滤池气水反冲洗的数学模型

1、合并为一个回流系统,因而流程简捷、宜于推广。c.在冬季低温条件下(例如水温为10,脱氮微生物仍能保持较高的反硝化速率。只要保证硝化,系统就会具有较好的脱氮能力。但是,低温对聚磷菌的生物活性影响巨大,在水温10时系统的除磷能力基本上完全丧失。d.在缺氧段,聚磷菌既可以表现为释磷也可以表现为吸磷,这取决于微生物此前所处的环境和污水的水质。当微生物此前处于好氧环境且污水中有一定的V FA含量时,聚磷菌一般表现为释磷;当微生物此前处于厌氧环境,且污水中V FA含量不太高时,聚磷菌表现为吸磷;而当污水中V FA含量特别高时,则无论此前环境如何聚磷菌一般都会先表现为释磷、然后再吸磷。5参考文献1.国家环保

2、局编委会:水和废水监测分析方法。中国环境科学出版社,1989。2.卢里耶.:工业污水的化学分析,化学工业出版社,1989:298-302。作者简介:张波副教授博士通讯处:266033青岛市抚顺路11号(收稿日期1996-11-29滤池气水反冲洗的数学模型张俊贞邓彩玲安鼎年(天津大学摘要通过定量分析气水反冲洗过程中的剪切力作用和碰撞摩擦作用,阐明气水反冲洗作用机理。同时分析了空气在滤层中的运动状态,建立空气冲洗数学模型,并在实践中得到验证。关键词气水反冲洗;速度梯度;剪切力,摩擦作用1前言气水反冲洗是国内外水厂广泛使用的冲洗方法,它良好的冲洗效果已经被实践所证明。其冲洗机理普遍认为是空气促进滤料

3、颗粒间的碰撞摩擦作用,但仅仅局限于定性阶段。本文对煤砂双层滤料滤池气水反冲洗过程的剪切力和碰撞摩擦作用分别做定量分析,并推出空气冲洗最优化数学模型。2气水反冲洗时的水力剪切作用由于气水混合冲洗容易使双层滤池的煤滤料流失,实验采用先气洗、后水洗的冲洗方式,流体产生的剪切力可以表示为:=aG(1式中剪切力,Na与剪切力方向平行的滤料表面积,m2水的动力粘度,Ns m2显然,速度梯度能够反映施加于滤料表面的剪切力大小。水洗产生的速度梯度为:G W=g v whL e(2式中G w水洗产生的速度梯度,s-1v w水洗流速,m sh反冲洗时滤层水头损失,mL e膨胀滤床深度,m水的密度,1000kg m

4、3g重力加速度,9.81m s2空气冲洗产生的速度梯度为G A=W AV(3式中G A空气冲洗产生的速度梯度,s-1W A气洗时输入系统的能量,J sV滤床体积,m3气洗时输入系统的能量有两部分:一部分为气泡膨胀的体积功;另一部分为气泡在滤层中上升克服重力所做的功,这部分功很小,可以忽略不计。因此W A=1.01105v A A ln P1P2(4将式(4代入方程(3华北电力设计院01中国给水排水1997V o l.13N o.3G A=1.01105v A lnP1P2L(5式中v A气洗流速,m sA滤床表面积,m2L滤床深度,mP1、P2始末态气体压力,本系统中P1=110.15kPa、

5、P2=100.94kPa不同气洗强度和水洗强度下的速度梯度值见表1。由此可见,空气产生的G值几乎是单纯水洗的两倍,说明空气对滤料的水力剪切作用远远大于单纯水洗,它能更有效地将杂质从滤料上剥落下来。表1气水冲洗速度梯度计算温度(气冲气冲强度(L sm2G气(s-1水冲水冲强度(L sm2水冲水头损失(m膨胀后滤层高度(mG水(s-1备注高温(20252548515.730.611.242752548513.050.571.142532548510.220.631.092412043515.730.611.242782043413.050.611.202552043510.220.551.0622

6、81537515.730.651.262821537613.050.611. 162591537510.220.671650.631.042081030615.730.641.24282204357.070.621.0220520时=1.010-3N sm2低温(792542011.010.621.21204254208.650.601.10186254207.080.631.051772542013.050.591.262120时=1.3310-3N sm23空气的摩擦作用空气冲洗时,高速气流产生的气泡通过滤床,引起颗粒间剧烈的碰撞摩擦作用,从而将粘附在滤料上的杂质

