[发明专利]污水处理设备的平垂扰流（PVFL）流态物理模拟实验方法

说明书

技术领域

本发明属污水处理技术领域，提供一种污水处理设备的平垂扰流(PVFL)流态物理模拟实验方法。

背景技术

污泥是污水处理工艺中的世界难题。污泥处理设备投资占水处理工艺中的46％～60％，但是仍然无法彻底解决污泥的恶臭、有害有毒化学品、重金属和放射性元素等难题，仍然无法彻底解决其排放对自然环境的“二次污染”问题，仍然无法彻底解决污水处理资源高值化再利用问题。

本发明根据平面层流与垂直流动的交错搅动流态PVFL的扰流机理，通过设备的迷宫结构实现了PVFL。设计水处理设备，可以使外排放的水质达到甚至超过“膜”过滤工艺水平，从而实现投资大幅度地降低，使污水处理达到“可饮用”的高标准。目前通过实施环境友好示范工程，预示该项技术在煤化工、页岩油气压裂(钻井)、石油化工、军事野战营地、旅游房车营地和环保污水处理具有广泛的应用市场和很好的经济效益。

发明内容

根据平面层流与垂直流动的交错搅动流态PVFL的扰流机理，本发明提供一种污水处理设备的平垂扰流(PVFL)流态物理模拟实验方法。为实现上述目的，具体方法如下：

所述的平垂扰流(PVFL)流态与污水生化处理关键技术和成套工程装备，其污水生化处理的流态的物理模拟实验方法如下：

生化水处理需氧量数学模型

(1)水体中的溶解氧：水有溶解氧气的能力，单位体积水中所溶解氧气的数量(毫克/升，mg/L)称为溶解氧，以DO表示(Dissolved Oxygen的缩写形式)，它是衡量水质的一个重要参数。在一定温度和压力下水能溶解氧气的最大值称为饱和溶解氧，以C_s表示，饱和溶解氧的大小与温度和压力等有关。水温越低，Cs越大；在同一温度下，饱和溶解氧随水压力增大而增大。正常大气压下饱和溶解氧可按下式计算：

C_S＝14.652-41.0222x10^-4T²-77.77x10^-6T³

其中:T为水温。

当水中溶解氧的实际值低于饱和值时，大气中的氧就会溶于水中。在正常情况下，清洁的地表水中溶解氧接近饱和状态。水中溶解氧是维持水生生态平衡和有机物进行分解的条件。

(2)生化需氧量：所有的污水处理中都有微生物，当有机污染物排入水体时，要被微生物分解为简单的元素，在此过程中要消耗水体中的溶解氧，这种因生物化学降解作用而消耗的溶解氧量称为生化需氧量，以BOD(Biochemical Oxygen Demand)表示。它是测定某一数量有机物对水体潜在污染能力的一个最常用的参数。BOD值越高，说明水中有机物含量越多。因此BOD值可以反映水体受有机物污染的程度。

各种有机物经过完全的生物化学分解需要的时间一般较长，目前统一规定把20℃水温下通过5天生化作用消耗的氧气作为度量标准，故称5日生化需氧量，以毫克/升计。水体的有机物的生化分解是持续进行的，BOD随时间而减少的速率，由大量试验证明可用下式表达为dL/dt＝-K₁L，其中：L为任意时刻的BOD；K1为耗氧系数。

耗氧系数反映生化分解的速率，其数值随温度增高而加大，温度为T时的耗氧系数K_t(T)与温度为20℃时的耗氧系数K_t(20)之间的关系为:

K_t(T)＝K_t(20)x1.047^T-20

PVFL流态物理模拟实验

(1)实验装置

PVFL流态物理模拟实验原理和装置设计见图1。

(2)基于PVFL流态组合的水处理工艺实验

根据示踪剂脉冲响应法试验所取得的试验数据，绘制出C-B的曲线如图2所示，对应的水力特性参数见表1。

示踪试验为清水试验，反应器死区指水力死区，是由于反应器内部结构造成的。从试验结果可以看出，反应器改进前死区率为33.54％和37.42％，改进后死区率明显减小，为7.57％16.19％，再次证明反应器改进对于水力特性的优化作用。从表1还可以看出，改进后，HRT对反应器死区影响显著，死区率随HRT的增加而增加，说明增加水力负荷可以减小反应器内的死区，提高反应器的有效容积。

表1：不同流态下的水力特性参数

附图说明

图1：水处理物理模拟实验原理和装置设计

图2：不同流态生物C-B图

具体实施方式

实施例1：PVFL流态模拟优化研究(图2)，设计设备的内部结构为八卦六宫结构。