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三相内循环生物流化床处理屠宰废水的试验研究

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三相内循环生物流化床处理屠宰废水的试验研究

作者：刘少北四川理工学院

学位级别：硕士

屠宰废水是一种典型业有机废水,高悬浮物浓度、高有机物浓度、高氨氮浓度。国内外研究处理屠宰废水的技术较多,但用流化床处理屠宰废水的研究还比较少。处理屠宰废水试验所用的三相内循环流化床是一种将传统污泥法与生物膜相结合的新型... 详细信息

屠宰废水是一种典型业有机废水,高悬浮物浓度、高有机物浓度、高氨氮浓度。国内外研究处理屠宰废水的技术较多,但用流化床处理屠宰废水的研究还比较少。处理屠宰废水试验所用的三相内循环流化床是一种将传统污泥法与生物膜相结合的新型废水处理装置,该装置吸收了化工操作中的紊流技术,具有生物浓度高,抗冲击能力强,结构紧凑,占地小等优点。实验内容主要包括三相生物流化床的挂膜启动实验和采用正交试验处理屠宰废水的试验。观察了活性污泥的微观结构,讨论分析了影响氧传质的因素并对流化床结构设计和操作条件提出建议,估算了运行的经济成本。研究结果表明： 1、试验采用的高效优势菌种有很强的有机物的去除能力,能够在很短的水力停留时间降解大部分有机物,采用具有较强吸附能力的颗粒活性炭做填料、湿密度略大于水,易于流化,表面有一定的粗糙度,易于挂膜,在实际应用中可行。 2、针对屠宰废水浓度高等特点,采用改进的快速排泥法,低负荷、低浓度、较短的水力停留时间启动生物流化床,在启动过程中逐渐提高进口浓度和增加曝气量和水力停留时间,水力停留时间不大于4小时。挂膜成功后,容积负荷高达6.34kg COD/(m3·d),通过显微镜观察,生物膜上生物相丰富。 3、采用极差方法确定各个主要工艺参数对去除率的影响主次顺序,绘制了进口浓度、水力停留时间、曝气量对COD和NH4+-N的去除率影响的趋势图;通过方差分析：进口浓度、水力停留时间对COD和NH4+-N的去除率有非常显著的影响;当载体充分并稳定流化时,曝气量对COD去除率影响相对较小,但对氨氮去除率影响也非常显著。 4、三相内循环流化床抗水力、水质冲击能力强,在较短的水力停留时间可降解大部分有机物,去除率明显高于其他工艺,由于三相内循环流化床内部混合均匀,延长水力停留时间,对低浓度的有机物去除率增幅很小,对出水要求高时,内循环流化床高效率会明显降低。 5、根据屠宰废水的特点,确定了适合本装置的最佳工作条件：Q=3L/min, HRT=6h, COD平均去除率91.83%,氨氮的平均去除率64.42%,COD和NH4+-N出口浓度分别稳定在102.12mg/L、18.43mg/L左右,能够达到《肉类加工工业水污染物排放标准》规定的二级标准。

关键词：内循环生物流化床屠宰废水活性炭正交试验

四边形折流式膜生物流化床内填料浓度及液相流场特性研究

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环境科学学报 2017年第11期37卷 4139-4149页

作者：董亮曾涛刘少北王勇张长练四川理工学院过程装备与控制工程四川省高校重点实验室自贡643000

针对研究开发的四边形折流式膜生物流化床,构建了气、固、液三相流可视化平台,应用取样法和激光粒子图像测速(PIV)技术剖析了不同进水流量和曝气强度组合对流化床内的填料浓度及液相流场特性的影响.结果表明,折流板上部形成的曝气死区,... 详细信息

针对研究开发的四边形折流式膜生物流化床,构建了气、固、液三相流可视化平台,应用取样法和激光粒子图像测速(PIV)技术剖析了不同进水流量和曝气强度组合对流化床内的填料浓度及液相流场特性的影响.结果表明,折流板上部形成的曝气死区,提高了升流区的填料浓度;折流板和导流锥形成的进水角度使流场冲击反应器底部的填料,提高了在低曝气强度下流化床的填料浓度,在实际运行过程可降低曝气能耗;四边形折流式膜生物流化床的结构特点导致填料与膜组件相互碰撞的概率增大,强化了膜污染的控制.曝气强度和进水流量的变化改变了液相的轴向返混强度和剪切力,进而改变了填料浓度,使气、固、液三相冲刷膜组件的作用增大,最终影响膜面传质系数和浓差极化边界层厚度,降低了膜污染.通过流化床结构的改变提高填料浓度和改善流场特性,为高浓度有机废水好氧生物的处理提供了一个研究方向.

