EGSB反應(yīng)器處理低濃度揮發(fā)酸廢水CFD-生化反應(yīng)耦合模型及模擬研究.pdf

1、膨脹顆粒污泥床（Expanded Granular Sludge Bed,EGSB）反應(yīng)器作為一種高效厭氧反應(yīng)器具有很高的推廣價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。EGSB反應(yīng)器中，傳質(zhì)過(guò)程會(huì)影響反應(yīng)器的去除效果。然而，目前關(guān)于 EGSB反應(yīng)器數(shù)值模擬的研究中，鮮有計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）和生化反應(yīng)模型兩者結(jié)合的數(shù)值模擬研究。因此，論文在EGSB反應(yīng)器處理?yè)]發(fā)酸（Volatile Fatty Ac

2、id，VFA）廢水試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)和生化動(dòng)力學(xué)，采用COMSOl Multiphysics軟件，進(jìn)行CFD-生化反應(yīng)耦合模型構(gòu)建及模擬。利用CFD-生化反應(yīng)耦合模型對(duì)廢水處理反應(yīng)器進(jìn)行模擬，可以獲取反應(yīng)器內(nèi)部基質(zhì)去除規(guī)律，為反應(yīng)器工藝參數(shù)的選取、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。
　　EGSB反應(yīng)器處理低濃度揮發(fā)酸廢水的試驗(yàn)研究表明，常溫（20~29℃）條件下，當(dāng)EGSB反應(yīng)器進(jìn)水COD為350~430mg/

3、L，其中乙酸:丙酸:丁酸的COD濃度比例約為2∶1∶1，HRT為2.5h，上升流速為5m/h，COD有機(jī)負(fù)荷為0.28kgCOD/(kgMLVSS·d)時(shí)，反應(yīng)器VFA的去除率達(dá)到99％以上，COD去除率介于89.0%~93.6%，反應(yīng)器中小于2.0mm范圍的顆粒污泥數(shù)量約占總顆粒污泥數(shù)量的90%。反應(yīng)器中主要存在Proteobacteria，candidate division OP9，Anaerolineaceae厭氧產(chǎn)甲烷菌屬；P

4、roteiniphilum，Syntrophobacte丙酸降解菌屬，Intestinimonas等丁酸降解菌屬微生物。試驗(yàn)結(jié)果可為反應(yīng)器CFD-生化反應(yīng)耦合模型提供參數(shù)。
　　傳質(zhì)模型作為耦合CFD與生化反應(yīng)模型的“橋梁”，既可以引入反應(yīng)器內(nèi)部流速分布數(shù)據(jù)，又能為生化反應(yīng)數(shù)學(xué)模型的導(dǎo)入提供接口。以傳質(zhì)方程為核心，通過(guò)CFD模擬獲取EGSB反應(yīng)器內(nèi)部速度分布數(shù)據(jù)后，導(dǎo)入傳質(zhì)方程，進(jìn)行CFD-傳質(zhì)耦合模型研究。研究結(jié)果表明，所建立的

5、CFD-傳質(zhì)耦合模型良好，能夠較好地表征基質(zhì)在EGSB反應(yīng)器中的傳質(zhì)過(guò)程。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，相對(duì)誤差在6.1%~24.2%范圍內(nèi)。
　　根據(jù)EGSB反應(yīng)器試驗(yàn)參數(shù)，假設(shè)污泥層區(qū)為多孔介質(zhì)反應(yīng)區(qū)，在傳質(zhì)方程中嵌入?yún)捬跸Ｐ停ˋnaerobic Didestion Model,ADM）中的乙酸、丙酸和丁酸生化反應(yīng)速率方程，進(jìn)行反應(yīng)器CFD-生化反應(yīng)耦合模型研究。結(jié)果顯示，所建立的CFD-傳質(zhì)耦合模型較好地模擬EGSB反應(yīng)器中乙

6、酸、丙酸和丁酸的降解。所得模擬結(jié)果中，乙酸、丙酸、丁酸的最大濃度絕對(duì)誤差分別為2.2mg/L，3.2mg/L，1.7mg/L，反應(yīng)器污泥層底部15cm區(qū)域內(nèi)VFA去除率達(dá)80%，反應(yīng)器污泥層底部25cm區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了90%VFA去除，底部15cm的區(qū)域內(nèi)乙酸降解速率大于150mg/(L·d)，甲烷生成速率大于0.20L/(L·d)。進(jìn)一步采用CFD-生化反應(yīng)耦合模型對(duì)EGSB反應(yīng)器不同水力停留時(shí)間（HRT）進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果表明，常溫（2