EGSB反應器處理低濃度揮發(fā)酸廢水CFD-生化反應耦合模型及模擬研究.pdf

1、膨脹顆粒污泥床（Expanded Granular Sludge Bed,EGSB）反應器作為一種高效厭氧反應器具有很高的推廣價值和廣闊的應用前景。EGSB反應器中，傳質過程會影響反應器的去除效果。然而，目前關于 EGSB反應器數值模擬的研究中，鮮有計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）和生化反應模型兩者結合的數值模擬研究。因此，論文在EGSB反應器處理揮發(fā)酸（Volatile Fatty Ac

2、id，VFA）廢水試驗研究的基礎上，結合計算流體力學和生化動力學，采用COMSOl Multiphysics軟件，進行CFD-生化反應耦合模型構建及模擬。利用CFD-生化反應耦合模型對廢水處理反應器進行模擬，可以獲取反應器內部基質去除規(guī)律，為反應器工藝參數的選取、結構的優(yōu)化設計提供理論指導和技術支持。
　　EGSB反應器處理低濃度揮發(fā)酸廢水的試驗研究表明，常溫（20~29℃）條件下，當EGSB反應器進水COD為350~430mg/

3、L，其中乙酸:丙酸:丁酸的COD濃度比例約為2∶1∶1，HRT為2.5h，上升流速為5m/h，COD有機負荷為0.28kgCOD/(kgMLVSS·d)時，反應器VFA的去除率達到99％以上，COD去除率介于89.0%~93.6%，反應器中小于2.0mm范圍的顆粒污泥數量約占總顆粒污泥數量的90%。反應器中主要存在Proteobacteria，candidate division OP9，Anaerolineaceae厭氧產甲烷菌屬；P

4、roteiniphilum，Syntrophobacte丙酸降解菌屬，Intestinimonas等丁酸降解菌屬微生物。試驗結果可為反應器CFD-生化反應耦合模型提供參數。
　　傳質模型作為耦合CFD與生化反應模型的“橋梁”，既可以引入反應器內部流速分布數據，又能為生化反應數學模型的導入提供接口。以傳質方程為核心，通過CFD模擬獲取EGSB反應器內部速度分布數據后，導入傳質方程，進行CFD-傳質耦合模型研究。研究結果表明，所建立的

5、CFD-傳質耦合模型良好，能夠較好地表征基質在EGSB反應器中的傳質過程。模擬結果與實驗結果相比，相對誤差在6.1%~24.2%范圍內。
　　根據EGSB反應器試驗參數，假設污泥層區(qū)為多孔介質反應區(qū)，在傳質方程中嵌入厭氧消化模型（Anaerobic Didestion Model,ADM）中的乙酸、丙酸和丁酸生化反應速率方程，進行反應器CFD-生化反應耦合模型研究。結果顯示，所建立的CFD-傳質耦合模型較好地模擬EGSB反應器中乙

6、酸、丙酸和丁酸的降解。所得模擬結果中，乙酸、丙酸、丁酸的最大濃度絕對誤差分別為2.2mg/L，3.2mg/L，1.7mg/L，反應器污泥層底部15cm區(qū)域內VFA去除率達80%，反應器污泥層底部25cm區(qū)域內實現了90%VFA去除，底部15cm的區(qū)域內乙酸降解速率大于150mg/(L·d)，甲烷生成速率大于0.20L/(L·d)。進一步采用CFD-生化反應耦合模型對EGSB反應器不同水力停留時間（HRT）進行模擬，模擬結果表明，常溫（2