移动床生物膜反应器（MBBR）中气泡羽流运动规律的研究

移动床生物膜反应器（MBBR）是一种新型高效低能耗的生物废水处理装置，在我国具有广阔的发展前景。本项目拟综合开展实际工况下MBBR的气泡羽流曝气效率的研究，揭示MBBR中气泡羽流运动与氧传质及污水处理效率之间的关系。实验方面，拟发展适用于高含气率气泡羽流的PIV测试技术，研究不同滤料厚度、供气方式和纵横比条件下的气液两相流运动及氧传质规律，得到最佳气泡羽流运动形式下在滤料不同位置生物膜中的微生物种类和数量及其生长规律。理论方面，拟建立适用于MBBR特点的欧拉-拉格朗日两相流动传质数学模型，探索MBBR中曝气对污水处理效率的影响，阐明气泡羽流规律对污水处理效率的影响机理，揭示提高污水处理效率的方法。本研究将推动多相流测试技术发展，为移动床生物膜反应器提供优化设计准则，为我国城镇和新农村的污水处理提供经济有效的新方法，具有重要的学术意义和实际应用价值。

曝气池是污水好氧生化处理系统中普遍采用的重要构筑物，曝气池内的气泡羽流运动分布规律直接影响到曝气池内气-液-固三相的接触和混合效果，同时也影响着曝气过程中气相中的氧向液相中迁移转换的速率，进而影响到污水净化的效果和运行能耗。因此，进行曝气池内气泡羽流运动分布特征和氧转移规律的研究，可以为曝气系统的优化设计提供理论参考依据，具有重要的理论和工程研究价值。本项目针对MBBR中的气液两相羽流运动和氧传质过程开展研究，通过发展先进的气液两相PIV测试技术，研究气泡羽流运动的基本规律以及气泡羽流中气相、液相的运动规律，用二值化图像处理和灰度值校准图像处理两种方法研究两相的全流场的瞬时速度分布、紊动强度等，探索MBBR中曝气对污水处理效率的影响，阐明气泡羽流规律对污水处理效率的影响机理。同时对MBBR的动力学模型进行精细算法的研究及优化，定量确定相关参数。利用气泡羽流理论以及相关的反应器生物反应动力学理论，对移动床生物膜反应器进行系统的理论研究，探索气、液、固三相的传质代谢规律以形成较为完整的理论体系。结合有关污水处理领域的研究成果，为MBBR中高效率的汽水比、曝气频率和强度提供理论依据，揭示提高污水处理效率的方法，为设计技术与经济最优的移动床生物膜反应器和MBBR技术的最终国产化奠定基础。