螺旋升流式反应器流态特性研究

摘要

螺旋升流反应器(Spiral Up-Flow Reactor.SUFR)是一种具有机械导流系统的新型污水处理立式反应技术，该技术从反应技术角度对生物处理反应单元进行了优化设计。其在试验运行期间，SUFR取得很好同步脱氮除磷效果，并有较强的运行稳定性。本研究就是以螺旋升流式反应器为对象，运用试验和CFD数值模拟的方法对其流态性能进行了探索。 本研究主要在以下几个方面展开： ①通过流态试验对SUFR的流态进行初步研究； ②利用大型商用软件PHOENICS对SUFR的流态进行模拟，对结果进行分析，并与上面的流态试验结果进行比较； ③根据上述试验及模拟研究分析SUFR反应器的流态特性。 通过示踪剂试验，对SUFR系统流态进行了研究。结果显示，试验中的反应器出明显的活塞流特性，SUFR系统的厌氧、缺氧及好氧反应器分别相当于3、2、2.5个完全混合式反应格串联在一起的阶式CSTR反应器。反应器中流体的特殊运动方式，能提高基质的浓度梯度，延长基质在反应器中的停留时间，从而提高反应器的容积利用率。 通过计算流体力学软件Phoenics建立数学模型，对SUFR系统的流态进行了数学模拟。通过模拟得到的踪剂浓度值C(t)与通过流态试验得到得C(t)有较高的吻合性，说明了数值模拟结果的可靠性。 PHOENICS数值模拟结果表明：SUFR系统中流体行进方式为螺旋升流式。其中厌氧反应器、缺氧反应器、好样反应器分别可以看作是由6个4个和8个单元反应器串联组成，其中PFR单元反应器和CSTR单元反应器间隔排列。可以估算出SUFR系统厌氧反应器、缺氧反应器和好氧反应器中推流流态的容积占有率分别为65％、61％和63％。

目录

文摘

英文文摘

声明

1引言

1.1我国水环境面临的主要问题

1.1.1水资源短缺

1.1.2水污染

1.2水体富营养化及其危害

1.2.1水体中氮磷的来源及分类特性

1.2.2水体富营养化的危害

1.2.3污水脱氮除磷的必要性

1.3解决水资源危机的对策

1.3.1提高废水资源利用程度

1.3.2加大污水治理力度

2废水生物处理反应器原理及反应器流态研究概述

2.1废水生物处理工艺概述

2.1.1空间序列工艺

2.1.2时间序列工艺

2.2废水生物处理中对反应器技术的研究

2.2.1废水生物处理中对反应器技术研究现状

2.2.2反应器技术的实质在浓度效应

2.3反应器流态的研究方法

2.3.1流体停留时间分布函数

2.3.2激光测速法

2.3.3数值模拟法

2.4课题的提出及研究内容

2.4.1 SUFR简介

2.4.2课题的提出

2.4.3论文研究的目的和内容

3 SUFR系统流态的试验研究

3.1描述流态特征的统计函数

3.2试验流程与装置

3.2.1试验流程

3.2.2试验装置

3.3所用示踪剂及检测仪器

3.4试验方法

3.5试验结果与分析

3.6 小结

4 SUFR数值模型的建立

4.1关于PHOENICS

4.1.1 PHOENICS概述

4.1.2 PHOENICS基本构成

4.1.3 PHOENICS模拟程序

4.2模型的建立

4.2.1湍流模型选择

4.2.2模型简化

4.2.3几何模型的建立

4.2.4计算区域的离散

4.2.5边界条件的定义与设定

4.3模型的求解计算

4.3.1控制方程的离散化

4.3.2控制方程的求解

5数值模拟结果与分析

5.1数值模拟结果与试验结果的相互比较

5.2 SUFR的流场模拟结果

5.3 SUFR的流态特性分析

5.3.1 SUFR系统各反应器流动模型分析

5.3.2 SUFR系统内各反应器中推流流态容积占有率计算

5.4本章小结

6结论与建议

6.1结论

6.2建议

致 谢

参考文献

附 录