关键词：粒子图像测速(PIV) 生物流化床湍动能气固液三相流小尺度涡

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四边形外循环膜生物流化床内液相涡结构特性

化工进展 2018年第3期37卷 893-905页

作者：董亮曾涛刘少北王荣麟张长练四川理工学院过程装备与控制工程四川省高校重点实验室四川自贡643000

针对研究开发的四边形外循环膜生物流化床,构建了气固液三相流可视化平台,应用激光粒子图像测速(PIV)技术分析了曝气强度对流化床液相流场特性的影响,结合涡量法和旋涡强度法分析了旋涡结构特性,初步剖析了流化床多相流运动形成的机理... 详细信息

针对研究开发的四边形外循环膜生物流化床,构建了气固液三相流可视化平台,应用激光粒子图像测速(PIV)技术分析了曝气强度对流化床液相流场特性的影响,结合涡量法和旋涡强度法分析了旋涡结构特性,初步剖析了流化床多相流运动形成的机理。结果表明,流化床液相速度随曝气强度的增加而增加,流化床形成的环流有助于控制和降低气泡的附壁效应,曝气量分布和气液掺混效果更好,提高了气含率并降低了能耗,最终提高了污水处理效果。由于流化床降流区和升流区的冲击,使整个流化床形成了大量的小尺度涡;填料在整个床体中长期和稳定的流化机理为大量的小尺度涡把受作用下沉的颗粒托浮起来;冲击使得气泡与气泡的碰撞、破碎及合并概率增大,进而增加气液传质效率;固液接触面摩擦增强,进而造成载体生物膜细胞传质浓度边界层趋向不稳定,进而增加了固液的传质效率;气固液三相冲刷膜组件有助于抑制膜污染。四边形外循环膜生物流化床在传质、流化和抑制膜污染上具有独特的优势,是高负荷有机废水好氧生物处理的开发方向。

关键词：流化床激光粒子图像测速旋涡强度法涡量法小尺度涡多相流

曝气-搅拌反应器内环流流场的PIV测量和POD分析

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水动力学研究与进展（A辑） 2021年第4期36卷 567-574页

作者：张建军曾涛刘少北谢君科四川轻化工大学机械工程学院宜宾644000

该文采用二维粒子图像测速技术(PIV)对曝气-搅拌反应器内环流流场进行测量,获得不同搅拌转速下流场的流速和涡量分布。应用本征正交分解(POD)方法提取流场主要相干结构,系统地研究了能量贡献和POD模式。结果表明:搅拌转速对环流流场的... 详细信息

该文采用二维粒子图像测速技术(PIV)对曝气-搅拌反应器内环流流场进行测量,获得不同搅拌转速下流场的流速和涡量分布。应用本征正交分解(POD)方法提取流场主要相干结构,系统地研究了能量贡献和POD模式。结果表明:搅拌转速对环流流场的影响体现在环流速度和涡量分布上,对流场的流型影响较小,高搅拌转速有利于提高混合效果和区域间的物质交换作用。前3阶模态表征环流流场最主要的相干结构,呈现层次化三尺度流动结构,第一个尺度主要与反应器的主流流动有关,通常由1阶模态表示;第二个尺度主要由大尺度的涡对来表示,体现在2阶和3阶模态中;第三个尺度表现为更均匀的小尺度涡,主要分布在搅拌区内和转速为1200r/min的2阶和3阶模态中。因此,增强低转速下的大尺度结构将有利于环流流动,提高反应器的混合效果。

关键词：曝气-搅拌反应器环流 POD方法 PIV

基于PIV技术的ABR反应器在不同HRT下的液相流态特性

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环境工程学报 2017年第6期11卷 3922-3928页

作者：董亮曾涛刘少北张长练谢君科四川理工学院过程装备与控制工程四川省高校重点实验室自贡643000

利用激光粒子图像测速技术(PIV)对ABR反应器的液相流态进行了研究,在水力停留时间(HRT)为3~58 h变化时,测试得反应器内下流室和上流室折流板内外侧关键截面的流场数据,获得了相关流场特征,包括速度矢量图、流线图谱和涡量场等。结果表明... 详细信息

利用激光粒子图像测速技术(PIV)对ABR反应器的液相流态进行了研究,在水力停留时间(HRT)为3~58 h变化时,测试得反应器内下流室和上流室折流板内外侧关键截面的流场数据,获得了相关流场特征,包括速度矢量图、流线图谱和涡量场等。结果表明,HRT对下流室和上流室的液相轴向、径向平均速度和平均涡量强度影响不同,液相回流面积随HRT的增加逐渐减小;下流室液相平均涡量强度随HRT的增加逐渐增加;上流室液相平均涡量强度随HRT的增加逐渐减小。下流室和上流室在特定HRT时产生涡流、沟流。在本实验条件下,当处理难降解或高浓度废水时,得出HRT为33 h时反应器整体流态最佳。

关键词：粒子图像测速技术折流式厌氧反应器水力停留时间流态特性关键截面

新型一体化无回流AAO装置除污效能研究与优化

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给水排水 2020年第S1期46卷 408-411,417页

