中空纖維膜生物反應(yīng)器水動(dòng)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(shí)際工程應(yīng)用的關(guān)鍵因素.本文基于計(jì)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(duì)象,建立了單根膜絲與全組件的流動(dòng)和傳質(zhì)模型,系統(tǒng)展開了膜生物反應(yīng)器的水動(dòng)力學(xué)條件的模擬與優(yōu)化研究.

2、
　　本文研究了膜過(guò)濾過(guò)程中污染物顆粒的微觀堆積結(jié)構(gòu)對(duì)膜組件的流動(dòng)分布均勻性和膜污染程度的影響.模型實(shí)現(xiàn)了污染物在膜表面的累積過(guò)程的模擬,結(jié)果顯示膜表面的截留作用對(duì)膜通量分布具有重要影響,高孔隙率的濾餅層沉積會(huì)導(dǎo)致沿膜絲長(zhǎng)度方向上的通量分布和濾餅層分布不均勻的現(xiàn)象,這會(huì)減少過(guò)濾過(guò)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(duì)較高的過(guò)濾流量,短期來(lái)看其產(chǎn)水性能較優(yōu).
　　在中空纖維膜微濾過(guò)程動(dòng)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(zhǎng)度兩個(gè)方面對(duì)過(guò)濾過(guò)程中流場(chǎng)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(guò)濾的固有特性,是由于其膜內(nèi)外通道內(nèi)的流動(dòng)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(guò)濾期間的通量分布不均勻性最小.同時(shí)增加膜長(zhǎng)會(huì)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(guò)濾的進(jìn)行不斷演變,短期的過(guò)濾在膜污染的自我調(diào)節(jié)作用下通量的不均勻分布會(huì)有所改

4、善,但是長(zhǎng)期過(guò)濾后仍會(huì)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(gè)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(duì)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(guò)對(duì)氣含率、流場(chǎng)流速和剪切力的分析表明,當(dāng)膜間距為減少時(shí)整個(gè)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)