廢水處理技術研究

　生物流化床應用于廢水處理已有近30年的歷史, 在多種污(廢)水處理場合已得到了廣泛應用.由于生物流化床在水處理應用方面具有微生物相多樣化、微生物濃度高、耐沖擊負荷能力強、比表面積大、氧傳質效率高等優點, 國內外研究者一直對生物流化床的填料設計、結構優化及其新型流化床的開發有著濃厚的興趣, 但傳統結構的生物流化床在應用中仍存在如下問題：固液分離時間大于反應時間的結構不合理現象;大型化的瓶頸問題;反應器停止后再啟動流化困難;固液接觸面摩擦較弱易造成載體生物膜細胞傳質濃度邊界層趨向穩定而制約傳質效率;相間相對流動速度差小, 作用于生物膜的水力剪切力較弱, 載體生物膜新舊菌體更新速率慢, 影響了生化代謝效率等.針對傳統生物流化床的特點, 本課題組將四邊形生物流化床、膜生物反應器、折流式厭氧反應器與生物流化床相結合, 設計出一種新型生物流化床—四邊形折流式膜生物流化床.反應器整體為長方體結構且保留了傳統生物流化床塔式結構;下部采用了折流板與導流錐設計出一個進水角度, 利用該角度來沖擊反應器底部填料, 提高了填料的利用率, 實現了再啟動流化容易;上部采用了浸沒式膜組件, 利用氣、固、液三相沖刷膜組件, 降低了膜污染, 解決了載體流失等問題.

　　目前, 關于生物流化床的動力學研究大多是運用脈沖響應法、數值模擬、壓差法和光纖探頭測速法等, 這些研究成果較好地揭示了三相生物流化床的動力學特性, 但浸入式測試技術具有時空分辨率低、標定曲線具有不確定性等局限性, 對流場干擾是zui大局限;數值模擬大多認為固相為液體的一部分, 把氣液雙流體模型應用于氣、固、液三相流, 模擬和模型準確度不高, 均不能較真實地反應液相流態.粒子圖像測速技術(Particle Image Velocimetry, 簡稱PIV)作為一種對流場無干擾的瞬態全流場測試手段, 既具備單點測量技術的分辨率和精度, 又能獲得流場的整體結構和瞬態圖像.PIV的基本原理是在流場中布撒一些與流體跟隨性良好且具有良好的示蹤性和反光性的示蹤粒子, 用激光照射所測區域, 使用CCD相機獲取示蹤粒子的瞬時運動圖像, 設置適當的跨幀時間, 對拍攝的兩幅連續的圖像進行互相關計算, 根據兩幀圖像的位移和時間間隔, 從而得到流場的速度場.近十幾年來, PIV被廣泛應用在氣液兩相流流場測量中, 例如, 將PIV技術與激光誘導熒光法結合后測定了氣液兩相流的速度場, 并獲得了氣泡流態特性;應用PIV技術測試了多孔同時曝氣對近膜面液相速度場的影響.通過這些研究證明了PIV的準確性和可靠性, 為利用PIV分析四邊形折流式膜生物流化床內液相流場特性, 特別是在有少量填料時液相流場可視化研究指明了前景.

　　本文基于取樣法和PIV技術, 對四邊形折流式膜生物流化床在不同進水流量和曝氣強度組合的工況下的填料濃度和液相流場特性進行測量, 同時對填料濃度、流場特性和膜污染三者之間的關系進行剖析, 尋求流化床運行過程中節能的結構與優化的操作條件.