曝氣池中氣液兩相流理論與實(shí)踐

總序一

總序二

總序三

前言

第1章 曝氣池中氣液兩相流 1

1.1 引言 1

1.2 曝氣池 4

1.2.1 曝氣池定義 4

1.2.2 曝氣池中的曝氣方式 5

1.2.3 曝氣池分類 6

1.3 曝氣池運(yùn)行原理 12

1.3.1 曝氣理論 12

1.3.2 氧轉(zhuǎn)移的影響因素 17

1.4 曝氣池中氣液兩相流研究進(jìn)展 19

1.4.1 氣液兩相流簡(jiǎn)介 19

1.4.2 曝氣池中氣液兩相流的研究現(xiàn)狀 22

1.4.3 曝氣池中氣液兩相流研究的發(fā)展趨勢(shì) 27

參考文獻(xiàn) 28

第2章 氣液兩相流理論基礎(chǔ) 31

2.1 氣液兩相流基本理論 31

2.1.1 局部瞬時(shí)方程組 31

2.1.2 瞬時(shí)空間平均方程 36

2.1.3 局部時(shí)均方程 38

2.1.4 復(fù)合平均方程 40

2.2 氣液兩相流流型與流型圖 41

2.2.1 氣液兩相基本流型 42

2.2.2 兩相流型圖 48

2.2.3 流型之間的過渡 52

2.3 兩相流動(dòng)的參數(shù) 55

2.3.1 空間與時(shí)間平均運(yùn)算 55

2.3.2 含氣率與含液率 57

2.3.3 兩相運(yùn)動(dòng)速度 60

2.3.4 兩相介質(zhì)密度 61

2.3.5 其他兩相流參數(shù) 62

參考文獻(xiàn) 64

第3章 氣液兩相流流場(chǎng)測(cè)量方法 65

3.1 激光多普勒技術(shù) 65

3.1.1 激光多普勒測(cè)速的原理 66

3.1.2 激光多普勒測(cè)速技術(shù)的應(yīng)用 70

3.2 核磁共振測(cè)量技術(shù) 70

3.2.1 核磁共振測(cè)量原理 70

3.2.2 核磁共振測(cè)量技術(shù)應(yīng)用 78

3.3 過程層析成像技術(shù) 78

3.3.1 過程層析成像原理 78

3.3.2 過程層析成像技術(shù)應(yīng)用 80

3.4 粒子圖像測(cè)速技術(shù) 82

3.4.1 粒子圖像測(cè)速技術(shù)測(cè)定原理 83

3.4.2 圖像處理基本算法 84

3.4.3 粒子圖像測(cè)速技術(shù)的應(yīng)用 88

3.5 粒子追蹤測(cè)速技術(shù) 89

3.5.1 粒子追蹤測(cè)速技術(shù)測(cè)定原理 90

3.5.2 粒子追蹤測(cè)速技術(shù)算法 91

3.5.3 粒子追蹤測(cè)速技術(shù)的應(yīng)用 92

參考文獻(xiàn) 93

第4章 曝氣池中氣液兩相流數(shù)學(xué)模型理論 96

4.1 雙流體模型 97

4.1.1 雙流體模型概述 98

4.1.2 湍流模型 100

4.1.3 相間作用力模型 106

4.1.4 雙流體模型數(shù)值模擬與驗(yàn)證 108

4.2 CFD-PBM 耦合模型 112

4.2.1 群體平衡模型 112

4.2.2 氣泡聚并模型 115

4.2.3 氣泡破碎模型 120

4.2.4 CFD-PBM 耦合模型的構(gòu)建與驗(yàn)證 125

4.3 CFD 與氣泡群平衡耦合模型 128

4.3.1 氣泡群平衡模型構(gòu)建 128

4.3.2 CFD 與氣泡群平衡模型求解 130

4.3.3 CFD 與氣泡群平衡耦合模型驗(yàn)證 131

參考文獻(xiàn) 134

第5章 曝氣池中氣泡羽流的運(yùn)動(dòng)特性 137

5.1 氣泡羽流的概述 137

5.2 氣泡羽流的獲取方法 139

5.2.1 基于PIV 技術(shù)的氣泡羽流測(cè)定 139

5.2.2 空隙率計(jì)算 141

5.3 氣泡羽流二維空隙率的分布特性 143

5.3.1 壓強(qiáng)對(duì)空隙率分布的影響 143

5.3.2 縱橫比對(duì)空隙率分布的影響 144

5.3.3 初始空隙率對(duì)空隙率分布的影響 145

5.4 氣泡羽流的擺動(dòng)機(jī)理 146

5.4.1 氣泡羽流的時(shí)間連續(xù)分布 146

5.4.2 氣泡羽流的擺動(dòng)與波動(dòng)頻譜 149

5.5 曝氣池中氣泡羽流運(yùn)動(dòng)規(guī)律 159

5.5.1 縱橫比對(duì)氣泡羽流運(yùn)動(dòng)的影響 159

5.5.2 壓強(qiáng)對(duì)氣泡羽流運(yùn)動(dòng)的影響 163

5.5.3 空隙率對(duì)氣泡羽流運(yùn)動(dòng)的影響 167

參考文獻(xiàn) 171

