基于CFD优化的EGSB反应器处理含铬废水

摘要

含铬废水具有来源广、危害大等特点，对天然水体和人体健康均会造成一定威胁。在含铬废水的处理方法中，吸附法的应用最广，因为其拥有成本低、操作难度小、去除效率高等优点。最近，很多学者开始重点寻求价格低廉的生物吸附剂。本文利用计算流体力学手段优化了膨胀颗粒污泥床（Expanded Granular Sludge Bed,EGSB）反应器的三相分离器结构，并完成了对反应器的启动，最后利用EGSB反应器连续处理含铬废水。论文的主要研究内容和结论如下：
　　（1）借助计算流体力学手段分析不同挡板倾斜角θ下，三相分离区的流场特性及分离效果。结果表明，当θ为40°时，反应器的污泥流出率最小，且固相拥有较好的回流条件。
　　（2）完成了EGSB反应器的启动，并基于启动期的实验数据构建了前向型神经网络模型。在建模过程中，利用响应曲面法优化了神经网络模型的部分参数。验证实验结果表明，网络模型对出水COD浓度的预测误差均能控制在20％以内。
　　（3）利用厌氧颗粒污泥间歇吸附废水中六价铬，并利用各种拟合和表征手段对该过程进行分析。等温线和动力学分析结果表明，吸附过程比较符合Freundlich模型和伪二级动力学模型。红外和能谱分析结果表明，静电吸附、氧化反应和络合反应是Cr(VI)的主要去除机制。优化结果表明，当pH、吸附时间和污泥投加量分别为2.0、150min和1.67g时，Cr(VI)去除率为99.1%，实验验证值为99.9%。
　　（4）应用EGSB反应器连续处理含铬废水，在35d的运行期内，总铬去除率均保持在97%以上。当进水中Cr(VI)浓度高达50mg/L时，反应器的COD去除率仍维持在76%以上。

目录

声明

1 绪 论

1.1含铬废水的来源及危害

1.2含铬废水处理现状

1.3 厌氧颗粒污泥在重金属废水处理中的应用现状

1.4 EGSB反应器的研究现状

1.5 EGSB反应器的结构优化

1.6 响应曲面法应用现状

1.7 研究现状分析

1.8 研究的目的、意义与内容

2 基于CFD的ESGB三相分离器结构优化

2.1 EGSB几何模型和网格生成

2.2 气液固三相流模型的建立

2.3 模型的求解

2.4 三相分离器流场特性分析及结构优化

2.5 本章小结

3 ESGB反应器的启动

3.1实验材料和方法

3.2 EGSB的启动及结果分析

3.3 BP神经网络在EGSB体系中的应用

3.4 本章小结

4 厌氧颗粒污泥对六价铬的吸附性能研究

4.1实验材料和方法

4.2 AnGS表征结果

4.3 AnGS对六价铬的吸附性能研究

4.4 AnGS的解吸研究

4.5 基于响应曲面法的吸附条件优化

4.6 本章小结

5 ESGB反应器处理含铬废水

5.1实验材料和分析方法

5.2 反应器的运行及结果分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 建议

致谢

参考文献

附录1 神经网络模型代码

附录2 攻读硕士学位期间发表的学术论文