生物流化床應用于廢水處理已有(you)(you)近30年(nian)的(de)歷史, 在(zai)(zai)多種污(廢)水(shui)處理場合(he)已得到(dao)了(le)(le)廣泛(fan)應(ying)(ying)用(yong).由于生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)床(chuang)在(zai)(zai)水(shui)處理應(ying)(ying)用(yong)方面具有(you)(you)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)相(xiang)多樣(yang)化(hua)、微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)濃度(du)高(gao)(gao)、耐沖(chong)擊負荷能力強、比表面積大、氧傳(chuan)(chuan)質(zhi)效(xiao)率高(gao)(gao)等(deng)優(you)點, 國內外研究者一(yi)直對生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)床(chuang)的(de)填(tian)(tian)料設計(ji)、結(jie)(jie)構(gou)優(you)化(hua)及其新型(xing)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)床(chuang)的(de)開(kai)發有(you)(you)著(zhu)濃厚的(de)興趣(qu), 但傳(chuan)(chuan)統結(jie)(jie)構(gou)的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)床(chuang)在(zai)(zai)應(ying)(ying)用(yong)中仍存在(zai)(zai)如下問題(ti)：固液(ye)分離(li)時間(jian)大于反(fan)應(ying)(ying)時間(jian)的(de)結(jie)(jie)構(gou)不合(he)理現(xian)象;大型(xing)化(hua)的(de)瓶頸問題(ti);反(fan)應(ying)(ying)器(qi)停止后再(zai)啟動流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)困難;固液(ye)接(jie)觸面摩擦較弱易造成(cheng)載體(ti)(ti)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)細胞傳(chuan)(chuan)質(zhi)濃度(du)邊(bian)界層趨向穩(wen)定(ding)而制約傳(chuan)(chuan)質(zhi)效(xiao)率;相(xiang)間(jian)相(xiang)對流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)動速(su)度(du)差小(xiao), 作用(yong)于生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)的(de)水(shui)力剪切力較弱, 載體(ti)(ti)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)新舊菌體(ti)(ti)更(geng)新速(su)率慢, 影響了(le)(le)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)化(hua)代謝效(xiao)率等(deng).針對傳(chuan)(chuan)統生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)床(chuang)的(de)特點, 本(ben)課題(ti)組將(jiang)四邊(bian)形生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)床(chuang)、膜(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)反(fan)應(ying)(ying)器(qi)、折流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)式厭氧反(fan)應(ying)(ying)器(qi)與(yu)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)床(chuang)相(xiang)結(jie)(jie)合(he), 設計(ji)出一(yi)種新型(xing)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)床(chuang)—四邊(bian)形折流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)式膜(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)床(chuang).反(fan)應(ying)(ying)器(qi)整體(ti)(ti)為長(chang)方體(ti)(ti)結(jie)(jie)構(gou)且(qie)保留了(le)(le)傳(chuan)(chuan)統生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)床(chuang)塔式結(jie)(jie)構(gou);下部(bu)采(cai)用(yong)了(le)(le)折流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)板(ban)與(yu)導流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)錐設計(ji)出一(yi)個進水(shui)角度(du), 利(li)用(yong)該(gai)角度(du)來沖(chong)擊反(fan)應(ying)(ying)器(qi)底部(bu)填(tian)(tian)料, 提高(gao)(gao)了(le)(le)填(tian)(tian)料的(de)利(li)用(yong)率, 實現(xian)了(le)(le)再(zai)啟動流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)容易;上部(bu)采(cai)用(yong)了(le)(le)浸沒(mei)式膜(mo)(mo)(mo)組件(jian), 利(li)用(yong)氣(qi)、固、液(ye)三相(xiang)沖(chong)刷膜(mo)(mo)(mo)組件(jian), 降低了(le)(le)膜(mo)(mo)(mo)污染, 解決(jue)了(le)(le)載體(ti)(ti)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)失等(deng)問題(ti).
