中空纖維膜生物反應(yīng)器水動力學(xué)及通量均勻性研究.pdf

1、膜生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor,MBR)是一種將生物處理和膜分離技術(shù)相結(jié)合的新型水處理工藝.因其在污水處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景而被廣泛研究.但是膜污染依然是制約其在實際工程應(yīng)用的關(guān)鍵因素.本文基于計算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,以浸沒式中空纖維膜生物反應(yīng)器為研究對象,建立了單根膜絲與全組件的流動和傳質(zhì)模型,系統(tǒng)展開了膜生物反應(yīng)器的水動力學(xué)條件的模擬與優(yōu)化研究.

2、
　　本文研究了膜過濾過程中污染物顆粒的微觀堆積結(jié)構(gòu)對膜組件的流動分布均勻性和膜污染程度的影響.模型實現(xiàn)了污染物在膜表面的累積過程的模擬,結(jié)果顯示膜表面的截留作用對膜通量分布具有重要影響,高孔隙率的濾餅層沉積會導(dǎo)致沿膜絲長度方向上的通量分布和濾餅層分布不均勻的現(xiàn)象,這會減少過濾過程中的能量利用率.然而顆粒以高孔隙率的結(jié)構(gòu)累積卻可以保持相對較高的過濾流量,短期來看其產(chǎn)水性能較優(yōu).
　　在中空纖維膜微濾過程動態(tài)模擬的基礎(chǔ)上,采用

3、CFD模擬進(jìn)一步研究膜絲幾何因素的內(nèi)徑和長度兩個方面對過濾過程中流場均勻性的影響.模擬結(jié)果表明通量不均勻分布是中空纖維膜過濾的固有特性,是由于其膜內(nèi)外通道內(nèi)的流動壓降所引起的.提出了膜絲尺寸的合理范圍,即膜絲內(nèi)徑在0.4mm至0.7mm范圍內(nèi),在此范圍內(nèi)過濾期間的通量分布不均勻性最小.同時增加膜長會加重膜絲通量的不均勻分布.然而中空纖維膜組件的通量分布也是隨著過濾的進(jìn)行不斷演變,短期的過濾在膜污染的自我調(diào)節(jié)作用下通量的不均勻分布會有所改

4、善,但是長期過濾后仍會受到嚴(yán)重的通量分布不均影響,需要進(jìn)行必要的反沖洗.
　　從整個膜組件的宏觀角度出發(fā),建立基于氣液兩相流的三維CFD模型.模擬發(fā)現(xiàn)曝氣產(chǎn)生的氣液兩相流對膜組件的有效清洗具有一定的局限性,在膜組件中部區(qū)域沖刷效果較好,而膜組件靠近反應(yīng)器壁的膜絲得不到有效的洗刷.通過對氣含率、流場流速和剪切力的分析表明,當(dāng)膜間距為減少時整個膜組件處于較高流速和較高膜表面沖刷的環(huán)境,這有利于減緩膜污染.但是隨著膜絲間距減少,膜組件區(qū)