气升式环流反应器在生化处理中的中试试验

生化处理是炼油废水处理过程中的关键环节,目前的生化处理工艺以氧化塘、SBR为主,但好氧反应区域存在气液混合不均匀、发泡尺寸较大等问题,进而导致氧气利用率低、能耗高。为提高生化反应效率,缩短曝气时间,本文设计了气升式环流反应器(ALR),通过安装微细气泡曝气盘配合曝气环产生分形气泡以强化气-液-固三相传质和混合,将二级生化处理单元中的好氧反应区和沉淀区集成在同一个反应器内,并开展了中试试验。研究对比了ALR和SBR对气浮出水的处理效果,衡量了两者的技术经济性指标。试验结果表明:在ALR与SBR在油含量、COD和氨氮去除效果相当的情况下,ALR的污泥负荷提升了10倍,COD容积负荷提升了5倍;同时,ALR的吨水处理的鼓气量减少了57%,吨水处理占地面积仅为SBR的50%左右,吨水处理的能耗降低了22.9%,解决了传统生化处理工艺占地面积大、能耗高等问题,为未来生化反应器的升级改造提供了重要参考。

气升式浆态床外环流反应器流体力学性能研究

针对气含率和浆液循环流速两个关键流体力学参数,系统研究了气升式浆态床外环流反应器的流体力学特性,掌握了气含率与浆液循环流速的变化规律。验证了体积膨胀法、压差法和电导探针法测量气含率的方法准确性。研究了气体分布器结构对气升式浆态床外环流反应器流体力学特性的影响,结果表明开孔向下双环管分布器的综合性能最优。气含率与浆液循环液速之间存在线性关系,建立了预测浆液循环流速的计算式,计算误差基本小于20%。

导流筒结构对气升式反应器传质性能的影响研究

气升式环流反应器广泛应用于化工、环境等领域,深入研究反应器内气-液两相流体流动行为对提高其传质性能具有重要意义。通过分别建立气-液两相流模型和气泡粒群衡算模型并实现二者的耦合求解,研究了单个方形导流筒、单个圆形导流筒和6个圆形导流筒结构对气-液两相流体流动特性、气泡尺寸分布和气-液相间传质的影响。研究表明,含6个圆形导流筒结构的气升式环流反应器气含率和液相速度分布趋于均匀,平均气含率更大,气泡尺寸更小,传质速率更大,反应器的综合性能得到显著提升。相关模拟结果为气升式环流反应器结构优化和放大指明了方向。

气体分布器对气升式反应器内流场和传质特性的影响

在气升式反应器冷模实验装置中,研究了气体分布器类型及结构参数对流场和传质的影响规律。结果表明:与环形分布器和四喷嘴分布器相比,采用半球形分布器时平均气含率更高、气含率径向分布更均匀、气泡直径更小、比表面积更大、下降段液速更大、液相体积传质系数更高。气升式废水处理反应器中选用半球形气体分布器可获得更好的混合和传质效果。进一步考察了半球形分布器开孔率和开孔角度对气含率、下降段液速和体积传质系数的影响,确定了最优开孔率为0.457%、最优开孔角度为45°。研究结果可为气升式反应器的工业设计和操作优化提供依据。

气升式环流反应器研究与应用进展

综述了气升式反应器性能的主要影响因素研究及其最新的应用 ,提出今后研究工作的主攻方向 。

缩放型导流筒气升式内环流生物反应器流体力学与传质特性

从气相含率、液体循环速度和体积氧传质系数方面研究缩放型导流筒气升式内环流生物反应器内的流体力学与传质特性。实验结果表明，与传统圆柱形导流筒相比较，缩放型导流筒气相含率和体积氧传质系数分别提高８％和１０％以上．气相含率和体积氧传质系数随固含率的增加而提高，液体循环速度随固合率的增加而减小;;同一内管反应器随介质粘度的增加，体积氧传质系数减小，此外还在Ｈｉｇｂｉｅ穿透理论和Ｋｏｌｏｍｏｇｏｒｏｆｆ各向同性理论的基础上建立了体积氧传质系数与操作条件及管结构参数之间的关联式。

气升式环流反应器在不同体系下的循环液速和局部气含率

在气升式环流反应器中,分别研究了空气-水、空气-0.1%乙醇水溶液和空气-水-活性污泥体系中的循环液速以及气含率随操作条件的变化规律。实验结果表明,循环液速随着表观气速的增加而增大,不同体系中的循环液速差别不大;导流筒内、外不同高度处的局部气含率均呈自下向上增大的趋势,且导流筒内部气含率高于导流筒外部的气含率。体系的聚并特性对平均气含率和局部气含率有较大影响。

