水力喷射-空气旋流耦合场强化高浓氨氮废水脱氨传质机理研究

我国工业排放的高浓氨氮废水已成为氨氮排放总量控制的主要污染源。针对高浓氨氮废水脱氨效率低、易结垢、堵塞等问题，提出了水力喷射-空气旋流耦合场强化废水脱氨方法与装置，较好地克服了这些问题。本项目拟采用计算流体力学数值模拟、高速频闪摄影、实验观察、电导测量、图像分析技术相结合的方法，多尺度研究耦合场中射流由稳定向扩展、偏移、分散、雾化等流态变化的流动条件；多射流的相互作用；液滴尺寸与分布；内壁液膜厚度沿轴向和切向的时均和瞬态分布规律等动量传递问题；用化学法研究比传质面积和液侧传质系数等传质问题；从液相表面张力和流变学特性变化角度，研究液相中固体微粒强化气-液传质机理；用计算流体力学数值模拟、压差与气相液含率测定结合，阐明气相压降突变机理。通过这些基础研究，全面理解流体耦合场强化传质的机理，并获得有关定量数学关系。以此为依据，对装置进行相似设计放大和调控实验，建立其设计和工程应用的理论基础。

我国工业排放的高浓氨氮废水已成为氨氮排放总量控制的主要污染源。针对高浓氨氮废水脱氨效率低、易结垢、堵塞等问题，课题组提出了水力喷射—空气旋流耦合场强化废水脱氨方法与装置，较好地克服了这些问题。围绕水力喷射-空气旋流器新型气液传质设备设计、放大和过程调控的实际工程需要，课题组采用计算流体力学数值模拟、理论分析与实验研究相结合的方法，多尺度地、系统地对水力喷射空气旋流器的构—效关系及其结构优化、射-旋流耦合场强化气液相间传质机理、微粒强化射-旋流耦合场传质、水力喷射空气旋流器气相压降特性及射流雾化机理与调控、旋流器内射-旋流耦合场模拟分析，以及水力喷射空气旋流器在烟气脱硫、除尘、含铬废水处理方面的气液反应效率评价及其传质机制等方面进行了研究，比较全面地揭示了该新型传质设备内射-旋流耦合场强化气液相间传质的机制，形成了设备设计、放大与过程调控的理论基础，研究成果有力地推动了水力喷射空气旋流器在实际复杂废水处理领域的工程应用。至项目结题时，发表学术论文14篇，其中EI收录10篇，获得重庆市科技进步三等奖1项，申请发明专利1项，培养研究生4名，其中博士1名，硕士3名。因此，在国家自然科学基金项目“水力喷射-空气旋流耦合场强化高浓氨氮废水脱氨传质机理研究”（批准号：21176273）的支持下，课题组已经较好地完成了申请书中所列的研究内容，实现了项目的预期研究目标。