【摘 要】
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颗粒污泥钙化是困扰废纸造纸行业的一个技术难题。颗粒污泥钙化会导致颗粒污泥失活,加剧颗粒污泥群粘结成块,造成反应器床层板结、运行崩溃,所以使床层内保持充足的流态化格外重要。在气-液-固反应器中,颗粒污泥的流化行为不仅与自身理化特性密切相关,还受反应器内流体力学条件的影响。其中,颗粒污泥沼气气泡运动（内源气泡附着、次生气泡尾流）是影响床层中颗粒污泥能否流化、沉降截留在反应器内的关键因素。因此,本文的重
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颗粒污泥钙化是困扰废纸造纸行业的一个技术难题。颗粒污泥钙化会导致颗粒污泥失活,加剧颗粒污泥群粘结成块,造成反应器床层板结、运行崩溃,所以使床层内保持充足的流态化格外重要。在气-液-固反应器中,颗粒污泥的流化行为不仅与自身理化特性密切相关,还受反应器内流体力学条件的影响。其中,颗粒污泥沼气气泡运动（内源气泡附着、次生气泡尾流）是影响床层中颗粒污泥能否流化、沉降截留在反应器内的关键因素。因此,本文的重点是探索基于颗粒污泥钙化影响下的颗粒污泥床层差异以及驱动颗粒污泥流化的相关机制。具体研究内容与结果如下:（1）通过对取自钙化、未钙化反应器不同高度的颗粒污泥进行理化性质的对比检测,以探究污泥钙化对颗粒污泥特性及床层结构的影响。结果表明,颗粒污泥的钙化行为会影响污泥在反应器中的分布特征,主要表现在钙化颗粒污泥倾向于在反应器底部沉积,且各层间粒径分布不均匀性明显。颗粒污泥床层在纵向分布上均存在着分层分布的床层结构特征,从下到上分别定义为沉积区、膨胀区、流化区和流失区且钙化反应器中床层分层结构更为显著;初步定义了钙化污泥与未钙化污泥的边界密度为1.10×10~3kg/m~3。（2）基于内源气泡驱动的浮力与钙沉淀引起的附加重力的平衡,通过反应器中气泡尺寸分布概率转化为一种可变密度概率,构建了一种气泡附着浮力驱动的可变密度模型,旨在更大的颗粒密度和粒径范围内判断厌氧颗粒污泥的可浮性。根据模型预测的颗粒污泥截留概率行为与实际颗粒污泥分层行为具有一致性,首次从附着气泡的角度解释颗粒污泥床层结构的形成。（3）研究了外源次生气泡在反应器中的沿程演变行为及其尾流作用对颗粒污泥沉降过程的影响。结果表明,床层高度和表观气速都会促进气泡的聚并,且最终气泡聚并、破碎并稳定在一个特定的尺寸区间。稳定尺寸的次生气泡的尾流作用是决定颗粒沉降、流失与否的主导因素。在气液固三相下,对五种颗粒的沉降过程进行监测,均出现了明显的气泡尾流现象。对次生气泡的尾流效应进行量化研究,发现尾流效应对低密度、小粒径颗粒污泥沉降过程扰动最为显著,高达50%。说明在实际厌氧反应器中,絮状污泥更容易被洗脱。而高密度大粒径污泥不容易被气泡尾流扰动所以更容易沉降在反应器底部。从外源气泡的角度支撑了床层结构形成的原因。
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