mm、3mm、5mm的三种状态进行分析。发现随着气泡直径的增大,反应器中的气相速度和液相速度都出现不同程度的增加,使得反应器中的气液混合程度加强,整体气体含率影响较小。大气泡所带来的湍流动能比小气泡要高,气泡规格的大小对膜丝内部的流体流动影响甚微。因此可以改变曝气盘的形状,适当地增大气泡规格。