目前, 關于(yu)(yu)生物(wu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)床的(de)動力學(xue)研(yan)究大(da)多(duo)是(shi)運用脈沖響(xiang)應法(fa)、數值模(mo)(mo)擬、壓差法(fa)和(he)(he)光(guang)纖(xian)探頭測(ce)(ce)速法(fa)等, 這些研(yan)究成果(guo)較好地揭示(shi)了(le)(le)三相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)生物(wu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)床的(de)動力學(xue)特性(xing)(xing), 但浸入式(shi)測(ce)(ce)試(shi)技(ji)(ji)術(shu)具(ju)(ju)有時空分辨率低(di)、標定(ding)曲線具(ju)(ju)有不確定(ding)性(xing)(xing)等局限性(xing)(xing), 對流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)(chang)(chang)干(gan)擾是(shi)最大(da)局限;數值模(mo)(mo)擬大(da)多(duo)認為固相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)為液(ye)(ye)(ye)體的(de)一(yi)部(bu)分, 把(ba)氣(qi)(qi)(qi)液(ye)(ye)(ye)雙流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)體模(mo)(mo)型(xing)應用于(yu)(yu)氣(qi)(qi)(qi)、固、液(ye)(ye)(ye)三相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu), 模(mo)(mo)擬和(he)(he)模(mo)(mo)型(xing)準(zhun)確度不高, 均不能較真實地反應液(ye)(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)態.粒(li)子(zi)(zi)(zi)圖(tu)(tu)像(xiang)測(ce)(ce)速技(ji)(ji)術(shu)(Particle Image Velocimetry, 簡稱PIV)作(zuo)為一(yi)種(zhong)對流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)(chang)(chang)無干(gan)擾的(de)瞬(shun)態全流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)(chang)(chang)測(ce)(ce)試(shi)手段, 既具(ju)(ju)備單點測(ce)(ce)量(liang)(liang)技(ji)(ji)術(shu)的(de)分辨率和(he)(he)精度, 又(you)能獲(huo)得(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)(chang)(chang)的(de)整體結(jie)構和(he)(he)瞬(shun)態圖(tu)(tu)像(xiang).PIV的(de)基本(ben)原理是(shi)在(zai)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)(chang)(chang)中布撒一(yi)些與(yu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)體跟隨(sui)性(xing)(xing)良(liang)好且具(ju)(ju)有良(liang)好的(de)示(shi)蹤(zong)性(xing)(xing)和(he)(he)反光(guang)性(xing)(xing)的(de)示(shi)蹤(zong)粒(li)子(zi)(zi)(zi), 用激(ji)光(guang)照(zhao)射所(suo)測(ce)(ce)區域, 使用CCD相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)獲(huo)取示(shi)蹤(zong)粒(li)子(zi)(zi)(zi)的(de)瞬(shun)時運動圖(tu)(tu)像(xiang), 設(she)置(zhi)適(shi)當的(de)跨幀(zhen)(zhen)時間, 對拍攝(she)的(de)兩(liang)幅連續的(de)圖(tu)(tu)像(xiang)進行(xing)互相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)關計算, 根(gen)據兩(liang)幀(zhen)(zhen)圖(tu)(tu)像(xiang)的(de)位(wei)移和(he)(he)時間間隔(ge), 從而得(de)到流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)(chang)(chang)的(de)速度場(chang)(chang)(chang)(chang).近十幾年來, PIV被廣泛應用在(zai)氣(qi)(qi)(qi)液(ye)(ye)(ye)兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)(chang)(chang)測(ce)(ce)量(liang)(liang)中, 例如, 將(jiang)PIV技(ji)(ji)術(shu)與(yu)激(ji)光(guang)誘導熒光(guang)法(fa)結(jie)合后測(ce)(ce)定(ding)了(le)(le)氣(qi)(qi)(qi)液(ye)(ye)(ye)兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)速度場(chang)(chang)(chang)(chang), 并獲(huo)得(de)了(le)(le)氣(qi)(qi)(qi)泡流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)態特性(xing)(xing);應用PIV技(ji)(ji)術(shu)測(ce)(ce)試(shi)了(le)(le)多(duo)孔(kong)同時曝氣(qi)(qi)(qi)對近膜面液(ye)(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)速度場(chang)(chang)(chang)(chang)的(de)影響(xiang).通過這些研(yan)究證明了(le)(le)PIV的(de)準(zhun)確性(xing)(xing)和(he)(he)可靠性(xing)(xing), 為利用PIV分析四邊形折流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)式(shi)膜生物(wu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)床內液(ye)(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)(chang)(chang)特性(xing)(xing), 特別是(shi)在(zai)有少量(liang)(liang)填料(liao)時液(ye)(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)(chang)(chang)可視(shi)化(hua)(hua)研(yan)究指明了(le)(le)前景.海南生活污水(shui)處理設(she)備技(ji)(ji)術(shu)系統
本文基于取樣法和PIV技術, 對四邊形(xing)折流(liu)(liu)式膜(mo)生物流(liu)(liu)化床(chuang)在不同(tong)進水(shui)流(liu)(liu)量(liang)和曝氣強度組(zu)合的(de)工況(kuang)下的(de)填(tian)料濃(nong)度和液相流(liu)(liu)場(chang)特(te)性(xing)進行(xing)測量(liang), 同(tong)時對填(tian)料濃(nong)度、流(liu)(liu)場(chang)特(te)性(xing)和膜(mo)污(wu)染三者之間的(de)關系進行(xing)剖析, 尋(xun)求流(liu)(liu)化床(chuang)運行(xing)過程中節能的(de)結(jie)構(gou)與優化的(de)操作(zuo)條件.
