全混式厌氧反应器搅拌方式分析与优化_朱洪光

2011年6月农业机械学报第42卷第6期全混式厌氧反应器搅拌方式分析与优化#朱洪光毕峻玮石惠娴(同济大学现代农业科学与工程研究院，上海200092)【摘要】采用流体动力学模型对全混式厌氧反应器内的流场进行三维稳态数值模拟。研究搅拌器不同安装方式对上层和下层扰动的影响，以达到消除上层结壳和扰动下部污泥层的目的。结果显示，单纯提高搅拌器的安装高度难以改善运行情况。双层搅拌方式下，4.3m层流速较原始安装位置可提高90.90%，0.2m层流速可提高20.94%。工程实践表明，改造后的搅拌方式可以有效减少浮渣，同时扰动污泥，提高运行效率。关键词:厌氧反应器完全混合式搅拌方式计算流体动力学中图分类号:S216.4;TK6文献标识码:A文章编号:1000-1298(2011)06-0127-05AnalysisandOptimizationofDifferentMixingMethodinCompletlyMixedDigestersZhuHongguangBiJunweiShiHuixian(ModernAgriculturalScienceandEngineeringInstitute，TongjiUniversity，Shanghai200092，China)AbstractThecharacteristicsoftheflowfieldincompletlymixedbiogasdigesterwerestudiedbycomputationalfluiddynamics(CFD)．Effectsofdifferentinstallationwayofagitatortothedisturbancesintheupperandlowerlayerwereanalyzed．Theresultsshowedthatincreasingofagitatormountingheightwasdifficulttoimprovetheflow．Therefore，thedouble-mixingwasusedinthebiogasdigesters．Comparedtotheoriginalinstallation，flowspeedcouldincreaseby90.90%inthe4.3mlayerand20.94%inthe0.2mlayerwiththedouble-mixing．Theactualprojectalsoshowedthatthismodifiedmethodcouldreducescum，disturbsludgeandimproveoperationalefficiency．KeywordsAnaerobicreactor，Completlymixed，Mixingmode，Computationalfluiddynamics收稿日期:2010-12-08修回日期:2011-02-25*国家自然科学基金资助项目(51078287)、“十一五”国家科技支撑计划资助项目(2008BADC4B05、2008BAJ08B0)、上海市科委资助项目(07DZ12050)和上海市科委科技发展基金资助项目(09391910700)作者简介:朱洪光，副教授，主要从事以沼气为中心的生物质能源工程研究，E-mail:zhuhg@tongji．edu．cn引言规模化沼气工程作为生物质能源开发技术之一，已经成为当今研究热点和重要应用领域。在规模化应用中，浮渣问题是沼气工程中存在的突出问题。大多数沼气池在静止状态下，都会分为3层:上层为漂浮的浮渣层，中层为浓度较低的中间层，下层为污泥层。生物降解过程大多发生在污泥层中，在这层中可生物降解的有机物在缺氧的情况下产生甲烷、二氧化碳和其他一些微量元素，如氢气、硫化物、氮等。多数生物菌种都集中在污泥层。浮渣层有潜在的产甲烷能力，许多浮渣物质都是未经分解的轻质有机物，而中间层的产甲烷能力最低［1］。沼气池运行一段时间后，一部分发酵原料上浮产生浮渣，日积月累进而形成结壳。比如上海港某集中供气工程内，运行3个月，有近2m厚的浮渣并形成结壳。主要发酵原料是猪粪与芦笋的混合物。结壳的形成，导致池内产生的沼气集聚受阻，有效容积和贮气室体积减小，原料利用率降低，产气量减少。结壳严重时，还会使正常的沼气池变成废池。为解决浮渣问题，首先要在厌氧发酵前的预处理阶段进行剪切，切断长的杂草。其次，还需考虑如何在反应器内使浮渣与发酵液充分混合，通过生物降解和水力循环减少浮渣。各地的沼气工作者研制了一些沼气搅拌和破壳装置，但因增设了比较复杂的装置，推广困难。或者采用“休池”等方法，即每年让沼气池停止运行5～7d［2］。但这不适合较大型的沼气工程。完全混合式(CSTR)厌氧反应器是较为常用的一种反应器形式。在完全混合式厌氧反应器