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本研究采用CFD数值模拟与实验相结合的方法，从影响MABR稳定运行的影响因素出发，研究不同构型的曝气膜组件内速度场分布规律及其对膜曝气生物反应器性能的影响。以提高该工艺同步脱氮除碳的效率。 首先，利用自制聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜组件，研究膜曝气生物反应器(MABR)同步除碳脱氮的性能及其影响因素。实验结果表明:在膜组件泡点压力为25kPa下，充氧效果与曝气压力不是正相关。控制曝气压力在15kPa时，膜组件对反应器的充氧效率最高。MABR挂膜稳定后，对COD和氨氮的去除效果分别为70.29％、52.3％。反应器内溶解氧浓度对MABR的除碳脱氮效果影响较大，将溶解氧的浓度维持在0.5mg/l，氨氮和总氮的去除效果最好，去除率分别为79.5％和63％。 其次，研究了不同填充密度的反应器、导流方式以及膜丝摆动对整个反应器壳程速度场分布情况的影响，结果表明:反应器进口处水动能损失较为严重，填充率为30％时，整个反应器内的速度场分布较为均匀;填充率高于45％时，水流阻力过大，水动能沿着反应器内壁流失;水平放置的应器内速度场分布不均匀，不适合微生物均匀生长，极易造成沟流现象;导流方式对整个反应器内速度场的分布起着重要的作用。通过模拟不同循环流速研究反应器内部速度场的分布，进而优化控制生物膜生长过程的水力环境。研究结果表明:循环流速为0.5m/s时，整个反应器内的流场较均匀，稳定的上升流速为0.005m/s;该流速下曝气膜纤维外部的生物膜能够缓慢脱落。 最后，通过实验研究了MABR在不同填充密度下对COD和氨氮的去除效果的影响。结果表明:当反应器填充率为30％时，脱氮除碳的效果较好，COD去除率稳定在75％左右，最高去除率为90.9％，最高COD去除负荷为150.54g·m-2·d-1，氨氮的最高去除率为65％，总氮最高去除率为66.33％;通过SEM观察曝气膜纤维挂膜后情况，并测量稳定期间生物膜的厚度。测得的生物膜的厚度为1.823mm与模拟生物膜厚度为2mm相吻合;当液相主体的流速达到0.005m/s时，总氮的最高去除率为70％。