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氧化沟被普遍认为是一种工艺流程简单?运行管理方便?处理效果稳定?基建投资和运行费用较低且具有较强竞争力的二级生物处理工艺,在我国污水处理厂中受到了广泛的应用?然而,要更好地对氧化沟进行设计、运营管理、诊断和故障排除,对其进行水力学特性模拟以及生物反应动力学研究必不可少。 本次研究主要基于国家自然科学基金(51178391),应用计算流体力学理论和活性污泥法生物反应动力学理论,对实验室 Carrousel氧化沟模型进行了水力学特性模拟,并对西安某污水处理厂Orbal氧化沟进行生物反应动力学研究,主要结论如下: 1.通过对Smagorinsky-Lilly模型、标准k~ε模型和RNG k~ε模型模拟结果的实验验证,Smagorinsky-Lilly模型对氧化沟内混合液水力学特性模拟结果可靠,同时Smagorinsky-Lilly模型对氧化沟内混合液速度场模拟的准确性要优于标准k~ε模型和RNG k~ε模型。 2.当转刷淹没深度2/3,h/H为0.45时,氧化沟从水力学特性方面达到最优运行效果。通过对优化工况的分析,得知氧化沟中混合液涡量值最高的区域为转轮与转刷附近,较高区域为直道段转刷附近的近壁区域,较低的区域为大弯道F以及其余弯道直道的底层。并且直道段的涡量与水面变化趋势有关。 3.通过生物反应动力学模型验证,基于 ASM2D模型的数值模拟可以准确模拟Orbal氧化沟的实际运行情况。通过模拟,该污水处理厂Orbal氧化沟工艺,最适宜的污泥回流比应为55％~60％,最适宜Ls,BOD为0.056~0.060 kg/[kgMLSS?d],最适宜 Ls,NH3为0.0120~0.0145 kg/[kgMLSS?d],最适宜 Ls,TP为0.0014~0.0024 kg/[kgMLSS?d]。 4.氮元素和磷元素虽然是城市生活污水中的主要污染物,也是活性污泥中微生物生长的必需营养元素,要保证Orbal氧化沟工艺正常运行,必须保证二级处理进水中有足够的氮源和磷源。当 Ls,BOD:Ls,NH3>29, Ls,BOD:Ls,TP>145时,COD去除率会因氮源和磷源不足而受到显著影响。