循環(huán)推流式固定化微生物反應器的設計及優(yōu)化研究.pdf

1、城鎮(zhèn)生活污水是一種潛在的水資源，對其凈化處理并再利用，既能減輕水體污染程度，改善生態(tài)環(huán)境，又能解決城鎮(zhèn)的缺水問題。固定化微生物技術因其獨特的優(yōu)越性成為污水處理及環(huán)境保護領域的研究熱點。然而現(xiàn)有的固定化微生物反應器不適用于較為分散、難以收集且多滯留在水深較淺的湖塘、水洼等區(qū)域的城鎮(zhèn)生活污水。
　　針對廣西壯族自治區(qū)寧明縣愛店村某生物氧化塘污水處理項目，嘗試研發(fā)設計一種循環(huán)推流式固定化微生物反應器。主要包括反應器簡體設計、固定化微生物

2、載體的選擇以及曝氣系統(tǒng)的設計。反應器內(nèi)流場的流體力學行為十分復雜。通過對氣-液-固三相模型的簡化、氣液兩相流的形態(tài)研究、氣-液相間氧的傳質(zhì)以及循環(huán)推流原理分析，有助于明確影響反應器性能的設計參數(shù)，為進一步改善和優(yōu)化反應器的結構提供依據(jù)。
　　根據(jù)曝氣頭安裝高度分別為650mm，750mm，850mm，定義方案A、B、C為三種不同結構反應器。利用計算流體力學軟件Fluent6.3對反應器內(nèi)部流場進行數(shù)值模擬。通過對流體速度云圖、速度

3、矢量圖以及液相出口速度分布圖進行分析，結果表明方案A中曝氣頭上方出現(xiàn)大的漩渦，且液相流速小于0.25m·s-1;方案C中曝氣產(chǎn)生的軸向力不能充分帶動液相流上升，且二分之一出口面積的液相速度小于0.05m·s-1;方案B既有充足的升程供空氣與水之間的氧的傳質(zhì)，又有較高的液相出口速度保證流體的循環(huán)。因此方案B是最佳方案，即最佳曝氣安裝高度為750mm。同樣方法對曝氣量不同的方案B、D、E進行數(shù)值模擬，其模擬結果為方案E，即曝氣量為0.5kg

4、·h-1時，液相出口速率最大，有利于流體循環(huán)。為驗證數(shù)值模擬結果的準確性和可靠性，設計一套試驗方案:以清水作為試驗對象，利用Na2SO3作為還原劑進行消氧，CoCl2作為催化劑加快消氧速率。由不同曝氣頭安裝高度的溶解氧變化曲線圖可知，與方案A和方案C相比，方案B充氧速率較快;由不同曝氣量的的溶解氧變化曲線圖可知，方案E的充氧速率最快。實驗結果均與數(shù)值模擬結果一致。
　　將優(yōu)化后的反應器置于氧化塘內(nèi)運行，經(jīng)過30天的水質(zhì)監(jiān)測，水體中