7、剥落下来。现就这一过程加以解释。取滤面下深度h(m处一微小立方单元,如果滤料水平方向上各向同性,相邻颗粒间的相互接触力只会在立方单元上引起法向应力x、y,这两个应力如果引起颗粒间的相对错动就会使砂体产生应变和破坏,此时它的抗剪强度遵守摩尔库仑定律:=tg(6式中砂的内摩擦角如果减小图1-b中的水平方向法应力x,使砂体处于主动朗肯应力状态极限平衡状态,当继续减小x砂体就会产生相对错动而破坏。在主动朗肯应力状态下,摩尔应力圆与摩尔库仑破坏应力相切(见图1-c,由此可以求得x和y的比值xy=tg245-2(7式中x、y,不包含静水压力P0对图1-a所示的系统,有静水压力存在时y=-y-P0(8x=-

8、x-P0(9y=h( s- w=h (10式中 s、 w分别为滤料和水的容重 滤料的淹没容重另外,为了分析冲洗时空气运动的变化,分别对粘性液体中气泡的形成和运动做了研究1、2,他们认为在一定压力下,气体流速与通过孔口压差的平方根成正比2:(a滤床中的静水压力和有效应力111997V o l.13N o.3中国给水排水 (b 砂体中的接触力(c 主动朗肯状态下摩尔圆分析图1v A =K P -g h -2T r12(11式中P 空气管口测量压力T 表面张力r 气泡半径K 经验系数将上式整理得P =g h +2T r+Cv 2A (12式中C 系数式(12说明,在常压下气泡形成所需的压力等于三个因

9、素之和:静水压力g h ;表面张力;空气流入气泡所需要的动能。通过方程(10、(12可以分析空气冲洗的基本原理。气体是以气泡的形式穿过滤层,外面包着一层水膜。假设气泡在刚刚形成时气泡内的压力通过式(12得到,在气泡上升过程中因静水压力减小、气泡体积不断增大,表面张力则随着气泡半径的增大而变小。在图1-a 所示的装置中,气泡首先通过孔隙较大的承托层,此时的气泡体积很小可以在其中任意窜动;当气泡进入砂层孔隙变小,而气泡体积在不断增大,当它的半径大于孔隙半径气体会充满孔隙形成气囊,并对周围的砂体产生横向挤压作用;当气囊继续上升离开这个位置,孔隙收缩恢复到原来大小。在这个过程中砂粒受到压迫放松的交替作

10、用。显然气囊体积膨胀得越大对两侧砂体的作用力越大,当达到主动朗肯破坏应力时砂体的平衡被破坏,发生塌陷、砂粒间产生相对错动。当砂体趋于稳定,其间的孔隙又会被新的气囊所充满。实践证明,当气量很小时这个现象只在滤床上部发生,增大气量会使发生部位向下移动。因此可以得出结论,当整个滤层在气泡通过之后都会产生砂体结构破坏时,颗粒间的碰撞摩擦作用最强,此时的空气流速也就是最佳的冲洗强度。4空气冲洗数学模型气囊在滤床孔隙中运动,它和周围砂体间的作用力是难以计算的,但是随着气囊上升砂体处于主动朗肯应力破坏状态时,应力可以通过计算得出。假设在液体中限制气泡形成和体积增大的因素是静水压力g h(见式(12,在气泡上

11、升过程中静水压力减小、体积增大、表面张力也减小,通过高度为H 3的承托层后静水压力只有初始的H -H3H倍(H 为滤床含水层的高度,表面张力也减小到可以忽略不计,在砂层中限制气囊体积增大的因素是总水平应力x (包括静水压力。因此,在砂层的固液基质中,方程(12变为:-x =H -H 3H(P -Cv 2A (13根据方程(7、(10x =tg 245-2H 2(14静水压力P 0= w (H 1+H 2(15因此-x =tg 245-2H 2+ w (H 1+H 2(16在砂体破坏前的准平衡状态下,方程(13和(16所示的x 值应该相等,于是H -H 3H(P -Cv 2A =tg 245-2

12、H 2+w (H 1+H 2(17整理得v A =1CP -H 2H H 1+H 2tg 245-2-w H 12(18方程(18表明,在这个空气流速下颗粒间的碰撞摩擦作用最强。它需要满足假设条件:滤床在水平方向上各向同性;滤料为非粘性砂体。5验证数学模型本试验系统滤床深度H 2=0.94m ,其中砂层厚0160m 、容重 s 砂=25.80kN m 3,煤层厚0.34m 、容重21中国给水排水1997V o l .13N o .3s煤=14.03kN m3,滤床上面水深H1=0.30m,承托层厚H3=0.76m。因此,H=H1+H2+H3=2.0m、H1+H2=1.24m、 w=9.81kN

13、 m3、 砂=15.99kN m3、 煤= 4122kN m3,通过空气管进入滤床入口处的压力P=0. 025M Pa,通过试验确定C=0.0487、=34。将上列数值代入方程(18,就可以求得最佳的冲洗强度。v A=10.04870.025166-2.01.24tg2(45-342(15.991030.6+4.221030.34-9.811032.012=84.89m h=23.58L sm2另外,通过正交试验分析不同温度及不同冲洗强度和冲洗时间下的气水反冲洗效果,得到气水反冲洗最优工况。高温期(2025:气洗强度25L sm2,水洗强度13L sm2,气洗时间3m in,水洗时间4m in

