曝氣強(qiáng)度和進(jìn)水流量為0.65 m3·h-1、200 L·h-1工況的液相流動(dòng)特征從圖 5e~h可見：該工況下, 低速區(qū)和高速區(qū)交織在一起, 且高速區(qū)域面積較小, 低速區(qū)面積較大.流線整體呈紊亂狀態(tài), 升流區(qū)出現(xiàn)較多小尺度渦旋結(jié)構(gòu).渦量正值區(qū)域面積和負(fù)值區(qū)域面積較接近, 且呈正負(fù)交織的狀態(tài).導(dǎo)流錐、流化床底部和折流板左邊出現(xiàn)大量小尺度渦結(jié)構(gòu).

污水處理設(shè)備一體化地埋式

　　對(duì)比兩種速度矢量圖可以看出, 隨著進(jìn)水流量的增加, 折流板下面區(qū)域的液相速度有明顯的增加, 但整體液相速度下降接近于50%.分析其原因, 隨著進(jìn)水流量的增加, 進(jìn)水一部分進(jìn)入環(huán)流區(qū), 大部分的進(jìn)水隨著折流板和導(dǎo)流錐的方向沖擊流化床底部的填料, 使得大量的填料向左上移動(dòng), 一部分填料進(jìn)入曝氣區(qū)后形成流化, 一部分無法隨氣液上升而偏離曝氣區(qū)的填料逐漸向下移動(dòng), 與上升氣液形成, 從而減速了進(jìn)水動(dòng)能;進(jìn)水沖擊大量填料區(qū)后, 動(dòng)能逐漸減弱, 氣泡尾流無法把所有懸浮填料帶入環(huán)流, 使得大量懸浮填料阻礙了液體的上升;進(jìn)水流量較大對(duì)環(huán)流液相可能造成一定的干擾.對(duì)比兩種渦量圖可以看出, 曝氣強(qiáng)度和進(jìn)水流量為0.65 m3·h-1、200 L·h-1工況的正值區(qū)域面積有明顯的減少, 但減少趨勢(shì)較小, 說明液相剪切力有相應(yīng)的降低.對(duì)比兩種漩渦強(qiáng)度圖可以看出, 0.65 m3·h-1、200 L·h-1工況的渦核數(shù)量有明顯的減少.由3.1節(jié)可知, 曝氣強(qiáng)度和進(jìn)水流量為1.05 m3·h-1、50 L·h-1工況與0.65 m3·h-1、200 L·h-1工況下兩種填料濃度接近, 但1.05 m3·h-1、50 L·h-1工況的升流區(qū)填料大于0.65 m3·h-1、200 L·h-1工況, 降流區(qū)則相反;由此可推論, 在該實(shí)驗(yàn)條件下, 升流區(qū)填料濃度隨液相速度和渦核數(shù)量的增加而增加;降流區(qū)填料濃度隨液相速度的增加而減少, 隨渦核數(shù)量的減少而減少.

污水處理設(shè)備一體化地埋式

　　3.5 四邊形折流式膜生物流化床上部區(qū)域液相流態(tài)特征

　　曝氣強(qiáng)度和進(jìn)水流量為1.05 m3·h-1、50 L·h-1工況的液相流動(dòng)特征由圖 7a~d可知：該工況下, 峰值速度出現(xiàn)在上部區(qū)域的上部和右邊壁區(qū)域, 且高速區(qū)域面積較小;低速區(qū)分布零散, 且低速區(qū)面積較小.升流區(qū)流線呈向右傾斜, 并出現(xiàn)多個(gè)小渦旋結(jié)構(gòu), 降流區(qū)流線較紊亂.渦量正值區(qū)域面積較大, 負(fù)值區(qū)域面積較小, 說明液相剪切力較強(qiáng).從漩渦強(qiáng)度云圖可以看出, 上部區(qū)域任然出現(xiàn)較多的小尺度渦結(jié)構(gòu).

　　曝氣強(qiáng)度和進(jìn)水流量為0.65 m3·h-1、200 L·h-1工況的液相流動(dòng)特征從圖 6e~h可知：該工況下, 峰值速度出現(xiàn)在上部區(qū)域上部和右邊壁區(qū)域, 且高速區(qū)域面積較小;低速區(qū)分布較廣, 且低速區(qū)面積較大.升流區(qū)流線呈向右傾斜, 并出現(xiàn)多個(gè)小渦旋結(jié)構(gòu), 降流區(qū)流線較紊亂.渦量正值區(qū)域面積和負(fù)值區(qū)域面積較接近, 且呈正負(fù)交織的狀態(tài).