2 實驗裝置和方法(Experiments) 2.1 實驗系統
四邊形折(zhe)(zhe)流(liu)(liu)式(shi)膜(mo)生(sheng)(sheng)物(wu)流(liu)(liu)化床實驗(yan)測試系統的流(liu)(liu)程(cheng)如圖(tu) 1a所示, 主要由四邊形折(zhe)(zhe)流(liu)(liu)式(shi)膜(mo)生(sheng)(sheng)物(wu)流(liu)(liu)化床、進出水(shui)系統、激光(guang)系統、CCD攝像系統、膜(mo)組(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)、曝氣系統和(he)圖(tu)像處理系統等部(bu)分組(zu)(zu)成.流(liu)(liu)化床為(wei)(wei)(wei)(wei)長方體的透明玻(bo)璃體, 結構尺(chi)寸為(wei)(wei)(wei)(wei)300 mm×150 mm×950 mm(長×寬×高), 總容積為(wei)(wei)(wei)(wei)42.75 L, 折(zhe)(zhe)流(liu)(liu)板底部(bu)縫隙高度(du)(du)為(wei)(wei)(wei)(wei)72 mm, 傾(qing)斜(xie)角(jiao)度(du)(du)為(wei)(wei)(wei)(wei)35°, 導(dao)流(liu)(liu)錐(zhui)傾(qing)斜(xie)角(jiao)度(du)(du)為(wei)(wei)(wei)(wei)30°.膜(mo)組(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)為(wei)(wei)(wei)(wei)中(zhong)(zhong)空纖(xian)維膜(mo)超(chao)濾膜(mo)組(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian), 采用聚偏(pian)氟(fu)乙烯材質(zhi)制(zhi)成, 膜(mo)壁厚(hou)40~50 μm, 微孔(kong)平均孔(kong)徑為(wei)(wei)(wei)(wei)0.1~0.2 μm, 膜(mo)尺(chi)寸為(wei)(wei)(wei)(wei)40 mm×300 mm, 標準膜(mo)通量為(wei)(wei)(wei)(wei)200 L·h-1.曝氣系統中(zhong)(zhong)曝氣管(guan)管(guan)徑為(wei)(wei)(wei)(wei)5.8 mm, 曝氣頭(tou)尺(chi)寸為(wei)(wei)(wei)(wei)34 mm×43 mm, 曝氣孔(kong)孔(kong)徑為(wei)(wei)(wei)(wei)0.1~0.3 mm.實驗(yan)中(zhong)(zhong)為(wei)(wei)(wei)(wei)防止膜(mo)組(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)和(he)曝氣頭(tou)的擺動, 將曝氣頭(tou)固(gu)定在膜(mo)組(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)正(zheng)下方的流(liu)(liu)化床底部(bu), 膜(mo)組(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)通過自(zi)制(zhi)T型支架固(gu)定, 且(qie)進水(shui)管(guan)、曝氣頭(tou)和(he)膜(mo)組(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)布(bu)置在同一軸線上.
