内循环气升式反应器的操作特性与流体力学研究

气升式反应器在化工和环境等领域有着广泛的应用,准确预测反应器内气液两相流动与传质行为对于反应器的设计与放大十分重要。论文通过建立稳态条件下内循环气升式反应器内的气液两相流动模型,实现对循环液速vL、气含率εG与气相循环比β等重要流体力学参数的求解。当提升管高度分别为2和6 m时,模型参数c0取0.65,模型计算的反应器内的vL与εG值与实验结果的相对平均误差小于6.2%。在此基础上,进一步考察了提升管高度H对平均循环液速和平均气含率的影响规律。模拟结果表明,随着提升管高度的增加,循环推动力增加,循环液速上升,平均气含率略有下降。下降管和提升管内气含率比α与反应器尺寸和表观气速等操作条件相关,取值范围为0.72~0.80。

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%。

序批式气提循环反应器处理污水的试验研究

介绍了一种新型的污水处理工艺———序批式气提循环反应器。其结合了气提式循环反应器和序批式活性污泥法 (SBR)的特点 ,使气提式循环反应器的工艺过程呈序批式进行 ,解决了气提式循环反应器载体流失和污泥回流等问题 ,并具有SBR的各种优点。试验结果表明 :序批式气提循环反应器具有很好的去除有机物、氨氮和悬浮固体的能力。

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 .

序批式气提生物反应器(SABR)处理氯苯胺类有机废水好氧污泥颗粒化研究

研究了序批式气提生物反应器(SABR)处理氯苯胺类(CAs)有机废水过程中好氧污泥的颗粒化.SABR运行15d后,反应器内出现细小污泥颗粒,通过缩短循环时间与污泥沉降时间,并逐步提高COD与CAs进水负荷,SABR运行48 d后污泥颗粒化明显;反应器在循环时间为12 h、污泥沉降时间为6 min、表面气速为2 4 cm·s-1、COD负荷为1.0～3.6 kg·m-3·d-1、CAs负荷逐步提升至800 g·m-3·d-1的条件下继续运行50d,SABR污泥颗粒化趋于成熟,COD、CAs去除率稳定在90%、99.9%以上.根据污泥形态、最小沉降速率、SVI和目标污染物降解性能的变化,好氧污泥颗粒化过程可分为启动期、颗粒污泥形成期、生长期和成熟期.成熟好氧颗粒污泥粒径为0.9～2.5 mm,平均颗粒密度为64 g·L-1(以MLVSS计),污泥最小沉降速率为68.4 m·h-1,SOUR为167 mg·g-1·h-1;颗粒污泥外形为圆形或椭圆形,呈橙黄色,结构较致密,颗粒内外分布有丰富的类球菌、类短杆菌,与胞外多聚物交织共存.

气升式内循环蜂窝陶瓷反应器降解2,4-二氯酚的研究

从以 2 ,4 二氯酚 (2 ,4 DCP)长期驯化的好氧活性污泥中分离出一株以 2 ,4 DCP为唯一碳源的菌种 ,将这种菌固定在气升式内循环蜂窝陶瓷反应器内 ,研究了此反应器在半连续流运行时 ,对 2 ,4 DCP单基质及其与苯酚共基质时对污染物的降解情况及降解动力学 .结果表明 ,2 ,4 DCP单基质时 ,反应器对氯酚的去除效果随着实验次数的增加而加快 ;2 ,4 DCP与苯酚共基质时 ,苯酚的降解速率随着半连续流实验次数的增加而加快 ,而氯酚的降解速率则表现出下降的趋势 .此外 ,还研究了此反应器在连续流运行时对 2 ,4 DCP的降解 ,水力停留时间为6h ,进水 2 ,4 DCP浓度为 6 9～ 1 0 2 4mg/L ,系统稳定状态对 2 ,4 DCP平均去除率为 96 5 % .运行中间断性以乙酸钠和蛋白胨作碳源替代 2 ,4 DCP 。

序批式生物膜反应器同步硝化反硝化的曝气时间控制及其机制分析

装有鲍尔环填料的序批式生物膜反应器(SBBR)具有很好的同步硝化反硝化(SND)效果。从试验结果可以看出,SBBR具备了生成和保存内碳源以及产生缺氧区的良好条件;当硝化结束后,应立即停止曝气,可以降低出水TN并实现节能。分析了生物膜内各种基质、DO、聚β-羟基丁酸(PHB)的变化曲线,描述了生物膜内发生SND的过程和机制,并提出了SBBR中达到良好SND效果的曝气时间控制方式。

内置蜂窝陶瓷的气升式内循环生物反应器I．水力学特征及其影响因素

在鼓泡塔式(BC)和气升式内循环(IAL)生物反应器的基础上,于内循环导流管中间安装了蜂窝陶瓷载体,构成了带有蜂窝陶瓷载体的气升式内循环(IAL-CHS)生物反应器.用示踪技术测定了流体在BC、IAL和IAL-CHS反应器内的停留时间分布,并用组合模型建立了描述反应器中流体停留时间分布的数学模型.比较研究了这3种形式的生物反应器的水力学特性,探讨了曝气量对停留时间分布的影响.结果表明,相同条件下,相比BC和IAL,IAL-CHS生物反应器提高了反应器内完全混合区的比例,减少了流体走旁路的比例.曝气量越大,完全混合区越大,而流体走旁路的比例越小.