蜂窝陶瓷固定化细胞气升式内循环生物反应器的水力学特性

在鼓泡塔式 (BubbleColumns ,BC)和气升式循环 (AirliftLoop ,AL)生物反应器基础上 ,于内循环管中加装蜂窝陶瓷载体 ,开发出蜂窝陶瓷固定化细胞的气升式内循环生物反应器 (InternalAirliftLoopBioreactorwithCellsImmobilizedontoCeramicHoneycombSupport,IALBR CICHS) .采用示踪技术通过测定反应器的水力停留时间分布来考察上述 3种反应器的有效工作体积和反应器内走旁路流体的比例 .实验和理论分析表明 ,IALBR CICHS可大大提高反应器的有效工作体积 ,减少流体走旁路的比例 .

多室气升式环流反应器的流动特性研究

提出一种具有四流道多室气升式环流反应器，并导出其内流体能否环流流动的判据。采用空气－水体系在较宽的气速范围内，考察反应器内的流动状态、循环液速以及各室的气含率。通过函数叠加的方法，提出适用于鼓泡流、过渡流和腾涌流等不同流型的平均含气率的经验关联式：Ｅｉ＝αＵβｇ＋γｅｘｐ〔……〕〔－δ（Ｕｇ－θ）２〕

三相气升式内环流反应器的液相混合特性

在６Ｌ气升式内环流反应器中，以自行研制的颗粒状固定化酶载体为固相，研究了通气量、颗粒体积和固含量对液体混合时间和循环时间的影响．实验发现，液体的混合时间和循环时间随通气量的增加而降低，颗粒粒度和固含量对循环时间影响较小，对混合时间影响较大．高通气量时，固含量几乎不影响循环时间．

中心气升式三相强化环流反应器内局部气含率分布的实验研究

在连续操作的状况下,在φ300mm×1700mm 的中心气升式三相强化环流反应器内,测量了 0.0059m·s^(-1)≤Ugr≤0.1895m·s^(-1)、Ucir=0、0.0307、0.0511m·s^(-1)、ε_(Ls)=5%、10%、15%时反应器内不同轴、径向位置处的气含率。实验发现,连续操作的中心气升式强化内环流反应器可以分为 6 个不同的流动区域:内环分布器下部区、分布器区、中心下料管影响区、导流筒上行区、气液分离区和环隙区,各区域内的气含率分布各不相同,但均随着 Ugr 的增加而增加。外循环液体的引入使气含率在导流筒内沿径向的分布更趋于均匀。在本实验范围内固体颗粒装载量对整体气含率影响较小,在内、外环间循环的气泡量可以忽略不计。测量了不同 Ucir时的气泡穿透深度,得出了气泡实现循环的临界气速。

导流筒结构对气升式环流反应器内气液两相流动的影响

使用欧拉-欧拉两流体模型研究了导流筒结构对气升式环流反应器内气液两相流动的影响。对物理模型进行了网格独立性的考察,使用Chisti关系式验证计算流体力学数值模型的可靠性,并在此基础上预测环己烷氧化反应器内导流筒直径、导流筒在反应器内的高度以及导流筒喇叭口的开度对反应器内气液两相流动的影响。模拟结果表明,导流筒上部增加喇叭口可有效提高反应器的气液分离能力,喇叭口直径增大,气液分离效果增强;导流筒直径增大,液相循环量增大,液相混合效果增强;随导流筒在反应器内的位置升高,液相表观速度和液相循环量呈增加的趋势并趋于稳定,而气含率则变化不大。

改进型气升式内环流硝化反应器氧传递特性的研究

在废水处理领域，气升式内环流硝化反应器有着较好的应用前景；但其氧传递性能有待进一步改善。通过调整导流简直径以及导流简内静态混合元件的个数，试验了反应器结构对氧传递特性的影响。研究发现，当导流简直径取5．5cm，并在导流简内安装13个静态混合元件时，这种改进型硝化反应器的氧传递能力显著提高。在表观气速为5．05～23．80cm·s^-1。的条件下，测得氧传递系数为0．151～0．778min^-1，充氧能力为7．84～42．80g O2·h^-1，容积供氧能力为2．00-10．93kg O2·m^-3·d^-1，氧转移效率为39．2％～48．1％，氧转移动力效率为3．2～4．0kg O2·（kW·h）^-1,相对于普通气升式内环流硝化反应器，改进型内环流硝化反应器的氧传递系数、充氧能力、氧转移效率和氧转移动力效率都提高72.5％。根据Higbie渗透模型和Kolmogoroff各向同性理论，建立了氧传递系数与相关参数的关联式，预测值与试验结果相吻合，两者的相对误差为9．15％。