圖(tu) 1 四(si)邊形折(zhe)流(liu)(liu)式膜生物流(liu)(liu)化床實驗測試系統流(liu)(liu)程圖(tu)(a)、拍攝(she)分區(b)和(he)激(ji)光(guang)(guang)斷(duan)面分布圖(tu)(c) (1.出水(shui)箱, 2.蠕動泵, 3.激(ji)光(guang)(guang)電源, 4.激(ji)光(guang)(guang)器, 5.同(tong)步(bu)器, 6.氣(qi)(qi)(qi)體流(liu)(liu)量計, 7.空氣(qi)(qi)(qi)壓縮機, 8.膜組件(jian), 9.氣(qi)(qi)(qi)泡, 10.椰殼活性炭, 11.進氣(qi)(qi)(qi)管, 12.進水(shui)管, 13.導(dao)流(liu)(liu)錐, 14.液體流(liu)(liu)量計, 15.潛水(shui)泵, 16.計算機, 17.相機, 18.四(si)邊形流(liu)(liu)折(zhe)流(liu)(liu)式膜生物流(liu)(liu)化床, 19.曝氣(qi)(qi)(qi)頭, 20.激(ji)光(guang)(guang)斷(duan)面)
2.2 實(shi)驗(yan)用水(shui)和(he)填(tian)料
實(shi)(shi)驗(yan)(yan)用(yong)水(shui)采用(yong)自來(lai)水(shui).填(tian)料采用(yong)椰殼活性炭(tan), 其外觀為(wei)黑(hei)色(se)不定(ding)型顆粒(粒徑約為(wei)0.4~2.8 mm), 堆積密度(du)(du)為(wei)604 kg·m-3, 測(ce)定(ding)填(tian)料濃度(du)(du)時, 填(tian)充(chong)密度(du)(du)為(wei)6%的(de)流化(hua)(hua)床體積.PIV實(shi)(shi)驗(yan)(yan)時, 流化(hua)(hua)的(de)活性炭(tan)會對激光(guang)斷面和相機拍攝(she)形成阻(zu)擋(dang), 使(shi)得無法(fa)正(zheng)常拍攝(she), 氣(qi)、固、液三相流態可(ke)視(shi)化(hua)(hua)難度(du)(du)較大(da)(da), 需進行可(ke)視(shi)化(hua)(hua)測(ce)試.根據本次實(shi)(shi)驗(yan)(yan)范圍, 選擇最大(da)(da)進水(shui)流量(liang)200 L·h-1和最大(da)(da)曝氣(qi)強度(du)(du)1.05 m3·h-1進行測(ce)試, 填(tian)充(chong)密度(du)(du)測(ce)試為(wei)0.1%~1.0%, 當填(tian)充(chong)密度(du)(du)為(wei)0.4%時, 降(jiang)流區(qu)和升流區(qu)各取樣(yang)點中(zhong)(zhong)濃度(du)(du)最大(da)(da)值為(wei)2.063 mg·L-1.激光(guang)拍攝(she)過程中(zhong)(zhong)未出(chu)現光(guang)源(yuan)呈(cheng)黑(hei)色(se)條(tiao)(tiao)狀(zhuang)現象(xiang)(黑(hei)色(se)條(tiao)(tiao)狀(zhuang)認定(ding)為(wei)激光(guang)光(guang)源(yuan)被阻(zu)擋(dang)), 且拍攝(she)和分析所得圖(tu)片均無空白(bai)區(qu)域.為(wei)保證(zheng)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)獲得較高的(de)分辨率, 選取填(tian)充(chong)密度(du)(du)為(wei)0.5%, 實(shi)(shi)驗(yan)(yan)時為(wei)防(fang)止活性炭(tan)對示(shi)蹤(zong)粒子的(de)影響, 每3~4 h更換一次活性炭(tan).海口污水(shui)處理。
2.3 PIV測試系統
實(shi)驗中采用(yong)丹麥Dantec公司生產的(de)PIV系統(tong), 包括：Litron DualPower 200-15固體激光器, 兩個激光器發射(she)器輸(shu)出(chu)綠色片(pian)光源, 激光束的(de)波長(chang)為(wei)532 nm, 每個脈(mo)(mo)沖(chong)能(neng)量為(wei)200 mJ, 脈(mo)(mo)寬為(wei)6~8 ns;FlowSense EO CCD相機, 圖像像素為(wei)2048×2048, 采樣(yang)速(su)率(lv)為(wei)16幀·s-1;Timer Box同步器, 可以(yi)實(shi)現外部脈(mo)(mo)沖(chong)信號對(dui)系統(tong)的(de)同步觸發.示蹤(zong)粒(li)子(zi)(zi)選用(yong)配套的(de)PMMA-Rhodamine B-Particles(羅丹明B熒光聚合(he)物顆粒(li)), 粒(li)徑為(wei)20~50 μm, 實(shi)驗濃度控制在100 mg·L-1.該粒(li)子(zi)(zi)具有對(dui)流場良好(hao)的(de)跟隨性(Paffel et al., 1998;嚴敬等, 2005), 適用(yong)于多相流, 示蹤(zong)粒(li)子(zi)(zi)對(dui)液相速(su)度和粘度的(de)影響(xiang)可以(yi)忽略(lve).