作者：肖祥万曾涛张建军刘少北过程装备与控制工程四川省高校重点实验室自贡643000

利用导流板环流口和搅拌器共同作用产生的环流代替混合液回流系统而研发的新型一体化无回流AAO装置并进行污水处理试验,对装置快速启动、最佳曝气间歇进行研究,分析装置结构对污水处理效能的影响并进一步优化装置。结果表明,装置快速启... 详细信息

利用导流板环流口和搅拌器共同作用产生的环流代替混合液回流系统而研发的新型一体化无回流AAO装置并进行污水处理试验,对装置快速启动、最佳曝气间歇进行研究,分析装置结构对污水处理效能的影响并进一步优化装置。结果表明,装置快速启动后在持续曝气搅拌工况下,易出现菌种死亡,没有形成适宜的脱氮除磷环境。经曝气运行调试,最佳曝气间歇为曝气1h、停止2h依次交替。在最佳曝气间歇工况稳定运行1周后,出水各检测项目浓度均达到国家城市污水一级排放标准,其中COD、NH3-N平均去除率达到90%以上。但装置对TN和TP的去除率不高,主要原因是缺氧与好氧之间介质交换区域小而量大,针对此问题提出了一种提高TN和TP去除率的装置优化方案。

关键词：新型AAO装置无回流污水处理效能装置优化

折流板设备中流体停留时间分布与流动形态的对比研究

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过程工程学报 2021年第11期21卷 1269-1276页

作者：高章帆范沐易刘少北邹雄黄卫星四川大学化学工程学院四川成都610065

折流板结构在大空间设备中形成折流通道,以防止短路,从而使流体与换热管和颗粒床等内构件充分接触。停留时间分布(RTD)实验具有简单便捷的优势,针对设备中的短路与如何确定设备合理结构的问题分别设计了几组结构来进行RTD实验与流场数... 详细信息

折流板结构在大空间设备中形成折流通道,以防止短路,从而使流体与换热管和颗粒床等内构件充分接触。停留时间分布(RTD)实验具有简单便捷的优势,针对设备中的短路与如何确定设备合理结构的问题分别设计了几组结构来进行RTD实验与流场数值模拟研究。对比分析结果表明,设备中的短路和死区是相对存在的,通过RTD密度函数曲线的出峰时间及拖尾情况能判断设备中短路与死区的情况,该结论可以为设备设计提供理论依据。利用多釜串联模型的釜数及RTD曲线的出峰时间和方差分析了流量、折流板缺口面积及板距对设备中流体流动形态的影响;研究了设备中的压降,综合考虑设备的能耗和性能,提出了以RTD实验来确定折流板设备合理结构时最合适的釜数、出峰时间及方差。

关键词：停留时间分布流动形态短路和死区压降结构设计

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微生物菌剂处理含油废水的实验研究

水处理技术 2016年第6期42卷 64-66页

作者：刘少北曾涛胡光忠柳忠彬刘明四川理工学院四川自贡643000

溶解性含油污水是一种处理难度较高的有机废水,微生物菌剂因针对性强、活性高而广泛的应用于各种难处理废水治理中。采用一种特制的微生物菌剂处理含油生活污水,考察了不同的菌种量、曝气时间、曝气量、pH以及回收菌种等因素对含油废水... 详细信息

溶解性含油污水是一种处理难度较高的有机废水,微生物菌剂因针对性强、活性高而广泛的应用于各种难处理废水治理中。采用一种特制的微生物菌剂处理含油生活污水,考察了不同的菌种量、曝气时间、曝气量、pH以及回收菌种等因素对含油废水去除效果的影响。结果表明:最佳的处理条件为菌剂投放量为10 g/L,每升废水的曝气量为3.2 L/min,pH中偏弱碱性条件,COD的去除率91%,油的去除率高达93.5%,回用菌剂比初用的效果更好。

关键词：微生物菌剂含油废水生化处理化学需氧量

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颗粒浓度光纤探针标定装置设计及研究

机械设计与研究 2020年第2期36卷 154-157页

作者：谢君科曾涛柳忠彬刘少北王欢四川轻化工大学机械工程学院四川宜宾644000

通过自行研制光纤探针颗粒浓度标定装置,在标定原理的基础上进行实验分析,通过实验数据拟合获得标定结果,并依据标定结果在循环湍动流化床上进行局部颗粒浓度实验研究,实验结果验证了标定方法及结果的正确性及标定装置的可行性。标定装... 详细信息

通过自行研制光纤探针颗粒浓度标定装置,在标定原理的基础上进行实验分析,通过实验数据拟合获得标定结果,并依据标定结果在循环湍动流化床上进行局部颗粒浓度实验研究,实验结果验证了标定方法及结果的正确性及标定装置的可行性。标定装置的设计,将为流化床的流体动力学特性的研究提供参考。

关键词：光纤探针标定装置数据拟合实验