厌氧折流板反应器的水力特性实验与流场模拟研究

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1、授予单位代码10459学号或申请号05311936密级郑州大学硕士学位论文论文题目:厌氧折流板反应器的水力特性实验与流场模拟研究作者姓名:耿亚鸽学科门类:工学专业名称:环境工程导师姓名、职称:张浩勤教授刘金盾教授2008年5月20日TheHydrodynamicCharacteristicExPerimentandFlowFieldSimulationResearchofAnaerobicBamedReactorDissertationsubmittedtoZhengZhouUniversityfortheMaster’5Degreeo

2、fEngineeringbyGengYageSuPervisors:ProfessorZhangHaoqinProfeSSorLiuJindunMay20，2008郑州大学硕士学位论文摘要随着世界能源日益短缺、废水污染日益严重及废水中污染物种类日趋复杂，废水厌氧生物处理技术以投资省、能耗低、可回收沼气、负荷高、产泥少、耐负荷冲击等优点而受到越来越多的重视。厌氧折流板反应器(AnaerobicBaffiedReactor，简称ABR)作为一种新型高效、极具应用前景的厌氧反应器，近年来得到了高度重视和大量的研究，目前这些研究主要集中在ABR

3、对各种废水的处理效果方面，而对反应器的流场分布与水力特性方面的理论研究还较少。ABR反应器内的流体动力学特性决定着基质和微生物的接触程度，控制着反应器内物质的传输，因而水力特性是影响其处理效率的重要因素。ABR反应器的水力特性主要表现在反应器中流体的流动方式、厌氧污泥与基质的混合程度、反应器的容积利用率以及废水在反应器内的实际停留时间等方面。本实验室在河南省杰出人才创新基金(项目号No.0521001400)的资助下，做了ABR反应器处理奶牛场废水的研究，取得了较好的效果。本文拟研究ABR反应器的水力特性和流场分布情况，为进一步的应用研

4、究提供理论基础。实验采用以NaCI作示踪剂，通过脉冲刺激响应实验，用停留时间分布(ResideneeTimeDistribution，简称RTD)法，对ABR反应器的水力特性进行了宏观分析和定量研究。实验研究了HRT从60min到540min的变化情况，结果表明，随HRT的增大，ABR的死区容积分数减小，串级模型参数N增大，扩散模型参数Pe增大，ABR内的返混程度减小。HRT小于433min的区域，死区容积分数减小很快;在HRT二433min，死区容积分数约为0.076，但继续增大HRT，死区容积分数减小很慢。综合来看:在很宽的流速范围

5、内，ABR反应器的水力死区较小，说明其结构优良。HRT的数值决定了死区容积分数，对于本实验所选的ABR反应器，在处理实际废水时，最好保持HRT在420min以上。为进一步研究ABR反应器内部的详细流场分布情况，采用Flueni软件对所选ABR反应器在清水流场下的流动情况进行了数值模拟。在模拟时，分别以HRr二60min和HRT二420min为例，选用k一湍流模型和层流模型进行了两种模拟。结果显示:湍流运动时，ABR反应器的水力死区主要发生在反应器底部角落处和上流室的中部;层流运动时，反应器的水力死区显著减小;数值模拟研究声郑州大学硕士学

6、位论文结果和宏观表征研究结果相一致。借鉴早期实验结果和模拟分析，作者对实际工程应用中ABR反应器结构尺寸和工艺参数的选取进行了分析讨论，提到了一些工程实例可以为ABR反应器的设计提供有益的参考。众所周知，在ABR反应器内，活性污泥与污染物之间的生物反应以及通过活性污泥的传递过程对ABR效果具有决定性的影响，建议进一步做好这方面的计算机模拟研究工作，如何对模拟结果进行验证也需要认真地研究。虽然软件模拟有其局限性，CFD软件在废水处理设备的研发和设计方面还有广阔的应用前景和市场。关键词:厌氧折流板反应器(ABR)，水力特性，停留时间分布(R

7、TD)，计算流体动力学(CFD)，Rueni软件，流场模拟丫郑州大学硕士学位论文AbstraCtWiththegrowingshortageofenergy，worseningPollutionofwastewaterandgrowingeomPlexityofthetyPesofPollutantsinthewastewater，anaerobiebiologicaltreatmentteehnologyhavebeenPaidmoreandmoreattentiontobecauseofitslowinvestment，lowene

8、rgyeonsumPtion，availablemethane，high一load，10w一mud，imPact一resistant10ad，and50on.AsanewtyPeofhighlyeffiei