《曝氣池內水力特性及氧轉移效率的試驗和數值模擬研究》是依託四川大學，由張法星擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：曝氣池內水力特性及氧轉移效率的試驗和數值模擬研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張法星
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
曝氣池為污水生化處理工藝中最重要的構築物之一，其運行狀態及池中氧轉移效率的高低直接影響到最終處理效果，並與運行成本直接相關。根據對現有國內外污水廠曝氣池運行狀況的調查，池中較普遍存在氣泡時空分布不均的現象，導致氧轉移在曝氣池中的分布差異，從而影響處理效果和運行成本。本研究擬通過對曝氣池機理模型中在不同曝氣條件下氣泡雲團時空分布、氣泡尺寸、氣泡速度及其與水流速度、水溫等因素關係的測量，探明曝氣池中氣泡與曝氣方式及水流的相互作用機制；通過在機理模型中對不同氣泡運動特徵條件下總溶解氣體及溶氧分布的測量，建立起總溶解氣體、溶氧與氣泡運動特徵、水流特性等相關參數的關係；通過對實際曝氣池中總溶解氣體分布、溶氧分布及水流狀態的測量，補充室內模型試驗數據；根據獲取的第一手數據，建立並驗證可以模擬水流和氣泡及總溶解氣體/溶氧分布的數學模型；分析實測數據與數值模擬結果，提出改善曝氣效率的關鍵問題及解決方案。
結題摘要
曝氣池為污水生化處理工藝中最重要的構築物之一，其運行狀態及池中氧轉移效率的高低直接影響運行成本。本項研究採用針式摻氣濃度儀測量了不同通氣量下氣含率的分布和氣泡上升速度，發現氣含率分布為對稱三角形分布形式，不同於常見的氣泡羽流氣含率的高斯曲線分布，氣泡上升速度隨通氣量的增加而增大。輔以數字圖像處理技術得到了氣泡等效直徑的分布規律。利用PIV測速系統測量了氣泡羽流外圍的水流速度，得到了平均流速和瞬時流速的特點。採用溶氧儀測得了典型曝氣池內氧轉移係數KLa的分布特點。研究了曝氣器布置方式、水深和通氣量對氧轉移效率的影響。採用歐拉－拉格朗日方法建立了曝氣池內氣泡羽流的水氣兩相流數學模型，其中水流計算採用大渦模擬，氣泡運動軌跡通過求解氣泡受力平衡方程來計算，通過相間作用力的相互交換實現水相與氣相的耦合計算。並對數學模型進行了驗證。研究了氣泡直徑分布的設定對計算結果的影響。在已建立的氣泡羽流數學模型基礎上加入描述溶解氧生成和擴散的控制方程來計算氧轉移過程，採用了雙重時間尺度方法解決了計算時間過長的問題。得到氧濃度的變化過程和由此計算的KLa值均與實驗結果吻合較好。氣泡中氧氣轉移到水體中所需時間遠大於水中溶解氧擴散到其它位置所需的時間，溶解氧的擴散過程主要受水流對流運動控制。在設計曝氣池時應考慮加大水體對流以加快溶氧擴散，提高曝氣效率。
