IC厌氧反应器新型布水系统研究

摘要

IC厌氧反应器是新一代污水处理的高效反应器，作为目前最高效的厌氧反应器之一，其广泛应用于造纸、啤酒生产、食品加工等领域的污水处理中。该类型反应器设计的关键是如何使罐体内形成均匀稳定的内循环流动，而其性能则主要受控于布水器的结构形式、布孔方式及进水流速等。根据工程应用经验，IC厌氧反应器现有布水器结构复杂，加工难度较大，成本较高，同时还存在排泥困难及排泥死角问题。针对该情况，本文对IC厌氧反应器的布水结构进行优化设计，并在对反应器内流场进行大量三维非稳定流数值分析的基础上，确定新型布水器结构的尺寸参数，并通过数值分析及实体模型试验，对新型布水器结构作用下的IC厌氧反应器使用性能进行分析研究，取得了较好的效果。本文的主要研究内容有:
　　(1)现有布水器结构分析。系统分析第三代IC厌氧反应器的运行特点及相关研究理论及方法，重点分析IC厌氧反应器现有布水器结构的优缺点，并对相关研究资料进行分析总结。
　　(2)新型布水器结构优化设计。根据单孔及多孔布水器结构相关理论，尤其以环状管网布水器结构的相关理论为基础，对现有布水器结构进行改进设计，将布水器结构由原来的叶片叠加式锥形结构设计为倒锥形一体式结构，布水孔采用柱状孔。
　　(3)新型布水器结构作用下的IC厌氧反应器数值分析。查阅有关计算流体力学数值计算资料及工程实例，建立新型布水器机构作用下的IC厌氧反应器几何模型，并通过数值计算确定新型布水器结构的规格尺寸，以及对该新型反应器内流场特性进行分析。
　　(4)现场实体模型试验。建立实体模型，并进行现场实体模型试验，通过观测、定量及定性分析方法研究新型布水器布水效果、IC厌氧反应器的正常使用性能及新型布水器结构的排泥效果，并与数值分析结果进行对比分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 厌氧生物处理技术及研究进展

1．2．1 厌氧处理技术

1．2．2 第一代厌氧反应器

1．2．3 第二代厌氧反应器-UASB反应器

1．2．4 IC厌氧反应器

1．3 IC厌氧反应器国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 研究内容和技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

第二章 IC厌氧反应器流动特性研究方法

2．1 CFD技术简介

2．2 CFD技术在生物废水处理方面的应用现状

2．3 计算流体力学数学模型

2．3．1 控制方程

2．3．2 湍流模型

2．3．3 多相流模型

2．4 小结

第三章 IC厌氧反应器现有布水器结构优化设计

3．1 布水器的类型及其优缺点

3．1．1 点布水器

3．1．2 线布水器

3．1．3 面布水器

3．2 布水器优化设计的原则

3．3 布水器结构布水均匀性特性分析

3．3．1 布水均匀性理论分析

3．3．2 新型布水器结构布孔方式确定

3．4 新型布水器结构部分结构参数确定

3．5 小结

第四章 IC厌氧反应器流场数值分析方法研究

4．1 流动相似与相似准则

4．2 数值分析计算过程

4．2．1 基本假设

4．2．2 几何模型的确定

4．2．3 几何模型网格划分

4．2．4 边界条件设置

4．2．5 计算求解器的设置

4．3 布水器使用性能的评判因素

4．4 COMSOL数值分析结果

4．4．1 气体折算系数确定

4．4．2 新型布水器结构参数确定

4．4．3 新型布水器反应器污泥颗粒运动分析

4．5 布水器布水均匀性研究

4．6 小结

第五章 IC厌氧反应器实体模型试验

5．1 实体模型的建立

5．2 试验材料

5．3 新型布水器布水效果分析

5．4 新型布水器正常使用性能分析

5．5 新型布水器排泥效果分析

5．6 小结

第六章 结论与展望

6．1 全文总结

6．2 结论

6．3 本文的创新点

6．4 研究的不足及展望

参考文献

致谢

硕士期间参与的科研项目

硕士期间发表的学术论文

硕士期间获得的奖励