颗粒轨道模型 篇1
关键词：好氧颗粒污泥,弹性模量,几何模型,变形
0 引言
污泥颗粒化是指在一系列的物理作用、生化反应和外部环境条件的作用下, 微生物不必外加任何载体而自身固定的一种特殊形式。在20世纪90年代后期, Morgenroth等人首次用SBR反应器培养出好氧颗粒污泥, 并应用于处理含有机物的废水[1]。颗粒化使得反应器生物保有量大大增加, 同时因颗粒化带来的沉降性能减少了污泥外排量。因而, 好氧颗粒污泥技术被看作是应用前景最好的废水处理技术。
但在长期的运行过程中经常出现好氧颗粒污泥失稳解体的现象, 这也是其大规模运用于实际的最大阻碍[2,3,4]。目前, 国内外学者已经开始对好氧颗粒的稳定性进行实验研究。但这些研究大多停留在定性描述, 对其机理仍缺乏全面的深入研究, 更未能进行定量描述。另一方面, 迄今为止有关影响好氧颗粒稳定性的因素研究, 主要集中在反应器的运行条件和颗粒特性方面, 如接种污泥种类、有机负荷率、水力停留时间、胞外聚合物等, 但很少报道有从受力分析的角度来研究对其稳定性的影响。好氧颗粒的受力在其颗粒化过程中起到了关键的作用, 颗粒污泥的形成过程、颗粒的结构以及其物化特性都与受力有着密不可分的关系。文章将从力学的角度, 建立好氧颗粒污泥的弹性模型, 对颗粒的力学性能进行研究。
1 原理与假设
好氧颗粒污泥弹性力学问题的建立是基于弹性力学的三个基本方程, 即平衡微分方程, 几何方程和物理方程。考虑弹性力学中的基本假定, 根据此次弹性模型的模拟研究, 对好氧颗粒污泥做出以下假设:
1) 好氧颗粒污泥为完全弹性材料;2) 颗粒污泥本身为各向同性;3) 颗粒污泥具有确定的弹性模量和泊松比;4) 忽略外界温度对颗粒污泥力学性能的影响;5) 颗粒污泥应力和应变不随时间变化;6) 颗粒污泥的位移和变形是微小的。
2 好氧颗粒污泥的选取
本次实验所采用的接种污泥取自于合肥市王小郢污水处理厂的氧化沟, 其污泥体积指数 (Sludge Volume Index, SVI) 约为125 m L/g。在SBR反应器中进行好氧颗粒污泥的培养实验。该反应器为圆柱形, 柱身材料为有机玻璃, 反应器高为0.65 m, 内径0.1 m, 在柱身不同高度设置出水口, 各出水口之间的高差为0.1 m, 其有效高度为0.55 m, 有效体积为4.3 L, 反应器周期包括:10 min的进水, 240 min的曝气, 20 min的沉淀以及5 min的出水。本次实验的进水采用人工合成废水, 碳源由蔗糖唯一提供, 氮源和磷源由NH4Cl和Na H2PO4提供, 所添加的量以C∶N∶P为100∶5∶1来计算, 并提供微生物生长所必需的常量元素和微量元素。本次弹性模量实验从SBR反应器中选取较为圆润, 光滑的成熟好氧颗粒若干, 如图1所示。
3 实验步骤
1) 从SBR反应器中选取圆整度较好的颗粒污泥, 且直径控制在2 mm~3 mm左右。将选取好的颗粒污泥放置在培养皿中, 并加少量清水, 一是保证显微镜下成像清晰, 排除其他絮体污泥的干扰;二是防止颗粒污泥因长时间暴露于空气中而缺水萎缩干裂。2) 将开机后的数码相机镜头倒扣进体视显微镜的镜筒内并拧紧, 然后把放有好氧颗粒污泥的培养皿放置在体视显微镜的载物台上, 使好氧颗粒位于镜头的中心, 调整数码相机的光学变焦, 使得放大倍数为8x, 待图像清晰后拍照保存。3) 颗粒污泥照片导入到图像分析软件Motic Images Advanced进行处理, 去除噪点影响后, 计算并记录好氧颗粒污泥的直径及圆形度。4) 测完颗粒污泥的直径以后, 采用单轴受压装置对颗粒进行受压实验, 并记录颗粒受力与变形结果。
4 模型建立