2.4 實(shi)驗方案
填料濃(nong)度(du)測試時, 分(fen)別(bie)(bie)(bie)在(zai)四邊形折流(liu)式膜生物流(liu)化床(chuang)升(sheng)流(liu)區和降流(liu)區各中(zhong)(zhong)軸線上高度(du)分(fen)別(bie)(bie)(bie)為200、400和600 mm處進(jin)(jin)行(xing)一定(ding)體(ti)積(ji)(ν)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)混合液(ye)取(qu)樣(yang), 干(gan)燥后稱量(liang)其中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)填料量(liang)ω, 則填料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)濃(nong)度(du)(施漢昌等, 2012)為ω/ν, 相(xiang)同工(gong)況(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)情況(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)下(xia)(xia)每次(ci)取(qu)樣(yang)3次(ci)并(bing)求得(de)平均值.PIV實(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)在(zai)曝氣強度(du)分(fen)別(bie)(bie)(bie)為0.25、0.45、0.65、0.85和1.05 m3·h-1和進(jin)(jin)出水流(liu)量(liang)分(fen)別(bie)(bie)(bie)為50和200 L·h-1組合的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)況(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)下(xia)(xia)依(yi)次(ci)進(jin)(jin)行(xing), 實(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)時流(liu)化床(chuang)有(you)(you)效容(rong)積(ji)為31.95 L, 即有(you)(you)效水深710 mm.實(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)中(zhong)(zhong)激光光源從(cong)反(fan)應(ying)器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)左側進(jin)(jin)入, 如圖(tu)(tu)(tu) 1a所示, CCD相(xiang)機(ji)放置在(zai)流(liu)化床(chuang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)正面, 垂直于(yu)激光片光源方向.因(yin)CCD相(xiang)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)拍攝范圍有(you)(you)限, 故流(liu)場測量(liang)區域(yu)(yu)在(zai)保證獲(huo)得(de)較高分(fen)辨(bian)率的(de)(de)(de)(de)(de)(de)前提下(xia)(xia), 拍攝區域(yu)(yu)(圖(tu)(tu)(tu) 1b)選擇為下(xia)(xia)部(bu)區域(yu)(yu)(282 mm×235 mm)、中(zhong)(zhong)部(bu)區域(yu)(yu)(282 mm×235 mm)和上部(bu)區域(yu)(yu)(282 mm×235 mm).激光斷面選取(qu)距膜面15 mm的(de)(de)(de)(de)(de)(de)激光斷面位(wei)置(圖(tu)(tu)(tu) 1c), 實(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)中(zhong)(zhong)依(yi)次(ci)對同種工(gong)況(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)下(xia)(xia)3個截(jie)面進(jin)(jin)行(xing)拍攝, 每個工(gong)況(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)均連續記(ji)錄10000幅圖(tu)(tu)(tu)像序列, 對拍攝的(de)(de)(de)(de)(de)(de)圖(tu)(tu)(tu)像進(jin)(jin)行(xing)自適(shi)應(ying)互(hu)相(xiang)關計算, 得(de)到(dao)流(liu)場中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)速度(du)分(fen)布信息, 結果表明, 流(liu)場速度(du)測量(liang)誤差(Feng et al., 2010)小于(yu)2 mm·s-1.
