机械搅拌厌氧消化池流态研究

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1、机械搅拌厌氧消化池流态研究(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：环境学院工程领域：环境工程申请人：芦汉超指导教师：王凯军教授联合指导教师：陈晓华博士二○一五年十二月ResearchontheFlowPatternsofMechanicalAgitationAnaerobicDigestorThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofMasterofEngineeringbyLuH

2、anchao(EnvironmentalEngineering)ThesisSupervisor:ProfessorWangKaijunAssociateSupervisor:DirectorChenXiaohuaph.D.December,2015摘要厌氧消化工艺可以同时实现固体废物处理和能源回收利用，在市政污泥、城市生活垃圾、餐厨垃圾、农业垃圾、禽畜粪便等固体废物处理中具有广泛的应用。厌氧消化过程是一个复杂的生物反应过程，混合效果对厌氧消化具有重要影响。目前对厌氧消化的研究主要集中在预处理、物料共消化，分级分相等旨在提高厌氧消化效

3、率的技术手段方面，对厌氧消化反应器流场特性研究较少。在厌氧消化池设计中，对消化池池型和搅拌强度的选择主要依靠设计经验。本课题结合示踪实验和计算流体力学（CFD），对小试规模的反应器以及工程运行中的生产规模消化池，进行停留时间分布（RTD）和流态模拟研究。以机械搅拌厌氧消化池作为研究对象，通过对多种污泥浓度、搅拌方式、消化池池型条件下厌氧消化反应器的流态特征进行研究，揭示机械搅拌厌氧消化池内部流场的流态特征和变化规律，明确影响厌氧消化池流场的主要因素。为工程设计提供指导和依据。其中CFD模拟过程中以水作为模拟介质，因此模拟结果仅对低浓度

4、消化物料有效。在小试实验中，通过对进料TS浓度分别为2.5、5.0和10.0g/L的污泥厌氧消化反应器进行示踪实验，发现污泥浓度以及采用连续或间歇两种搅拌方式，对消化池运行和内部流态特征没有影响。通过CFD模拟对不同高径比（H/D）圆柱形和卵形消化池模型进行研究。结果表明，搅拌器形式和消化池高径比H/D对消化池流场特征具有显著影响。中心搅拌的圆柱形消化池，H/D增加时，消化池平均流速降低；侧入搅拌消化池H/D提高时，平均流速也随之提高。卵形消化池流态特征基本不受高径比影响。对四座运行中的大、中型厌氧消化池进行示踪实验。各厌氧消化池的示

5、踪曲线和RTD曲线与理想CSTR曲线一致，消化池内部流态特征完全混合状态。各消化池内均存在一定比例的死区，但是物料的分散度都较高，基本不发生短流。顶入式中心搅拌厌氧消化池更接近CSTR反应器，侧入搅拌消化池偏离CSTR的程度高。CFD模拟结果显示，卵形消化池在中部混合效果较弱，圆柱形消化池内流场分布更加均匀。大型厌氧消化池宜采用大扭矩慢速搅拌器，不宜采用过高的搅拌转速和搅拌功率。关键词：厌氧消化池；机械搅拌；流态；示踪实验；计算流体力学IAbstractSolidwastetreatmentandenergyrecoverycanbe

6、achievedsynchronousbyanaerobicdigestion.Anaerobicdigestionhasbeenusedwithawiderangeofapplicationsinsewagesludge,municipalsolidwaste,foodwaste,agriculturalwaste,livestockmanureandothersolidwastetreatment.Asacomplexbiologicalreaction,theperformanceofanaerobicdigestionisaf

7、fectbymixingsignificantly.Currently,researchonanaerobicdigestionisfocusonsubstancepretreatment,co-digestion,temperaturestagedandbiologicallyphased(TSBP),andotherprocesstoimprovetheefficiencyofanaerobicdigestion.Studyonflowfieldpatterninanaerobicdigestorisdeficient.Desig

8、nofdigestiontankandstirringintensityisusuallydependsondesignexperience.Inthistopic,RTDandflowfieldpatternwasst