由于好氧颗粒污泥弹性模量的测定中, 所涉及的好氧颗粒均处于弹性变形阶段, 未进入塑性变形。此时应采用线性静力结构分析方法对颗粒污泥的变形进行分析, 且应为空间弹性问题。因此, 采用空间问题的方法, 考虑静力学、几何学和物理学三方面条件与对应的三套平衡方程, 建立弹性模量的三维静力分析模型。
4.1 几何模型的建立
基于颗粒污泥应力和应变关系测定实验装置, 将三维几何模型简化, 建立几何模型。如图2a) 所示, 几何模型由中间夹着球形颗粒的两块平板组成。下平板模拟装置底座, 其下表面固定;上平板模拟测杆顶端, 可沿Z轴负方向向下移动, 外部荷载直接施加在上平板的上表面。两块平板的尺寸均为12 mm×12 mm×3 mm。在模型中, 两块平板均为刚体, 不发生变形, 中间的球形颗粒为弹性体, 取好氧颗粒的泊松比为0.42。
4.2 弹性求解
将建立的几何模型导入到静力分析软件中。本次网格划分方式分为两种, 上下两块平板均采用扫掠型方式生成六面体网格, 中间球形颗粒采用多域扫掠型方法生成网格。上下两块平板只提供支撑和施加荷载, 所以网格较球形颗粒网格稀疏。平板采用的网格大小为3 mm, 球体采用的网格大小为0.2 mm。网格划分结果如图2b) 所示。
本文采用线性模拟及求解。静力结构分析问题的求解步骤如下:1) 几何模型的建立或者导入。2) 定义和分配部件的材料特性。在线性静力结构分析中, 材料属性仅需要定义杨氏模量和泊松比。3) 定义装配体间的接触副。当导入装配体时, 程序会在两个实体之间自动生成接触副。同时, 可以根据具体分析需要, 在其提供的四种接触类型中进行选择修改。4) 施加荷载和约束。5) 选择需要查看的结果。6) 求解计算。7) 查看后处理结果。
5 结果与讨论
将实验所得数据与数值模拟的数据进行对比分析, 如图3所示。在弹性范围内, 颗粒的变形与受力呈正相关关系, 随着受力的增加, 好氧颗粒污泥的变形量也在增加。对比实验值与模拟值可以看出, 两者均有相同的上升趋势, 实验值略大于模拟值, 但在合理范围之内。由于颗粒污泥形状为近似球体, 与标准试件有较大差距, 所以采用标准试件的算法会造成计算误差。本次模拟采用最原始的实验数据, 即通过测定力与位移, 保证了中间无换算误差, 因此更加准确。
6 结语
本文通过实验测得好氧颗粒污泥弹性阶段受力与变形的关系, 并建立了好氧颗粒污泥的弹性模型, 通过对比可以发现, 数值模拟很好的符合了实验值。通过实验与模拟相对比的方法, 研究了好氧颗粒污泥弹性阶段的性能, 为好氧颗粒污泥的受力和稳定性研究提供了理论基础和参考价值。
参考文献
[1]Morgenroth, E., Sherden T., Van Loosdrecht M.C.M., et al.Aerobic granular sludge in a sequencing batch reactor[J].Water research, 1997, 31 (97) :3191-3194.
[2]Tay J.H., Liu Q.S., Liu Y..Microscopic observation of aerobic granulation in sequential aerobic sludge blanket reactor[J].Journal of Applied Microbiology, 2001, 91 (91) :168-175.
[3]Moy B.Y., Tay J.H., Toh S.K., et al.High organic loading influences the physical characteristics of aerobic sludge granules[J].Letters in Applied Microbiology, 2002, 34 (6) :407-412.
