鼓泡反应器中幂律型流体流动与传质特性

很多废水处理装置涉及非牛顿型流体中的多相流动和传质问题,研究其中的气液传质过程有助于实现装置的优化设计和高效节能运行。以鼓泡反应器内清水和不同质量分数的羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液为实验对象,分别研究气相表观气速和液相流变特性对气泡尺寸分布、全局气含率和体积氧传质系数的影响。实验结果表明,液相的流变特性对其传质特性参数均有较大影响。与清水相比,CMC水溶液中气泡平均直径和分布范围更大;清水和CMC水溶液的全局气含率均随表观气速的增加而增大;CMC水溶液的体积氧传质系数随CMC水溶液质量分数的增加而减小。基于实验研究,得出修正的体积氧传质系数公式和适用于幂律型非牛顿流体流动体系氧传递过程的无量纲关联式,可很好地实现非牛顿流体流动的废水处理装置中气液传质参数的计算。

微孔扩散器形状对曝气增氧性能影响的试验

为了探究不同形状(直线型、C型、S型和圆盘型)的微孔曝气扩散器对增氧性能的影响,在3个水深和5个曝气流量下进行了一系列的室内曝气增氧试验。结果表明:相同水深和流量下,直线型的氧体积传质系数、充氧能力、动力效率和氧利用率均最大,例如在0.7 m水深时4个技术指标的范围值分别为0.853~1.762 h^(–1)、8.701~17.432 g/h、4.146~6.869 kg/(k W·h)、3.257%~4.912%;而S型是最低的,其范围值分别为0.798~1.504 h^(–1)、6.850~12.627 g/h、2.630~4.444 kg/(k W·h)、3.823%~2.339%;其次是C型和圆盘型微孔曝气扩散器,其他水深试验条件下也得到了类似的规律。由此说明直线型的增氧效果最好。为了仅探究扩散器形状对增氧性能的影响,在试验水池表面铺设薄膜阻隔了空气-自由水表面氧传质后,4种扩散器的氧体积传质系数均下降,最大的下降率分别为12.29%、8.73%、12.26%和6.74%,空气-自由水表面氧传质对不同形状的扩散器的影响程度不同。但下降后的氧体积传质系数值最高的仍是直线型,其次是C型和圆盘型,S型仍然最低;直线型、C型、圆盘型、S型在0.7 m水深下分别为1.693、1.470、1.438和1.227 h^(–1),在其他工况下也得到了类似的规律。因此,增氧性能最好的是直线型微孔曝气扩散器。此研究结果可为微孔曝气技术的绿色环保应用以及实际工程中对微孔扩散器形状的选取提供一定的参考价值。

基于气泡理论分析表面活性剂对微孔曝气增氧性能的影响

在污水处理厂、湖泊、水库、河口和养殖池塘等需要曝气增氧的水体中,通过增氧机来维持水体溶解氧的动态平衡是非常重要的。而生活污水、城市废水等水体中常常会存在有表面活性剂,当这些废水进入以上需要曝气增氧的水体时,势必影响微孔曝气系统的增氧性能和传质效果。因此,为了探究表面活性剂对微孔曝气系统增氧性能的影响,在长2 m、宽0.8 m、高0.8 m的试验水池中,以固定于水池中央的微孔曝气盘为增氧机,根据美国土木工程协会(ASCE)标准增氧试验方法,以阴离子表面活性剂,即十二烷基苯磺酸钠为影响因子,在5种曝气流量和阴离子表面活性剂浓度下进行了一系列的水体底部微孔曝气增氧试验。基于氧体积传质理论和气泡理论,计算分析了水体氧体积传质系数、气泡的Sauter平均直径和波形因子等参数,结果表明:在一定的曝气流量下,1 mg/L的阴离子表面活性剂提高了水体的氧体积传质系数,促进了氧传质;在阴离子表面活性剂浓度为1~5 mg/L时,随着浓度的增加,氧体积传质系数降低;而且阴离子表面活性剂使气泡的Sauter平均直径降低,降低率达到22.76%;在水体无表面活性剂的试验中,气泡的波形因子变化幅度较大,气泡的形状趋于扁平,而表面活性剂的存在阻碍了气泡发生变形,使气泡的波形因子变化幅度降低,气泡保持在近乎球体状态。