用于微藻培养的气升式光生物反应器

基于微藻光自养培养特性 ,构建了具有较大面积体积比的 15 L内外光源相结合的气升式光生物反应器 ,考察了两种不同形态藻细胞培养体系中 ,光强随细胞浓度及光程距离衰减的规律 ,得到了描述光衰减的数学关系式 ,即在鱼腥藻 712 0培养体系中为 I=I0 exp[- (0 .0 131+0 .987OD750 )·L],在聚球藻 70 0 2培养体系中为 I=I0 exp[- (- 0 .0 2 39+0 .0 777OD750 )·L],并据此对培养过程中光强沿反应器径向的动态分布情况进行了估算。在该反应器中进行了鱼腥藻 712 0和聚球藻 70 0 2两种蓝藻的光自养培养 ,藻细胞培养终密度分别达到 1.5 3g/ L和 3.4g/ L ,体积产率分别为 0 .31g L-1d-1和 0 .5 7g L-1d-1。

气升式环流反应器特性参数的研究进展

介绍了气升式环流反应器的工作原理、分类及流型,综述了气升式环流反应器的流体力学特征参数(主要包含气含率和循环液速)、混合及传质特性参数的测量方法和影响因素。介绍了气含率和循环液速的数学模型,并评述了现有模型。展望了气升式环流反应器进一步的研究方向与发展前景。

带分段导流筒的气升式环流反应器的研究

带分段导流筒的气升式环流反应器是具有独特的两相流动和传质特性的一种多相反应器。本文用水－空气和亚硫酸钠（１０％）－空气体系研究了分段导流筒环流反应器的气含率ε、氧消耗速率ｒｏ２、传质比表面积α、以及体积传质系数ｋ＿Ｌα随表现气速变化规律，并与一段导流筒的环流反应器进行了比较。实验采用的表现气速下（０～６ｃｍ／ｓ），导流筒分段的环流反应器的ε、ｒｏ２、α和ｋ＿Ｌα有显著提高，平均比一段环流反应器高出１０％以上。由于使用了特殊的膜气体分布器，本文还获得了很高的ε、ｒｏ２、α和ｋ＿Ｌα值，并在中等操作气速下（３ｃｍ／ｓ左右）出现最大值。

氧化亚铁硫杆菌在气升式反应器中培养条件对其生长特性的影响

构建了一种用于菌体培养-矿物浸取的气升式反应器. 分别采用Leathen和9K培养基研究了不同条件下氧化亚铁硫杆菌在气升式反应器中的生长、Fe2+氧化速率、溶氧随培养时间的变化及其相互关系. 通过测定溶氧和Fe2+氧化速率可了解培养条件对微生物生长特性的影响.

气升式生化反应器提高衣康酸产酸率的研究

测定了气升式生化反应器的相关参数,建立了相应的传氧方程。采用不同生化反应器进行衣康酸发酵．结果表明，采用气升式生比反应器与机械搅拌罐相比，提高产酸14％，提高转化率16％，生产能力提高38％。

气升式环流反应器内气液两相流动计算流体力学的模拟

采用欧拉-欧拉两流体模型模拟了气升式环流反应器内部气液两相流动过程,考察了液相速度和气含率随表观气速的变化,液相速度和气含率模拟值的关系与两种经验关系式的计算值进行了比较,两者取得了很好的一致,证明了模型的正确性。在此基础上,使用计算流体力学模拟的方法考查了反应器内的导流筒直径和导流筒高度对反应器内两相流动的影响,导流筒直径增大,液相循环量增大,上升段气含率增大;导流筒位置升高,液相循环速度和循环量均增大,上升段气含率减小。所获得的结果对气升式反应器的设计优化具有指导意义。

超声波气升式内环流反应器传质性能的实验研究

研究了超声波对气升式内循环反应器传质性能的促进作用,重点考察比较了牛顿型流体和非牛顿型流体 有、无超声波时气升式反应器的传质性能及气速、液体粘度、超声功率对总体积传质系数KLa的影响。实验证明， 无论是牛顿型流体还是非牛顿型流体，气速越小，超声功率对总体积传质系数KLa的相对影响越大；随着气速的 增大，这种影响逐渐减小，当气速增大到0.0615m·s-1时，超声波对总体积传质系数KLa的相对影响已较微弱。气 速增加，牛顿型流体和非牛顿型流体的KLa均增加，但牛顿型流体增加的幅度比非牛顿型流体要大。粘度增加，KLa 减小。气速、粘度、超声功率对KLa的影响分别是气速大于粘度大于超声功率。提出了相应的KLa经验关联式，并作了 讨论。