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　　目前, 关于生物流化床的动力学研究大多是运用脉响应法、数值模拟、压差法和光纤探头测速法等, 这些研究成果较好地揭示了三相生物流化床的动力学特性, 但浸入式测试技术具有时空分辨率低、标定曲线具有不确定性等局限性, 对流场干扰是zui大局限;数值模拟大多认为固相为液体的一部分, 把气液双流体模型应用于气、固、液三相流, 模拟和模型准确度不高, 均不能较真实地反应液相流态.粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry, 简称PIV)作为一种对流场无干扰的瞬态全流场测试手段, 既具备单点测量技术的分辨率和精度, 又能获得流场的整体结构和瞬态图像.PIV的基本原理是在流场中布撒一些与流体跟随性良好且具有良好的示踪性和反光性的示踪粒子, 用激光照射所测区域, 使用CCD相机获取示踪粒子的瞬时运动图像, 设置适当的跨帧时间, 对拍摄的两幅连续的图像进行互相关计算, 根据两帧图像的位移和时间间隔, 从而得到流场的速度场.近十几年来, PIV被广泛应用在气液两相流流场测量中, 例如, 将PIV技术与激光诱导荧光法结合后测定了气液两相流的速度场, 并获得了气泡流态特性;应用PIV技术测试了多孔同时曝气对近膜面液相速度场的影响.通过这些研究证明了PIV的准确性和可靠性, 为利用PIV分析四边形折流式膜生物流化床内液相流场特性, 特别是在有少量填料时液相流场可视化研究指明了前景.六安市农村改造污水处理设备生产厂家销售

　　本文基于取样法和PIV技术, 对四边形折流式膜生物流化床在不同进水流量和曝气强度组合的工况下的填料浓度和液相流场特性进行测量, 同时对填料浓度、流场特性和膜污染三者之间的关系进行剖析, 寻求流化床运行过程中节能的结构与优化的操作条件.

　　2 实验装置和方法(Experiments) 2.1 实验系统

　　四边形折流式膜生物流化床实验测试系统的流程如图 1a所示, 主要由四边形折流式膜生物流化床、进出水系统、激光系统、CCD摄像系统、膜组件、曝气系统和图像处理系统等部分组成.流化床为长方体的透明玻璃体, 结构尺寸为300 mm×150 mm×950 mm(长×宽×高), 总容积为42.75 L, 折流板底部缝隙高度为72 mm, 倾斜角度为35°, 导流锥倾斜角度为30°.膜组件为中空纤维膜超滤膜组件, 采用聚偏氟乙烯材质制成, 膜壁厚40~50 μm, 微孔平均孔径为0.1~0.2 μm, 膜尺寸为40 mm×300 mm, 标准膜通量为200 L·h-1.曝气系统中曝气管管径为5.8 mm, 曝气头尺寸为34 mm×43 mm, 曝气孔孔径为0.1~0.3 mm.实验中为防止膜组件和曝气头的摆动, 将曝气头固定在膜组件正下方的流化床底部, 膜组件通过自制T型支架固定, 且进水管、曝气头和膜组件布置在同一轴线上.

四边形折流式膜生物流化床实验测试系统流程图(a)、拍摄分区(b)和激光断面分布图(c) (1.出水箱, 2.蠕动泵, 3.激光电源, 4.激光器, 5.同步器, 6.气体流量计, 7.空气压缩机, 8.膜组件, 9.气泡, 10.椰壳活性炭, 11.进气管, 12.进水管, 13.导流锥, 14.液体流量计, 15.潜水泵, 16.计算机, 17.相机, 18.四边形流折流式膜生物流化床, 19.曝气头, 20.激光断面)

　　2.2 实验用水和填料

　　实验用水采用自来水.填料采用椰壳活性炭, 其外观为黑色不定型颗粒(粒径约为0.4~2.8 mm), 堆积密度为604 kg·m-3, 测定填料浓度时, 填充密度为6%的流化床体积.PIV实验时, 流化的活性炭会对激光断面和相机拍摄形成阻挡, 使得无法正常拍摄, 气、固、液三相流态可视化难度较大, 需进行可视化测试.根据本次实验范围, 选择zui大进水流量200 L·h-1和zui大曝气强度1.05 m3·h-1进行测试, 填充密度测试为0.1%~1.0%, 当填充密度为0.4%时, 降流区和升流区各取样点中浓度zui大值为2.063 mg·L-1.激光拍摄过程中未出现光源呈黑色条状现象(黑色条状认定为激光光源被阻挡), 且拍摄和分析所得图片均无空白区域.为保证实验获得较高的分辨率, 选取填充密度为0.5%, 实验时为防止活性炭对示踪粒子的影响, 每3~4 h更换一次活性炭.

　　2.3 PIV测试系统

　　实验中采用丹麦Dantec公司生产的PIV系统, 包括：Litron DualPower 200-15固体激光器, 两个激光器发射器输出绿色片光源, 激光束的波长为532 nm, 每个脉能量为200 mJ, 脉宽为6~8 ns;FlowSense EO CCD相机, 图像像素为2048×2048, 采样速率为16帧·s-1;Timer Box同步器, 可以实现外部脉信号对系统的同步触发.示踪粒子选用配套的PMMA-Rhodamine B-Particles(罗丹明B荧光聚合物颗粒), 粒径为20~50 μm, 实验浓度控制在100 mg·L-1.该粒子具有对流场良好的跟随性(Paffel et al., 1998;严敬等, 2005), 适用于多相流, 示踪粒子对液相速度和粘度的影响可以忽略.

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                陈

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