3 實(shi)驗結果與分析(xi)(Results and discussion) 3.1 四邊(bian)形折(zhe)流(liu)式膜(mo)生物流(liu)化床填(tian)料濃度的分布特性
圖 2給出(chu)了流(liu)(liu)化(hua)(hua)床(chuang)填料(liao)(liao)濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)變化(hua)(hua)曲線.從(cong)圖 2a可(ke)(ke)以(yi)看出(chu), 進水(shui)(shui)(shui)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)為(wei)50 L·h-1時, 升流(liu)(liu)區(qu)(qu)填料(liao)(liao)濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)隨(sui)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)而(er)(er)增(zeng)(zeng)長.進水(shui)(shui)(shui)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)為(wei)200 L·h-1時, 填料(liao)(liao)濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)隨(sui)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)呈(cheng)先上升后(hou)下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)趨(qu)(qu)勢(shi).升流(liu)(liu)區(qu)(qu)在相(xiang)同(tong)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)工(gong)況下(xia), 填料(liao)(liao)濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)隨(sui)進水(shui)(shui)(shui)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)呈(cheng)增(zeng)(zeng)加(jia)趨(qu)(qu)勢(shi).從(cong)圖 2b可(ke)(ke)以(yi)看出(chu), 進水(shui)(shui)(shui)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)為(wei)50 L·h-1時, 降(jiang)(jiang)(jiang)流(liu)(liu)區(qu)(qu)填料(liao)(liao)濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)隨(sui)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)而(er)(er)增(zeng)(zeng)長, 曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)為(wei)1.05 m3·h-1時, 降(jiang)(jiang)(jiang)流(liu)(liu)區(qu)(qu)填料(liao)(liao)濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)達(da)到(dao)峰值;曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)分別為(wei)0.25、0.65、0.85和1.05 m3·h-1時, 填料(liao)(liao)濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)隨(sui)流(liu)(liu)化(hua)(hua)床(chuang)高(gao)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)降(jiang)(jiang)(jiang)低而(er)(er)下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang).進水(shui)(shui)(shui)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)為(wei)200 L·h-1時, 降(jiang)(jiang)(jiang)流(liu)(liu)區(qu)(qu)填料(liao)(liao)濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)隨(sui)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)呈(cheng)先上升后(hou)下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)趨(qu)(qu)勢(shi);曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)分別為(wei)0.25、0.45、0.65和0.85 m3·h-1時, 填料(liao)(liao)濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)隨(sui)流(liu)(liu)化(hua)(hua)床(chuang)高(gao)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)降(jiang)(jiang)(jiang)低呈(cheng)先下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)后(hou)上升趨(qu)(qu)勢(shi).降(jiang)(jiang)(jiang)流(liu)(liu)區(qu)(qu)在相(xiang)同(tong)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)工(gong)況下(xia), 流(liu)(liu)化(hua)(hua)床(chuang)填料(liao)(liao)濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)隨(sui)進水(shui)(shui)(shui)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)呈(cheng)增(zeng)(zeng)加(jia)趨(qu)(qu)勢(shi).
流(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)床(chuang)(chuang)在(zai)(zai)(zai)相同進(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)水(shui)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)工況(kuang)(kuang)(kuang)下(xia)(xia)(xia), 曝氣(qi)(qi)強度(du)(du)(du)是(shi)影(ying)響(xiang)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)濃(nong)度(du)(du)(du)變化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要因(yin)素(su);在(zai)(zai)(zai)相同曝氣(qi)(qi)強度(du)(du)(du)工況(kuang)(kuang)(kuang)下(xia)(xia)(xia), 進(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)水(shui)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)是(shi)影(ying)響(xiang)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)濃(nong)度(du)(du)(du)變化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要因(yin)素(su).