好氧生物流化床流体力学特性对水处理效果的影响机理研究

The anaerobic-aerobic fluidized beda new type of biological wastewater treatment device with high efficiency, low energy consumption.It treats.sewage by fludization solid filler.It has broad development prospects in china. This project intends to comprehensively carry out the mechanics characteristics gas-liquid-solid three phase flow in the reactor under actual conditions, reveal the relationship between filler and fluid ovement in the reactor and oxygen mass transfer and the sewage treatment efficiency. In the aspect of experiment, intends to develop PIV test echnology applicable to the reactor, study gas-liquid-solid three phase flow movement and oxygen mass transfer rule under different filler add.quantity, gas supply mode and aspect ratio conditions, get microbial type and quantity and growth rule in the biological membrane at different position in the reactor under the best form of liquid-solid movement. In the aspect of theory,intends to establish Euler-Lagrange three phase flow mass transfer mathematical model applicable to the liquid-solid fluidized bed features, explore the fluid motion of the sewage treatment efficiency influence in the reactor, clarify the gas-liquid-solid three phase flow rule of the sewage treatmentefficiency influence mechanism, reveal methods to improve the efficiency of sewagetreatment. This study will promote the development of multiphase flow testing technology, provide optimum design norms for the liquid-solid fluidized bed membrane bioreactor, provide new economic effective methods for sewage treatment in arid regions, has important academic significance and practical application value.

好氧生物流化床是一种新型高效低能耗的生物污水处理装置，利用流态化的固态填料处理液态污水，在我国这种水资源短缺的发展中国家具有广阔的发展前景。本项目拟综合开展实际工况下反应器中的流体力学特性的研究，揭示反应器中填料和流体的运动与氧传质及污水处理效率之间的关系。实验方面，拟发展适用于该反应器的PIV测试技术，研究不同填料类型、供气方式和操作条件下的三相流运动及氧传质规律，揭示不同流体力学条件下流化床生物膜中微生物种类和群落结构演替规律。理论方面，拟建立适用于液固流化床特点的欧拉-拉格朗日三相流动传质数学模型，探索反应器中流体运动对污水处理效率的影响，阐明三相流动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，为好氧生物流化床提供优化设计准则，为我国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。

污水的资源化处理对缓解我国水资源短缺具有重要价值。好氧流化床生物膜反应器（AFBBR）是一种高效处理污水的生物膜技术，在污水的资源化处理方面具有很好的应用前景，然而，该技术关于污水处理机制的研究仍不全面。本项目基于多相流动特性优化设计了一套好氧流化床生物膜反应装置，采用构建欧拉-欧拉-欧拉-PBM耦合数学模型揭示了曝气方式对多相流动特性的影响机制；在多相流动基础上探究了曝气方式对系统运行过程宏观和微观氧转移特性影响，解析了曝气方式对多相流动-传质的影响规律；为了探究多相流动-传质对生物中微生物的定向转化，污水处理效能和微生物群落特性被深入研究。研究结果显示，曝气方式改变影响了多相流动与氧传质特性分布状况；曝气量增加提高了气液固三相的紊动程度，曝气间距改变了影响了气相在柱体的分散程度，而曝气孔径改变了气泡直径分布状况；在曝气量5.77 m3/(h.m3污水)、曝气间距10mm、曝气孔径0.16mm条件下多相流动与气泡直径分布使得氧转移效能得到改善；曝气量5.77 m3/(h.m3污水)、曝气间距10mm和曝气孔径0.27mm对系统的高效运行较为有利；合适的曝气方式定向强化了功能微生物（AOB、NOB、DNB等）的生长代谢，提高了系统的脱氮除磷效能。这些研究从多相流动-传质角度揭示污水处理机制，对完善污水处理关键作用机制、优化污水处理效果具有重要价值，研究成果可为污水的资源化处理提供理论基础。