計算流體力學對膜生物反應(yīng)器的模擬與優(yōu)化研究.pdf

1、膜生物反應(yīng)器（Membrane bioreactor, MBR）因占地面積少、出水水質(zhì)好、剩余污泥量少等優(yōu)點而在水處理領(lǐng)域得到越來越廣泛應(yīng)用，但膜易污染以及運行能耗高是制約MBR發(fā)展的關(guān)鍵因素。本研究基于CFD技術(shù)，以膜生物反應(yīng)器MBR為研究對象，開展CFD特征的模擬與優(yōu)化研究。從膜組件不同布置高度和不同曝氣強度對MBR內(nèi)在流場的影響，研究MBR水力學參數(shù)和膜污染以及能耗情況，從而為MBR的優(yōu)化設(shè)計提出依據(jù)，對膜污染的預(yù)防和運行參數(shù)決策

2、進行有效研究，為開發(fā)低耗高效的MBR提供科學依據(jù)和技術(shù)支持。本課題結(jié)合課題組之前研究的一體式MBR簾式膜組件進行計算流體力學(Computational Fluid Dynamics,CFD）模擬分析,得出主要研究成果如下：
　?。?）膜組件距離底部50mm時總體氣含率分布不均勻，曝氣速度和湍動能均偏低，在進氣口氣體含量及速度較高，其他地方氣體含量及速度偏低，膜組件兩側(cè)氣體分布較低，總體湍動能均較小，氣水紊流程度極低，不利于膜組件

3、沖刷。
　?。?）膜組件距離反應(yīng)器底部150mm時，氣體在反應(yīng)器底部含量較高，膜組件的上半部分氣體含量驟減至很低，整體湍動能較小，且不均勻，不利于氣水的均勻紊流。一定的曝氣量經(jīng)過一定距離后流量分散，難以集中在膜組件中間，雖然在底部氣水混合性良好，此時氣水兩相在膜組件表面及兩側(cè)的紊流程度不夠理想。
　?。?）膜組件距離底部100mm時氣體含量呈柱形上升，在膜組件的中間位置開始分散，并以膜組件為中心呈對稱分布，在左右兩邊有個下降

4、減小的趨勢，在膜組件中間位置氣體含量及大小均勻穩(wěn)定，利于氣水兩相流的混合，整體曝氣速度均勻，產(chǎn)生的渦旋比較規(guī)律穩(wěn)定，膜組件沖刷效果好。膜組件距離底部100mm時不會導致下部氣水紊流程度過于劇烈，還可以使氣水兩相在整個MBR反應(yīng)器中均勻穩(wěn)定規(guī)律的運行。
　?。?）在膜組件距離底部100mm，曝氣強度為0.1m/s時產(chǎn)生的氣體含量非常少，整個流場低值流區(qū)較多且大小不均勻，膜組件中間沖刷強，兩邊膜面沖刷弱的情況非常明顯。
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5、）在膜組件距離底部100mm，曝氣強度0.5m/s時氣體底部含量及速度過大，膜組件上表面氣體含量及速度很低，氣體集中在部分膜絲，還有部分膜絲未被氣流完整沖刷，膜組件未能充分有效利用造成浪費，在反應(yīng)器左右兩側(cè)速度過大，氣水混合程度過高，不利于均勻充分混合且過快的氣體速度也加劇了細小物質(zhì)的形成加劇膜污染的發(fā)生。
　?。?）在膜組件距離底部100mm，曝氣強度0.3m/s時氣體在膜組件里面和外側(cè)都有較均勻的氣體含量分布，氣水混合程度好，