一体式A2_O-MBR内的DO分布模拟及影响因素研究

第36卷第1期2016年2月膜科学与技术MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYVo1．36No．1Feb．2016一体式A2／O-MBR内的DO分布模拟及影响因素研究袁星，杨敏，罗南，樊耀波(中国科学院生态环境研究中心，北京100085)摘要：基于计算流体力学(CFD)的方法，将氧传质模型与之进行耦合，对一体式A。／o—MBR内部流场特性及溶解氧(DO)浓度分布进行模拟，并且分析了曝气量、污泥浓度及气泡直径对DO分布的影响．研究结果表明，随着曝气量的增大，DO浓度升高，好氧区域范围扩大；随着污泥浓度的增大，DO浓度随之降低，而对液体流速的影响不明显；随着气泡直径的增大，DO浓度明显降低，膜面剪切力则明显升高，而反应器内部速度场变化不显著．研究发现存在一个较低的曝气量和适中的气泡直径，使一体式A／o—MBR可在较低能耗的条件下，较好的满足脱氮除磷条件及内部流场强度的需求．关键词：计算流体力学；氧传质；一体式A／o—MBR；DO分布中图分类号：X7O3．1文献标志码：A文章编号：lO07—8924(2016)01-0061-11doi：10．16159／j．cnki．issnl007—8924．2016．O1．011A。／o—MBR因其具有脱氮除磷功能和出水水质优异，已在城镇污水再生利用中得到规模化应用，已有数座万吨级A。／o—MBR应用于实际污水的处理中_1]．但A。／o—MBR仍存在着自身的缺陷，如膜污染严重及能耗高l_1等问题．为了节能和结构优化，赵曙光等]构建了一种一体式A。／o—MBR，发现其在低曝气量条件下运行可行．但由于该反应器是在膜池好氧曝气条件下，利用膜池气升动力推动反应器各单元的水力循环，在厌氧、缺氧及好氧各单元能否达到需要的DO浓度对一体式A2／o—MBR的确立至关重要，因此在探索一体式A。／O—MBR内部流场特性的同时，了解其DO分布情况，考察其能否满足厌氧、缺氧及好氧的运行条件十分必要．相比实验研究，计算流体力学(CFD)方法具有资金投入少、设计速度快、信息完备、仿真能力强等优点_3]，已成为设计、优化和放大的有力工具．已经有一些学者将CFD与氧传质模型耦合用于水处理工艺的研究(见表1)．Yannick等_4]研究了曝气池中的氧传质过程，通过将实验数据与模拟数据进行比较，得出模型的整体误差值在4-5左右．Guo等_5]利用CFD一氧传质耦合模型模拟研究了氧化沟内的DO分布问题，发现DO分布规律与流场分布规律吻合较好．Le等[6]用CFD一氧传质耦合模型模拟了活性污泥反应器内氧气质量传递和生物反应过程，并进行了验证．Val~rie等[7]研究了曝气二沉池内的氧传质过程，将实验数据与模拟结果进行对比，发现模拟与实验结果较好吻合．然而，目前尚未见将CFD与氧传质模型耦合用于对MBR，特别是对一体式A／o—MBR中流场及DO分布模拟研究的报道．本文将氧传质模型与计算流体力学耦合并将其应用于对一体式A2／O—MBR流场及DO分布的研究，考察不同操作条件对反应器中DO分布的影响，探讨其内部流场特性，以便为一体式A／o—MBR及类似反应器的研究、设计及应用提供科学与技术参考．收稿日期：2015—03—22；修改稿收到日期：2015—05—28基金项目：国家自然科学基金(51278483)第一作者简介：袁~(1989一)，女，浙江嘉兴人，硕士生，研究方向为计算流体力学(CFD)氧传质模型耦合方法在一体式A0一MBR中的应用研究．E-mail：smile19891027@126．com．*通讯作者，E-mail：ybfan@rcees．ac．cn