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污水处理设备一体化地埋式

简要描述:

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曝气强度和进水流量为0.65 m3·h-1、200 L·h-1工况的液相流动特征从图 5e~h可见:该工况下, 低速区和高速区交织在一起, 且高速区域面积较小, 低速区面积较大.流线整体呈紊乱状态, 升流区出现较多小尺度涡旋结构.涡量正值区域面积和负值区域面积较接近, 且呈正负交织的状态.导流锥、流化床底部和折流板左边出现大量小尺度涡结构.

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  对比两种速度矢量图可以看出, 随着进水流量的增加, 折流板下面区域的液相速度有明显的增加, 但整体液相速度下降接近于50%.分析其原因, 随着进水流量的增加, 进水一部分进入环流区, 大部分的进水随着折流板和导流锥的方向冲击流化床底部的填料, 使得大量的填料向左上移动, 一部分填料进入曝气区后形成流化, 一部分无法随气液上升而偏离曝气区的填料逐渐向下移动, 与上升气液形成, 从而减速了进水动能;进水冲击大量填料区后, 动能逐渐减弱, 气泡尾流无法把所有悬浮填料带入环流, 使得大量悬浮填料阻碍了液体的上升;进水流量较大对环流液相可能造成一定的干扰.对比两种涡量图可以看出, 曝气强度和进水流量为0.65 m3·h-1、200 L·h-1工况的正值区域面积有明显的减少, 但减少趋势较小, 说明液相剪切力有相应的降低.对比两种漩涡强度图可以看出, 0.65 m3·h-1、200 L·h-1工况的涡核数量有明显的减少.由3.1节可知, 曝气强度和进水流量为1.05 m3·h-1、50 L·h-1工况与0.65 m3·h-1、200 L·h-1工况下两种填料浓度接近, 但1.05 m3·h-1、50 L·h-1工况的升流区填料大于0.65 m3·h-1、200 L·h-1工况, 降流区则相反;由此可推论, 在该实验条件下, 升流区填料浓度随液相速度和涡核数量的增加而增加;降流区填料浓度随液相速度的增加而减少, 随涡核数量的减少而减少.

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  3.5 四边形折流式膜生物流化床上部区域液相流态特征

  曝气强度和进水流量为1.05 m3·h-1、50 L·h-1工况的液相流动特征由图 7a~d可知:该工况下, 峰值速度出现在上部区域的上部和右边壁区域, 且高速区域面积较小;低速区分布零散, 且低速区面积较小.升流区流线呈向右倾斜, 并出现多个小涡旋结构, 降流区流线较紊乱.涡量正值区域面积较大, 负值区域面积较小, 说明液相剪切力较强.从漩涡强度云图可以看出, 上部区域任然出现较多的小尺度涡结构.

  曝气强度和进水流量为0.65 m3·h-1、200 L·h-1工况的液相流动特征从图 6e~h可知:该工况下, 峰值速度出现在上部区域上部和右边壁区域, 且高速区域面积较小;低速区分布较广, 且低速区面积较大.升流区流线呈向右倾斜, 并出现多个小涡旋结构, 降流区流线较紊乱.涡量正值区域面积和负值区域面积较接近, 且呈正负交织的状态.

  图 6 流化床上部区域两种不同条件下的液相流动特征 (a, e.速度矢量图, b, f.流线图, c, g.涡量图, d, h.漩涡强度图)

  对比两种速度矢量图可以看出, 随着进水流量液相速度下降接近于30%, 可见, 液相速度与曝气强度呈线性关系.对比两种涡量图可以看出, 曝气强度和进水流量为0.65 m3·h-1、200 L·h-1工况的正值区域面积相比有明显的减少趋势, 正负值区域面积接近, 但涡量正值较大, 说明液相剪切力较强.两种漩涡强度图的涡核分布和数值差别较小.

  综上3.4~3.5节, 下部区域液相流场受到进水管布置、折流板结构(角度、低隙高度)、导流锥结构(角度、高度)、填料浓度、进水流量及曝气强度的共同作用, 流场特性为六者作用的叠加;上部区域液相流场受到膜组件布置、隔板与自由液面高度、折流板结构(角度、低隙高度)、填料浓度、进水流量及曝气强度的共同作用, 流场特性为六者作用的叠加.六者的叠加作用产生的扰流对该流化床流场流动的影响主要体现在流场中产生大量的小尺度涡结构, 推论此时液相流场特性有助于加大颗粒载体与液相的相间相对流动速度差, 使得载体与液相的动态紊流性较好, 易造成载体生物膜细胞传质浓度边界趋于不稳定进而提高传质效率;作用于生物膜的水力剪切力较强, 载体生物膜新旧菌体更新速率加快, 提高了生化代谢效率.

  4 结论(Conclusions)

  1) 分析了曝气强度和进水流量对四边形折流式膜生物流化床填料浓度的影响:折流板上部形成的曝气死区, 使得填料在升流区形成诸多内循环, 提高了升流区的填料浓度, 气固液三相与膜组件相互碰撞的概率增大, 强化了膜污染的控制.折流板和导流锥形成的进水角度冲击反应器底部的填料, 提高了在低曝气强度下流化床的填料浓度, 可降低实际运行过程的曝气能耗.

  2) 通过PIV分区拍摄了流化床的上、中、下3个区域, 分析了升流区和降流区曝气强度和进水流量对液相平均轴向速度、涡量、湍动能的影响:曝气强度和进水流量的变化改变了液相的轴向返混强度和剪切力, 进而改变了填料浓度, zui终影响膜面传质系数和浓差极化边界层厚度, 降低膜污染.

  3) 对曝气强度和进水流量为1.05 m3·h-1、50 L·h-1与0.65 m3·h-1、200 L·h-1工况的下部和上部两个区域的液相速度矢量图和流线图进行了分析, 同时采用了涡量方法和漩涡强度方法分析了流场中的涡结构得出:曝气强度为1.05 m3·h-1和进水流量为50 L·h-1的液速高于曝气强度为0.65 m3·h-1和进水流量为200 L·h-1工况, 两个工况均出现较多的小尺度涡结构, 涡核数量差别较小.两个工况填料浓度接近的现象, 原因为流态特性接近, 这种现象的应用开发, 可开发出高浓度有机废水的新一代工程反应器.

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