河流微孔曝气系统充氧性能优化试验

针对河流微孔曝气系统复氧效率较低的问题,基于单因素试验和响应面优化试验,以氧体积传质系数为评价指标,研究了曝气系统氧传质过程中微孔曝气器孔径、曝气水深、盐度、BOD_(5)及表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)质量浓度对充氧性能的影响规律,并建立了多元二次回归模型,对曝气参数进行优化。结果表明:5种因素对氧体积传质系数均有影响,其影响的显著程度由大到小分别为曝气水深、SDBS质量浓度、盐度、微孔曝气器孔径、BOD_(5)质量浓度;微孔曝气器孔径和SDBS质量浓度、盐度和SDBS质量浓度之间存在显著的交互作用;模型预测值与试验值的相对误差在合理范围内,所建立的回归模型准确可靠。

池塘底部微孔曝气增氧试验及分析

随着水产养殖产业的持续升温、养殖密度的提高和高产高效养殖技术的推广,增氧装备越来越成为水产养殖必不可少的设备。鼓风曝气系统中的微孔曝气式增氧机因其曝气效率相对较高,适应性较强而广泛应用于水产养殖中。为了更好地了解和推广使用微孔曝气增氧系统,本文通过室内模型试验及数据分析,研究了曝气流量与曝气管长度对总氧体积传质系数的影响,构建了总氧体积传质系数预测模型。因此,本文的研究能为微孔曝气增氧系统在实际中的应用提供有价值的参考。

高径比和底隙高度对内循环反应器性能的影响

建立了内循环反应器试验装置,综合研究了内循环反应器最重要的结构参数(高径比和底隙高度)对反应器主要性能参数(液体循环流速、总平均气含率、液体混合时间和体积氧传质系数)的影响。研究发现,表观气速存在一个不利于液体循环的过渡区,在该过渡区随表观气速增加,液体循环流速增大缓慢,甚至减小,但较高的底隙高度会减弱这种效应;在一定的表观气速和高径比下,随底隙高度增加,液体混合时间、总平均气含率先增大后减小;在一定的表观气速和底隙高度下,液体混合时间随着高径比增大而增大,体积氧传质系数、总平均气含率随高径比增加而减小。

带波纹隔板的平板式光生物反应器流动特性

在传统平板式光生物反应器中加入波纹形隔板,以其导流作用强化液体循环和气液传质,建立了新型带波纹隔板的平板式光生物反应器.利用计算流体动力学(CFD)模拟及实验考察了该反应器的流动与传质特性及其影响因素.结果表明,CFD模拟结果与实验测量值吻合良好,液体在上升区和下降区之间形成了良好的循环,随通气比增加,液相速度、平均气含率和溶氧体积传质系数均近似线性增加.单位体积能量输入与平均液相体积传质系数之间有良好的线性关系.综合各相关参数得到优化结构为:下降区/上升区截面积为1.62,隔板顶端到液面的距离为260mm,隔板底端到反应器底部的距离为20mm.

环流反应器环形气体分布器结构优化与性能分析

为研究环形气体分布器应用于气升式环流生物反应器的实际效果,对环形气体分布器进行结构优化研究,考察了气体分布器开孔方向、直径及安装高度对反应器传质性能的影响。同时,对优化后的环形气体分布器的充氧能力、氧利用率、动力效率等性能参数进行测定。结果表明:气体分布器导气孔方向为水平外向下30°、直径为0.5 R(R为反应器导流筒半径)、安装高度为0.5 R时,反应器氧传质系数最佳。环形气体分布器适宜的气体流量为2 m 3/h时,其充氧能力为0.14 kg/h,氧利用率为26.03%,动力效率为2.52 kg/(kW·h)。