第6章 曝氣池中氣液兩相流數(shù)值模擬 172

6.1 CFD 模型理論基礎(chǔ) 172

6.1.1 基本理論方程 173

6.1.2 多相流模型 175

6.1.3 網(wǎng)格劃分與邊界條件 184

6.2 方形曝氣池中氣液兩相流數(shù)值模擬 186

6.2.1 縱橫比對(duì)兩相速度場(chǎng)分布的影響 187

6.2.2 曝氣量對(duì)兩相速度場(chǎng)分布的影響 188

6.2.3 曝氣孔徑對(duì)兩相速度場(chǎng)分布的影響 189

6.3 圓形曝氣池中氣液兩相流數(shù)值模擬 190

6.3.1 高徑比對(duì)兩相速度場(chǎng)分布的影響 191

6.3.2 曝氣量對(duì)兩相速度場(chǎng)分布的影響 192

6.3.3 曝氣孔間距對(duì)兩相速度場(chǎng)分布的影響 194

參考文獻(xiàn) 195

第7章 基于氣液兩相流的曝氣池體型優(yōu)化 196

7.1 曝氣池體型優(yōu)化——以曝氣反應(yīng)器為例 197

7.1.1 曝氣池主體結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化 198

7.1.2 曝氣池曝氣方式的優(yōu)化 200

7.1.3 曝氣方式對(duì)污水處理效果的優(yōu)化 205

7.2 曝氣池體型優(yōu)化——以氧化溝為例 207

7.2.1 氧化溝的運(yùn)行現(xiàn)狀 207

7.2.2 氧化溝內(nèi)水力流動(dòng)狀況 209

7.2.3 導(dǎo)流墻設(shè)置方式對(duì)水流流動(dòng)特性的影響 210

7.2.4 氧化溝設(shè)計(jì)斷面優(yōu)化 212

參考文獻(xiàn) 215

彩圖 2100433B

曝氣池中氣液兩相流與氧傳質(zhì)效率密切相關(guān)，是污廢水處理效率得以提高的關(guān)鍵因素。掌握曝氣池中氣液兩相流的理論，并將其應(yīng)用于工程實(shí)踐中，是21世紀(jì)污廢水處理工藝提標(biāo)改造的重要環(huán)節(jié)。本書融合流體力學(xué)和環(huán)境工程學(xué)等多門學(xué)科的知識(shí)，系統(tǒng)闡述曝氣池中氣液兩相流的基本理論、運(yùn)動(dòng)特性與基本研究方法。全書主要內(nèi)容包括：曝氣池中氣液兩相流，氣液兩相流理論基礎(chǔ)，氣液兩相流流場(chǎng)測(cè)量方法，曝氣池中氣液兩相流數(shù)學(xué)模型理論，曝氣池中氣泡羽流的運(yùn)動(dòng)特性，曝氣池中氣液兩相流數(shù)值模擬以及基于氣液兩相流的曝氣池體型優(yōu)化等。

污水進(jìn)入水廠，經(jīng)過格柵池至集水間，由水泵提升到平流沉砂池，經(jīng)初沉池沉淀后，大約可去除SS 45%,BOD 25%.污水進(jìn)入曝氣池中曝氣，可從一點(diǎn)進(jìn)水，采用傳統(tǒng)活性污泥法，也可采用多點(diǎn)進(jìn)水的階段曝氣法。在二次沉淀池中，活性污泥沉淀后，回流至污泥泵房。二沉池出水經(jīng)加氯處理后，排入水體。

曝氣池一般和沉淀池組成聯(lián)合工藝流程。設(shè)置在曝氣池前面的稱初次沉淀池，設(shè)置在曝氣池后面的稱為二次沉淀池,分別用于廢水的預(yù)處理和后處理。曝氣池也有和二次沉淀池合建的。這種設(shè)施由曝氣區(qū)、導(dǎo)流區(qū)、沉淀區(qū)、回流區(qū)四部分組成。導(dǎo)流區(qū)的作用是使污泥凝聚和使氣水分離，為沉淀創(chuàng)造條件。在曝氣區(qū)內(nèi)廢水與回流污泥充分混合,然后經(jīng)導(dǎo)流區(qū)流入沉淀區(qū),澄清后的水經(jīng)溢流堰排出。沉淀污泥沿曝氣區(qū)底部回流入曝氣池。這種設(shè)施結(jié)構(gòu)緊湊，流程短，可以節(jié)省污泥回流設(shè)備。

又創(chuàng)造出一些新型曝氣方法，如深井曝氣、純氧或富氧曝氣和配合其他生物處理方法的曝氣等。深井曝氣一般用直徑1～6米、深達(dá)50～150米的曝氣池,利用水壓來(lái)提高水中氧的移轉(zhuǎn)速率,以高效去除污水中BOD（生化需氧量）。這種曝氣池已在英國(guó)、德意志聯(lián)邦共和國(guó)、法國(guó)、加拿大、美國(guó)、日本先后投入運(yùn)行或?qū)嶒?yàn)運(yùn)行。純氧曝氣是按鼓風(fēng)曝氣方法向水中鼓入純氧或富氧空氣，池型一般如鼓風(fēng)曝氣池,上加密封蓋,以充分提高充氧效率。另外還在研究和發(fā)展一些特殊型式的曝氣池，如生物接觸氧化和生物膜載體流化床曝氣池等（見生物膜法）。曝氣池在朝著高效率、小體積、節(jié)省能源的方向發(fā)展。