颗粒轨道模型 篇2
关键词 抗感颗粒 急性咽炎 病理检查
抗感颗粒是由金银花、黄芩、杠板归等12味中药组成的中药复方制剂。本试验观察了抗感颗粒对大鼠急性咽炎模型病理组织的影响，对局部病理检查结果进行了半定量分析。
资料与方法
动物Wistar大鼠：药品与试剂：抗感颗粒：每克成品含原药材（生药）2.56g。实验时配制浓度分别为30%、20%、10%。氨水：500ml瓶装，浓度25%～28%。复方瓜子金颗粒：每袋装10g（相当原生药14g）。
仪器： 手柄式喉头喷雾器：L56-03型，显微镜：奥林巴斯BX-51。医学图像分析系统：BI-2000，医用额镜、压舌板。病理检查设备。
实验方法：①动物分组：选用Wister大鼠60只，体重160~200g，雌雄各半。随机分组6组，即空白对照组、模型组、阳性药对照组（复方瓜子金颗粒）、抗感颗粒高、中、低剂量组。每组10只。②急性咽炎模型的复制：除空白对照组外，其余5组动物上午8时及下午4时各用25%氨水喷其咽部1次，连续喷3天。每日观察记录动物外观状态及动物咽部情况。③给药剂量：造模后第4天起，各组动物按下述给药剂量开始灌胃给药，每日1次，连续给药5天。给药剂量分别为：阳性药组（复方瓜子金颗粒）：8g/kg体重（80%×10ml/kg体重）、抗感颗粒高剂量组：3g/kg体重（30%×10ml/kg体重）、中剂量组：2g/kg体重（20%×10ml/kg体重）、低剂量组：1g/kg体重（10%×10ml/kg体重）、空白对照组及模型组：蒸馏水10ml/kg体重。④取材：末次给药45分钟后，拉椎处死动物，摘取各组动物咽部黏膜及其下组织用10%福尔马林溶液固定，切片，进行病理组织学检查。⑤观察指标及判定标准：大鼠咽组织黏膜上皮增生程度及炎细胞浸润程度的病理评分。
结果
实验结果:咽部组织病理检查结果，空白对照组大鼠咽部组织的黏膜上皮为鳞状上皮结构，层次清晰。黏膜下组织、腺体正常。模型组大鼠咽部组织的黏膜上皮片状坏死、脱落，黏膜上皮及黏膜下组织大量炎细胞弥漫性浸润，黏膜下组织明显血管扩张充血、出血，部分腺体萎缩。表明急性咽炎模型复制成功。阳性药对照组、抗感颗粒高、中剂量组大鼠咽部组织的黏膜上皮增生程度积分及炎细胞浸润程度积分与模型组比较均明显降低。提示抗感颗粒对氨水所致的急性咽炎模型咽部黏膜上皮增生程度及炎细胞浸润程度有一定的缓解作用（见表）。
讨论
颗粒轨道模型 篇3
颗粒轨道模型用于烟气脱硫喷淋塔两相流数值模拟
以FLUENT软件为计算工具,采用Euler-Lagrange方法模拟喷淋塔内部气液两相流动.气相用标准k-ε湍流模型描述,喷淋液滴用颗粒轨道模型描述.综合考虑颗粒受力分析、颗粒湍流扩散以及气液两相耦合3方面影响因素对颗粒轨道模型进行设置,从液滴粒径分布、液滴出口速度、喷淋夹角3个方面对喷嘴射流源进行精确定义.模拟结果表明:喷淋塔内轴向气速分布均匀;中空锥形的喷嘴设计使喷淋液形成伞状雨帘,有效防止烟气短流;塔内液滴浓度分布存在中间高、边缘低的问题,可通过改进喷嘴布置方案加以改进;颗粒轨道模型能够较好地预测喷淋塔内两相流动.
作 者：赵 田贺忠 郝吉明 张华 刘汉强 ZHAO Zhe TIAN He-zhong HAO Ji-ming ZHANG Hua LIU Han-qiang 作者单位：赵,田贺忠,郝吉明,ZHAO Zhe,TIAN He-zhong,HAO Ji-ming(清华大学环境科学与工程系,北京,100084)张华,刘汉强,ZHANG Hua,LIU Han-qiang(北京国电龙源环保工程有限公司,北京,100761)
刊 名：环境科学 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCE 年，卷(期)： 26(6) 分类号：X701.3 关键词：颗粒轨道模型 烟气脱硫 喷淋塔 数值模拟