14、。在低温期(79:水洗强度需要降低23L sm2,其他条件保持不变。在这样的冲洗工况下,能使滤池的周期产水量最高,初始过滤水头损失最小,冲洗结束时排水浊度最小,洗水率较低。上述结论证明,理论计算的最佳气洗强度与试验结果吻合良好。6结论综上所述,空气冲洗一方面能产生较大的速度梯度(485s-1,是冲洗强度为15L sm2的单纯水洗所产生G值的1.8倍。另一方面,气泡在滤层中运动,使颗粒间产生剧烈的相对错动,碰撞摩擦作用得以充分发挥,冲洗强度为23.58L sm2时碰撞摩擦作用最强。因此,在气洗过程中截留在滤层中的絮体被击碎,并与滤料分离,大部分聚集在滤层上面的水层中。在此之后,用足以使滤层膨胀的

15、水进行漂洗,将滤层内及上部杂质带出滤池。7参考文献1.D avidson,J.F.and Schuler,B.O.G.,Bubble Fo r m ati on atan O rifice in an Inviscid L iquid,T rans of the Instituti on of Chem ical Engineers(L ondon,V o l.38,1960,pp335342.2.D avidson,J.F.and Schuler,B.O.G.,Bubble Fo r m ati on atan O rifice in an viscour L iquid,T rans of

16、 the Instituti on of Chem ical Engineers(L ondon,V o l.38,1960,pp144154.作者简介:张俊贞天津大学环境工程研究所所长教授通讯处:300072天津市六里台(收稿日期1996-12-20杂环化合物及多环芳烃厌氧酸化降解性能的研究何苗张晓健瞿福平顾夏声(清华大学摘要采用厌氧酸化处理试验,分别在单基质及共基质条件下较为系统地研究了杂环化合物多环芳烃的厌氧酸化降解性能。研究结果表明:多数受试物在与葡萄糖共基质条件下具有较好的厌氧降解性能,其中多环芳烃较易实现厌氧酸化反应,而单环杂环化合物则表现出抗厌氧转化的倾向,苯环的加入可缓解它们的

17、抗性;共代谢作用在其厌氧酸化降解过程中起着重要的作用。关键词杂环化合物及多环芳烃;厌氧酸化;共代谢据文献报道,经过厌氧酸化预处理可以改变难降解有机物的化学结构,使其生物降解性能提高,为后续的好氧生物降解创造良好的条件。近年来有关厌氧微生物代谢的研究表明:厌氧微生物具有某些脱毒和利用难降解有机物的性能,而且还具有某些在好氧条件下较难发生的生物化学反应,如多氯芳烃的还原脱氯、芳香烃及杂环化合物的开环裂解等。对于杂环化合物及多环芳烃来说,在好氧条件下,环的裂解是其整个生化反应的限速步骤。无疑上面的研究结论给杂环化合本研究为自然科学基金重点资助课题,并为“八五”攻关课题。MA TH MA T I CA

18、L MOD EL O F A I R2W A TER BAC K W AS HI N G O F F I L TER(10Junzhen Zhang (T ianj in U n iversityCailing D eng(N orth2Ch ina E lectricP o w er D esig n Institu teD ingn ian A n(T ianj in U n iversityAbs tra c t:T he m echanis m of air2w ater backw ash ing is expounded by quantitative analysis of sh

19、ear and abrasi on acti ons during air2w ater backw ash ing p rocess.A t the sam e ti m e,a m athm atic model of air2w ater backw ash ing is set up based on analysing the moving state of air bubbles in the filter bed.T he model established is verified to be co rrect in p ractice.Ke yw o rds:A ir2w at

20、er backw ash ing;V elocity gradient,Shear acti on;A brasi on acti on.A S TUD Y ON ANA EROB IC AC ID I F I CA T I O N B I O D EGRADAB I L I TY O F HETERO C YCL I C COM2 POUNDS AND POL I C YCL I C AROMA T I C HY DRO CARBONS(13M iao H eX iao jian ZhangFup ing Q uX iasheng Gu(Q ing hua U n iversityAbs t

21、ra c t:A system atic study w as conducted on the anaerobic bi odegradability of heterocyclic compounds and po lycyclic arom atic hydrocarbons under single2substrate and co substrate anaerobic acidificati on.T he experi m ental results show that mo st of test compunds w hen using gluco se as co substrat have a fairly good bi odegradati on perfo r2 m ance under anaerobic conditi on;among them,PA H s are ready to get acidified,w h ile mono2heterocyclic compounds show esistant trend to anaerobic conversi on but the ad