基于CFD-PBM耦合的微孔曝氣氧化溝流態(tài)模擬及優(yōu)化研究.pdf

1、微孔曝氣氧化溝由于其充氧效率高、操作簡單、出水優(yōu)良等特點被廣泛應用于城市污水處理廠，研究針對其局部區(qū)域存在的流速分配、曝氣推流效果不理想，運行能耗高等問題，借助CFD-PBM耦合模型對工藝進行氣液兩相流模擬，并在驗證其可行性的基礎(chǔ)上，從結(jié)構(gòu)改造、曝氣器及推流器布置優(yōu)化等方面進行了研究，提出了節(jié)能降耗措施。主要內(nèi)容包括：
　　基于傳統(tǒng)氣液兩相流CFD模擬，耦合氣泡群平衡（PBM）模型，建立了CFD-PBM模型，通過考察流速、氣含率、

2、氣泡大小、氣泡聚并破碎等流體力學行為以評價各區(qū)域污水的曝氣推流效果。首先對其進行可行性驗證，結(jié)果表明，耦合模型所得的流速值大于傳統(tǒng)模擬結(jié)果但更接近于實際流速，其平均相對偏差分別為±8%，±8.5%，且收斂穩(wěn)定，因此適用于微孔曝氣氧化溝的優(yōu)化研究。
　　針對CFD-PBM耦合模型，在保持曝氣系統(tǒng)通氣量不變的條件下，系統(tǒng)考察了氧化溝曝氣、非曝氣區(qū)不同斷面面積比下的流場狀態(tài)，并列出1:1，2:1，3:2工況下的流場分布數(shù)據(jù)。當比例為3:

3、2時，曝氣區(qū)流速減小在0.1-0.35m/s之間，整體平均流速0.28m/s，降低推流能耗的同時可以滿足水力循環(huán)及泥水混合要求（不低于0.25m/s）。PBM模型得到的氣泡整體平均直徑小于前兩者，約為7.2mm，氣泡總傳質(zhì)面積最高；同時曝氣區(qū)流速的減小使得氣泡停留時間增加，曝氣區(qū)上部平均氣含率提高至0.45，整體充氧效果隨之提高。最終選擇斷面面積比為3:2的優(yōu)化方案，在保證工藝良好運行的同時降低推流能耗。
　　基于上述研究，進一步

4、考察水下推流器和曝氣盤布置深度、密度對流場的影響。當曝氣上游推流器潛深為1.5m，下游推流器潛深提高至2m時，溝內(nèi)上部區(qū)域及非曝氣區(qū)中游的低流速區(qū)減少，推流面積增加，推流能量合理分配。繼而針對微孔曝氣器，考察曝氣盤不同安裝水深下的流場，當安裝水深從250mm提高至500mm時，底部污水在推流器水平流及曝氣旋流影響下可以正常流動，溝內(nèi)整體平均流速提高至0.36m/s，上部區(qū)域流速及氣含率低的情況得到改善。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)使混合液內(nèi)氧氣供需