基于生物膜分層理論的曝氣生物濾池Fluent模擬研究.pdf

1、曝氣生物濾池是一種日益受到廣泛重視的污水處理構(gòu)筑物。通過(guò)濾料表面生物膜的生物降解與物理過(guò)濾作用，該濾池可以有效的去除污水中的污染物。本文主要針對(duì)曝氣生物濾池內(nèi)生物降解過(guò)程進(jìn)行研究，并建立數(shù)學(xué)模型對(duì)Biostyr(R)曝氣生物濾池進(jìn)行數(shù)值模擬。
　　在一維均勻生物膜模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合擴(kuò)散系數(shù)沿生物膜厚度方向的變化規(guī)律與擴(kuò)散—反應(yīng)基本方程建立了分層生物膜數(shù)學(xué)模型，并使用MATLAB程序?qū)δＰ瓦M(jìn)行求解，比較分層生物膜與均勻生物膜在基質(zhì)通

2、量上的差異?？疾旄鱾€(gè)參數(shù)對(duì)兩種模型中有效性系數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)隨著蒂勒模數(shù)(φ)的增大，兩種模型的有效性系數(shù)均逐漸減小，并且當(dāng)分層梯度(ξ)增大、生物膜外基質(zhì)濃度(C)減小時(shí)，兩種模型的有效性系數(shù)差值變大。
　　在局部容積平均法的基礎(chǔ)上，對(duì)曝氣生物濾池內(nèi)部空間上的多尺度現(xiàn)象進(jìn)行分析。推導(dǎo)出濾池內(nèi)生物膜尺度、表征單元體(REV)尺度、宏觀反應(yīng)器尺度下的控制方程。其中，REV尺度下的控制方程將被用于曝氣生物濾池的Fluent模擬。使用分層

3、生物膜模型對(duì)Biostyr(R)曝氣生物濾池內(nèi)五個(gè)取樣口處生物膜進(jìn)行計(jì)算，解得有效性系數(shù)沿濾池高度變化的分段函數(shù)。結(jié)合該分段函數(shù)與Rittmann等人對(duì)均勻模型的求解方法，求得分層生物膜模型中基質(zhì)通量的準(zhǔn)解析解。
　　在Gambit中建立Biostyr(R)曝氣生物濾池的三維網(wǎng)格模型，并使用Fluent6.3中歐拉多相流模型對(duì)曝氣生物濾池內(nèi)污染物降解過(guò)程進(jìn)行模擬，數(shù)值模擬中COD和N_NH+4沿濾柱高度分布與Viotti等人的實(shí)測(cè)