自搅拌厌氧反应槽的计算流体力学模拟及其应用
目前，厌氧过程在生物质固体废弃物、城市垃圾、餐厨垃圾以及污水处理中得到了广泛的应用。厌氧过程中物料的充分混合对于提高厌氧处理效果具有重要的影响，在生物质厌氧发酵和污水厌氧消化过程通常采用机械搅拌的方法使生物质物料或固液混合。小型和应用分散的厌氧反应器（厌氧发酵槽、化粪池和污水净化槽）由于受条件、成本和运维等因素的影响，其厌氧过程通常不安装机械搅拌，因而厌氧过程无法充分发挥作用。通过在厌氧反应器中设置U型管，利用厌氧反应产生的沼气势能对物料进行自动搅拌混合的厌氧反应槽(self-agitated tank)解决了小型厌氧反应器的物料或固液混合的问题。然而，自搅拌厌氧反应槽中物料混合均匀程度受反应槽内部结构、物料或污泥的粘度和密度等影响显著，该影响规律难以完全通过实验研究的方法获得。本文以计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)为研究方法，研究了自搅拌厌氧反应槽（被三个隔板分为四个区域）结构和尺寸的优化（反应槽内的空间比例分配、U型管的管径和反应槽内隔板位置），物料或污泥的密度和粘度、搅拌的频率对反应槽流体力学的影响，主要结论如下: 当污泥的SS在0-9.35g/L，粘度在1-120mPa·s时，此自搅拌厌氧反应槽对于固液混合均有一定的效果，且密度和粘度越小，效果越好。 随着一区所占反应器比例的增加，在三区和四区底部的污泥或物料的扰动越来越小。一区和二区底部的污泥或物料在一区的扩散量越来越多;当反应槽内的U型管管径大于2cm时，对固液混合的效果会有不利的影响，当U型管管径高于5cm时，反应槽内的混合效果甚微。反应器内流体密度和粘度的增加可以增大U型管管径的尺寸;在反应器的三个隔板中，第一隔板距离底部距离为5cm时，一区和二区底部的污泥或物料受到的扰动最大，第三隔板距离底部为10cm时，三区和四区底部的污泥或物料收到的扰动最大。 本文的研究成果完善了自搅拌厌氧反应槽内部各因素对其内流体流态的影响并提出了其在其他搅拌混合领域的借鉴意义。
自搅拌厌氧反应槽;结构优化;搅拌频率;计算流体力学
北京化工大学
硕士
环境科学与工程
杨晓进
2018
中文
TQ051.72;TQ050.3
103
2018-09-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）