在(zai)(zai)(zai)多數工況(kuang)(kuang)(kuang)下(xia)(xia)(xia), 流(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)床(chuang)(chuang)中部區(qu)(qu)(qu)(qu)域(yu)為稀相區(qu)(qu)(qu)(qu)域(yu);曝氣(qi)(qi)強度(du)(du)(du)和(he)(he)進(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)水(shui)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)匹配可(ke)使流(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)床(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)濃(nong)度(du)(du)(du)達到(dao)最(zui)高(gao)(gao)值;在(zai)(zai)(zai)相同工況(kuang)(kuang)(kuang)下(xia)(xia)(xia)升流(liu)(liu)(liu)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)濃(nong)度(du)(du)(du)均大于(yu)(yu)降流(liu)(liu)(liu)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)濃(nong)度(du)(du)(du);進(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)水(shui)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)和(he)(he)曝氣(qi)(qi)強度(du)(du)(du)為200 L·h-1、0.65 m3·h-1工況(kuang)(kuang)(kuang)下(xia)(xia)(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)濃(nong)度(du)(du)(du)與(yu)50 L·h-1、1.05 m3·h-1工況(kuang)(kuang)(kuang)下(xia)(xia)(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)濃(nong)度(du)(du)(du)較接近.可(ke)見, 進(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)水(shui)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加加速了(le)降流(liu)(liu)(liu)區(qu)(qu)(qu)(qu)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua), 進(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)而加速整個流(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)床(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)流(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua);且(qie)不同進(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)水(shui)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)和(he)(he)曝氣(qi)(qi)強度(du)(du)(du)組合的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工況(kuang)(kuang)(kuang)下(xia)(xia)(xia), 可(ke)使填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)濃(nong)度(du)(du)(du)達到(dao)一致.分析(xi)其原因(yin), 由(you)于(yu)(yu)折流(liu)(liu)(liu)板(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)(zai)(zai), 折流(liu)(liu)(liu)板(ban)上(shang)部區(qu)(qu)(qu)(qu)域(yu)為曝氣(qi)(qi)死區(qu)(qu)(qu)(qu), 實驗中發現大量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)在(zai)(zai)(zai)升流(liu)(liu)(liu)區(qu)(qu)(qu)(qu)形(xing)成了(le)內(nei)循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan), 且(qie)存在(zai)(zai)(zai)諸多小(xiao)循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan), 即(ji)由(you)于(yu)(yu)折流(liu)(liu)(liu)板(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)(zai)(zai), 折流(liu)(liu)(liu)式膜(mo)(mo)(mo)生物流(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)床(chuang)(chuang)為內(nei)外雙循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)和(he)(he)諸多小(xiao)循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(圖 2c);另一原因(yin)是(shi)由(you)于(yu)(yu)進(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)水(shui)管的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)布(bu)置會使底部堆積(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)進(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)行向左的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)沖(chong)擊, 當沖(chong)擊到(dao)曝氣(qi)(qi)區(qu)(qu)(qu)(qu)或環(huan)(huan)(huan)(huan)流(liu)(liu)(liu)區(qu)(qu)(qu)(qu)后, 填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)將隨氣(qi)(qi)液(ye)(ye)上(shang)升形(xing)成環(huan)(huan)(huan)(huan)流(liu)(liu)(liu).填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)態(tai)化(hua)(hua)(hua)使得(de)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)之間(jian)、填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)與(yu)膜(mo)(mo)(mo)組件(jian)(jian)(jian)之間(jian)相互(hu)摩擦, 并使液(ye)(ye)相流(liu)(liu)(liu)態(tai)更(geng)加紊亂, 填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)濃(nong)度(du)(du)(du)和(he)(he)液(ye)(ye)相紊亂程(cheng)度(du)(du)(du)越大, 起到(dao)沖(chong)刷膜(mo)(mo)(mo)組件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用越大, 能(neng)較大程(cheng)度(du)(du)(du)地抑(yi)制(zhi)膜(mo)(mo)(mo)組件(jian)(jian)(jian)表面沉積(ji)層的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成, 有利于(yu)(yu)控(kong)制(zhi)膜(mo)(mo)(mo)污(wu)染(ran), 即(ji)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)濃(nong)度(du)(du)(du)是(shi)膜(mo)(mo)(mo)污(wu)染(ran)控(kong)制(zhi)一個重(zhong)要因(yin)素(su).因(yin)此, 設計時膜(mo)(mo)(mo)組件(jian)(jian)(jian)放置高(gao)(gao)度(du)(du)(du)可(ke)選(xuan)擇(ze)為折流(liu)(liu)(liu)式膜(mo)(mo)(mo)生物流(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)床(chuang)(chuang)升流(liu)(liu)(liu)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)部靠近自(zi)由(you)液(ye)(ye)面區(qu)(qu)(qu)(qu)域(yu).
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