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固废资源化团队在《Water Research》上发表论文,报道氧化沟CFD模型与2号活性污泥模型(ASM2)耦合模拟最新进展

作者:许琪  日期:2021-02-22 14:32:53  浏览:

20212月,固废资源化团队在《Water Research》上发表了氧化沟CFD模拟的研究成果(Qi Xu, Yanlei Wan, Qiongxiang Wu, Keke Xiao*, Wenbo Yu, Sha Liang, Yuwei Zhu, Huijie Hou, Bingchuan Liu, Jingping Hu, Yin Yang, Jiakuan Yang*. An efficient hydrodynamic-biokinetic model for the optimization of operational strategy applied in a full-scale oxidation ditch by CFD integrated with ASM2. Water Research, 2021, 193, 116888)。该论文以永利贵宾会环境与工程学院为第一完成单位,许琪博士为第一作者,杨家宽教授与肖可可副教授为论文的共同通讯作者。

本论文以实际氧化沟为研究对象,采用计算流体力学(CFD)模型与2号活性污泥模型(ASM2)耦合的方法对氧化沟中流速、悬浮固体、溶解氧、化学需氧量、总氮、氨氮和总磷浓度进行模拟研究,通过实测数据与模拟结果的对比校验耦合模型,并针对原有氧化沟运行模式进行不同方案的对比模拟,最终优化后的运行模式能降低22.3%的能耗模拟结果在氧化沟中得到实际运行验证。论文首次将CFD模拟方法与ASM2模型实现氧化沟全沟段的模拟与校验,并利用ASM2实现了水质指标中总磷的模拟。为了解决ASM2模型与氧化沟CFD模型耦合带了的计算量巨增的问题,本研究成果采用两步的模拟方法以降低耦合模型的计算量,第一步用CFD对氧化沟全沟段的三维流场与污泥浓度进行计算模拟,第二步将ASM2号模型的水质指标作为源项,利用自定义函数(UDF)导入进行模拟。实现了在Dell Precision T5820工作站的Intel Xeon 3.7 GHz处理器32 GB内存配置下,单次计算时间约3小时。该研究成果对于污水处理厂的节能减耗以及优化运行提供了一种有效的工具。

论文链接https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.116888










该研究是在题组长达十多年的环境流体数值模拟研究基础上完成的,课题组长期从事以氧化沟、高效澄清池等为代表的CFD模拟研究工作在研究初期采用滑移壁面模型与风扇模型分别作为曝气转碟机与水下推进器的简化模型极大降低模拟计算量而成功对氧化沟的流场进行模拟Water Research, 2011, 45(11), 3439-3452; Water Science & Technology, 2010, 62(2), 256-265);在随后的研究中,逐步攻克了液-固两相流模型的构建,成功将污泥沉降性能数据导入至CFD模型中,并模拟了污泥浓度分布情况Chemical Engineering Science, 2014, 109, 296-305);同时也探索了液-气两相流模型的构建,成功模拟了氧化沟中气含率的分布情况(Water Science & Technology, 2018, 78(9): 1956-1965);以上研究均为本论文的发表打下了坚实的基础,最终能成功将氧化沟中水力学信息与生化反应过程耦合模拟,构建CFD-ASM2耦合模型,有助于氧化沟的设计及运行控制。另一方面,随着近些年污水处理厂提标改造的实施,更多复杂的新型反应器应用于污水深度处理,其中高效澄清池是最用常用的工艺之一,课题组也成功将CFD模拟技术应用于高效澄清池的运行优化,有效保障其高效稳定运行(Biochemical Engineering Journal, 2020, 155, 107489)。固废资源化在环境流体数值模拟领域的丰富经验与成果将继续助力于环保技术的发展与环境人才的培养。