　　圖 6 流化床上部區(qū)域兩種不同條件下的液相流動(dòng)特征 (a, e.速度矢量圖, b, f.流線圖, c, g.渦量圖, d, h.漩渦強(qiáng)度圖)

　　對(duì)比兩種速度矢量圖可以看出, 隨著進(jìn)水流量液相速度下降接近于30%, 可見, 液相速度與曝氣強(qiáng)度呈線性關(guān)系.對(duì)比兩種渦量圖可以看出, 曝氣強(qiáng)度和進(jìn)水流量為0.65 m3·h-1、200 L·h-1工況的正值區(qū)域面積相比有明顯的減少趨勢(shì), 正負(fù)值區(qū)域面積接近, 但渦量正值較大, 說明液相剪切力較強(qiáng).兩種漩渦強(qiáng)度圖的渦核分布和數(shù)值差別較小.

　　綜上3.4~3.5節(jié), 下部區(qū)域液相流場(chǎng)受到進(jìn)水管布置、折流板結(jié)構(gòu)(角度、低隙高度)、導(dǎo)流錐結(jié)構(gòu)(角度、高度)、填料濃度、進(jìn)水流量及曝氣強(qiáng)度的共同作用, 流場(chǎng)特性為六者作用的疊加;上部區(qū)域液相流場(chǎng)受到膜組件布置、隔板與自由液面高度、折流板結(jié)構(gòu)(角度、低隙高度)、填料濃度、進(jìn)水流量及曝氣強(qiáng)度的共同作用, 流場(chǎng)特性為六者作用的疊加.六者的疊加作用產(chǎn)生的擾流對(duì)該流化床流場(chǎng)流動(dòng)的影響主要體現(xiàn)在流場(chǎng)中產(chǎn)生大量的小尺度渦結(jié)構(gòu), 推論此時(shí)液相流場(chǎng)特性有助于加大顆粒載體與液相的相間相對(duì)流動(dòng)速度差, 使得載體與液相的動(dòng)態(tài)紊流性較好, 易造成載體生物膜細(xì)胞傳質(zhì)濃度邊界趨于不穩(wěn)定進(jìn)而提高傳質(zhì)效率;作用于生物膜的水力剪切力較強(qiáng), 載體生物膜新舊菌體更新速率加快, 提高了生化代謝效率.

　　4 結(jié)論(Conclusions)

　　1) 分析了曝氣強(qiáng)度和進(jìn)水流量對(duì)四邊形折流式膜生物流化床填料濃度的影響：折流板上部形成的曝氣死區(qū), 使得填料在升流區(qū)形成諸多內(nèi)循環(huán), 提高了升流區(qū)的填料濃度, 氣固液三相與膜組件相互碰撞的概率增大, 強(qiáng)化了膜污染的控制.折流板和導(dǎo)流錐形成的進(jìn)水角度沖擊反應(yīng)器底部的填料, 提高了在低曝氣強(qiáng)度下流化床的填料濃度, 可降低實(shí)際運(yùn)行過程的曝氣能耗.

　　2) 通過PIV分區(qū)拍攝了流化床的上、中、下3個(gè)區(qū)域, 分析了升流區(qū)和降流區(qū)曝氣強(qiáng)度和進(jìn)水流量對(duì)液相平均軸向速度、渦量、湍動(dòng)能的影響：曝氣強(qiáng)度和進(jìn)水流量的變化改變了液相的軸向返混強(qiáng)度和剪切力, 進(jìn)而改變了填料濃度, zui終影響膜面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)和濃差極化邊界層厚度, 降低膜污染.

　　3) 對(duì)曝氣強(qiáng)度和進(jìn)水流量為1.05 m3·h-1、50 L·h-1與0.65 m3·h-1、200 L·h-1工況的下部和上部?jī)蓚€(gè)區(qū)域的液相速度矢量圖和流線圖進(jìn)行了分析, 同時(shí)采用了渦量方法和漩渦強(qiáng)度方法分析了流場(chǎng)中的渦結(jié)構(gòu)得出：曝氣強(qiáng)度為1.05 m3·h-1和進(jìn)水流量為50 L·h-1的液速高于曝氣強(qiáng)度為0.65 m3·h-1和進(jìn)水流量為200 L·h-1工況, 兩個(gè)工況均出現(xiàn)較多的小尺度渦結(jié)構(gòu), 渦核數(shù)量差別較小.兩個(gè)工況填料濃度接近的現(xiàn)象, 原因?yàn)榱鲬B(tài)特性接近, 這種現(xiàn)象的應(yīng)用開發(fā), 可開發(fā)出高濃度有機(jī)廢水的新一代工程反應(yīng)器.