循環(huán)推流式固定化微生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究.pdf

1、城鎮(zhèn)生活污水是一種潛在的水資源，對(duì)其凈化處理并再利用，既能減輕水體污染程度，改善生態(tài)環(huán)境，又能解決城鎮(zhèn)的缺水問(wèn)題。固定化微生物技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)越性成為污水處理及環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而現(xiàn)有的固定化微生物反應(yīng)器不適用于較為分散、難以收集且多滯留在水深較淺的湖塘、水洼等區(qū)域的城鎮(zhèn)生活污水。
　　針對(duì)廣西壯族自治區(qū)寧明縣愛(ài)店村某生物氧化塘污水處理項(xiàng)目，嘗試研發(fā)設(shè)計(jì)一種循環(huán)推流式固定化微生物反應(yīng)器。主要包括反應(yīng)器簡(jiǎn)體設(shè)計(jì)、固定化微生物

2、載體的選擇以及曝氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)的流體力學(xué)行為十分復(fù)雜。通過(guò)對(duì)氣-液-固三相模型的簡(jiǎn)化、氣液兩相流的形態(tài)研究、氣-液相間氧的傳質(zhì)以及循環(huán)推流原理分析，有助于明確影響反應(yīng)器性能的設(shè)計(jì)參數(shù)，為進(jìn)一步改善和優(yōu)化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。
　　根據(jù)曝氣頭安裝高度分別為650mm，750mm，850mm，定義方案A、B、C為三種不同結(jié)構(gòu)反應(yīng)器。利用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent6.3對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。通過(guò)對(duì)流體速度云圖、速度

3、矢量圖以及液相出口速度分布圖進(jìn)行分析，結(jié)果表明方案A中曝氣頭上方出現(xiàn)大的漩渦，且液相流速小于0.25m·s-1;方案C中曝氣產(chǎn)生的軸向力不能充分帶動(dòng)液相流上升，且二分之一出口面積的液相速度小于0.05m·s-1;方案B既有充足的升程供空氣與水之間的氧的傳質(zhì)，又有較高的液相出口速度保證流體的循環(huán)。因此方案B是最佳方案，即最佳曝氣安裝高度為750mm。同樣方法對(duì)曝氣量不同的方案B、D、E進(jìn)行數(shù)值模擬，其模擬結(jié)果為方案E，即曝氣量為0.5kg

4、·h-1時(shí)，液相出口速率最大，有利于流體循環(huán)。為驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，設(shè)計(jì)一套試驗(yàn)方案:以清水作為試驗(yàn)對(duì)象，利用Na2SO3作為還原劑進(jìn)行消氧，CoCl2作為催化劑加快消氧速率。由不同曝氣頭安裝高度的溶解氧變化曲線圖可知，與方案A和方案C相比，方案B充氧速率較快;由不同曝氣量的的溶解氧變化曲線圖可知，方案E的充氧速率最快。實(shí)驗(yàn)結(jié)果均與數(shù)值模擬結(jié)果一致。
　　將優(yōu)化后的反應(yīng)器置于氧化塘內(nèi)運(yùn)行，經(jīng)過(guò)30天的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，水體中