中空纖維膜生物反應器水動力學及通量均勻性研究.pdf

1、膜生物反應器(Membrane Bioreactor,MBR)是一種將生物處理和膜分離技術相結合的新型水處理工藝.因其在污水處理領域具有廣闊的應用前景而被廣泛研究.但是膜污染依然是制約其在實際工程應用的關鍵因素.本文基于計算流體力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,以浸沒式中空纖維膜生物反應器為研究對象,建立了單根膜絲與全組件的流動和傳質模型,系統(tǒng)展開了膜生物反應器的水動力學條件的模擬與優(yōu)化研究.

2、
　　本文研究了膜過濾過程中污染物顆粒的微觀堆積結構對膜組件的流動分布均勻性和膜污染程度的影響.模型實現(xiàn)了污染物在膜表面的累積過程的模擬,結果顯示膜表面的截留作用對膜通量分布具有重要影響,高孔隙率的濾餅層沉積會導致沿膜絲長度方向上的通量分布和濾餅層分布不均勻的現(xiàn)象,這會減少過濾過程中的能量利用率.然而顆粒以高孔隙率的結構累積卻可以保持相對較高的過濾流量,短期來看其產(chǎn)水性能較優(yōu).
　　在中空纖維膜微濾過程動態(tài)模擬的基礎上,采用

3、CFD模擬進一步研究膜絲幾何因素的內徑和長度兩個方面對過濾過程中流場均勻性的影響.模擬結果表明通量不均勻分布是中空纖維膜過濾的固有特性,是由于其膜內外通道內的流動壓降所引起的.提出了膜絲尺寸的合理范圍,即膜絲內徑在0.4mm至0.7mm范圍內,在此范圍內過濾期間的通量分布不均勻性最小.同時增加膜長會加重膜絲通量的不均勻分布.然而中空纖維膜組件的通量分布也是隨著過濾的進行不斷演變,短期的過濾在膜污染的自我調節(jié)作用下通量的不均勻分布會有所改

4、善,但是長期過濾后仍會受到嚴重的通量分布不均影響,需要進行必要的反沖洗.
　　從整個膜組件的宏觀角度出發(fā),建立基于氣液兩相流的三維CFD模型.模擬發(fā)現(xiàn)曝氣產(chǎn)生的氣液兩相流對膜組件的有效清洗具有一定的局限性,在膜組件中部區(qū)域沖刷效果較好,而膜組件靠近反應器壁的膜絲得不到有效的洗刷.通過對氣含率、流場流速和剪切力的分析表明,當膜間距為減少時整個膜組件處于較高流速和較高膜表面沖刷的環(huán)境,這有利于減緩膜污染.但是隨著膜絲間距減少,膜組件區(qū)