CFD_PBM模型下微孔曝气器布置方式的优化研究_杨亚红

CFD_PBM模型下微孔曝气器布置方式的优化研究_杨亚红给水排水Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．２２０１８１２５ＣＦＤ－ＰＢＭ模型下微孔曝气器布置方式的优化研究杨亚红刘林刚麻宏强胡家玮蔚阳（兰州理工大学土木工程学院，兰州７３００５０）摘要基于活性污泥微孔曝气池内氧气供需平衡理念，将曝气盘分三段按５９％、３１％、１０％比例递减式布置，基于ＣＦＤ－ＰＢＭ气液两相流模型，考察了氧化沟内流速、气含率、气泡大小分布等流体力学行为。结果显示，ＰＢＭ模型得到的曝气区气含率、气泡分布沿水流方向递减，减小了曝气设备能耗，优化了微曝氧化沟的供氧效率。在高度为４ｍ的上部区域，曝气区末端的流速要小于０．１２ｍ／ｓ，考虑到末端旋流作用及曝气器垂直流的影响，流速可以满足污泥不沉积。关键词微孔曝气群平衡模型氧化沟流态模拟气泡甘肃省自然科学基金Ａ类项目（１５０６ＲＪＺＡ０９９，１５０６ＲＪＺＡ０９６）；建工七七基金（ＴＪ２０１７－Ｇ０１）。０引言微孔曝气氧化沟结合了底部微孔曝气与水下推流技术，提高了氧化沟工艺的充氧效率，使泥水充分混合，能有效减少污泥沉积［１，２］。然而，在微孔曝气氧化沟工艺的运行过程中，受进水水质、水量及各工艺段间的相互影响，很难保持长期稳定的运行，局部区域存在流速分配不合理、曝气效果、溶解氧和污泥浓度分布较差的情况，限制了工艺的发展［３］。优化的关键在于提升主要耗能设备的利用率［４］，即微孔曝气设备。在池中曝气上游段，污水的耗氧速率较高，而曝气末端反应减弱，耗氧速率较小，溶解氧处于富余状态，耗氧速率与供氧速率在首末端的不平衡成为均匀布气方式的一大缺陷［５］。因此可以适当改变曝气器布置方式，在曝气后端减少曝气器数量，平衡池内的耗氧速率与供氧速率，优化曝气能效。目前已有污水处理厂在经过脱碳、硝化耗氧后选择将曝气池末端溶解氧控制在０．５～２ｍｇ／Ｌ，从而节省了曝气设备的电能消耗。本文基于ＣＦＤ－ＰＢＭ耦合模型［６］，研究递减曝气系统的可行性。群体平衡模型（ＰｏｐｕｌａｔｉｏｎＢａｌ－ａｎｃｅＭｏｄｅｌ，ＰＢＭ），可用于捕捉和描述多相体系中分散相粒子的大小分布情况，能够较好地适应反应过程的复杂性，这里的粒子可以是固体颗粒、液滴、气泡等形式［７］。由Ｒａｍｋｒｉｓｈｎａ等［８］对其进行了详细综述和展望，ＰＢＭ方法应用在气液两相流体系中形成了气泡群平衡模型，可以考虑到气泡间因聚并及破碎效应引起的大小变化