厌氧序批式反应器(ASBR)处理循环水养殖系统固体有机物的研究

在HRT为20 d,水温(35±1)℃的条件下,探讨了厌氧序批式反应器(ASBR)处理循环水养殖系统中产生的固体有机物(残饵和粪便)的可行性和处理效果。结果表明,在第53～59天,系统出现"洗泥"现象导致出料中各项指标出现波动。整个反应过程中pH稳定在7.01～7.45,反应器内活性污泥VSS/SS由接种时的29.28%增加至反应结束时的44.12%。在第117天系统开始产气,TCOD产气量为0.013～0.022 L.g-1。该类固体有机物经厌氧消化后有效体积减少了93.75%,有机物含量减少了41.61%,取得了一定的减量化、稳定化的效果。

强制液体外循环气升式内环流反应器的流体力学特性

在有机玻璃制成的主体反应器(0.286m×3.0m)内,采用空气-水的气液两相体系考察了不同表观气速下带有中心下料管和环管式气体分布器的环流反应器内局部气含率和内环气泡上升速度的流体力学特性。结果表明:气含率均随表观气速的增大而增大;从外环流入内环的气泡数量比较少;在相同条件下外环的气含率远远低于内环的气含率;新型气体分布器的采用和液体外循环的引入可以增大床层气含率并使其分布趋于均匀,从而增大了内环中气液两相的接触面积和湍动强度,使传递过程得到强化。在此基础上采用商业软件ANSYSCFX10.0对该反应器进行了数值模拟研究,模拟结果与实验数据基本吻合,说明了基于实验验证的Euler-Euler法可以用于该反应器开发和放大研究。

内置筛板外循环气升式生物反应器中液相循环时间的研究

在上升管与下降管直径之比为６．６，罐体高径比为２．９的内置筛板外循环气升式生物反应器内，以羧甲基纤维钠水溶液为模拟介质，测定了反应器内液相循环时间与操作参数的关系，用均匀设计考察了操作参数对液相循环时间的影响程度，结果表明介质粘度对循环时间影响最大。

强制液体外循环气升式环流反应器中内环气含率分布

在常规环流反应器基础上,将液体强制外循环并采用中心下料管和环管式气体分布器结构,该反应器主体(φ0.284m×3.0m)是有机玻璃制成的。采用空气-水气液两相体系以考察气体速度和外循环液体速度对内环气含率轴径向分布的影响。实验结果表明,内环局部气含率和轴向平均气含率均随表观气速和外循环液速的增大而增大;在不同的轴向位置,内环气含率的径向分布特性有所差异,其原因是由研究所采用的特殊反应器结构所致;内环轴向平均气含率先随轴向高度的升高而增大,在离开导流筒后略有降低。在此基础上采用商业软件ANSYSCFX10.0对该反应器进行数值模拟。模拟结果表明,装置的非轴对称导致内环气含率呈非轴对称分布特性;截面平均气含率在分布器上方出现骤然增大,由于下料管液流的影响在其下方出现一个相对低点,这对实验研究起到了补充作用。因此,对于新型反应器的研发,可采用实验与模拟相结合的策略。

内循环气升式生物反应器培养甘草细胞

自行设计研制了７Ｌ，９Ｌ及２５Ｌ内循环气升式生物反应器，并应用于甘草细胞的放大培养研究。在接种量为８％（Ｗ／Ｖ）通气率为０．２—０．２５ｖｖｍ的条件下，甘草细胞在反应器中生长迅速。其中在９Ｌ反应器中生长最好，最高生物量达１６．２５ｇ／Ｌ，生长速率达０．９ｇ／Ｌ．ｄ，均高于摇瓶培养。培养过程中ｐＨ值、溶氧状况通过电极自动显示记录，说明设计的气升式生物反应器适合于甘草细胞的大规模培养。

气升式内循环反应器短程硝化控制策略的研究

在启动气升式内循环短程硝化反应器的基础上,通过正交试验研究了各操作条件对短程硝化的联合效应.结果表明,最优组合为: 温度35℃、pH 8.0、溶解氧质量浓度1.0 mg/L、反应器中氨氮质量浓度56 mg/L、水力停留时间16 h,其中pH、温度、溶解氧质量浓度为显著因子.根据试验和分析结果,提出了短程硝化的“优先联合”控制策略.采用该控制策略对短程硝化反应器的运行进行优化,30 d的运行结果证明,反应器运行稳定,出水中[NO-2 ]/[NOx-]最低值为0.896,最高值为0.976,平均值为0.945,明显高于采用本控制策略前的[NO-2 ]/[NOx- ]平均值.所提出的控制策略能够实现短程硝化反应器的高效稳定运行.

基于电阻层析成像技术的气升式内循环鼓泡反应器流体力学研究

采用电阻层析成像(ERT)技术,对高为1 024 mm、直径为165 mm,导流筒高为590 mm、直径为80 mm的气升式内循环反应器进行流体力学参数的测量。考察表观气速对上升区和下降区内等3个截面处气含率的影响以及反应器内流型的变化情况。研究结果表明:在上升区,气含率随表观气速的变化与普通鼓泡塔情况一样,而在下降区,一部分气泡由于气液湍动被带入下降区;随着表观气速的增加,液体的循环速度逐渐增大,更多的气泡被拖曳到下降区,下降区内气含率增加明显。通过对ERT图像时间序列的叠加,可以清晰得出在上升区低气速下气泡离散式上升,随着表观气速的增加,以气泡群的方式流动且气泡聚并明显,并出现气泡群的摆动;在下降区,随着液体循环速度增加,下降区气液层消失,气含率逐渐增大。

折流元件对气升式环流反应器性能的影响─Ⅰ.气含率和液体循环

讨论了折流元件对气含率和液体环流的影响．实验反应器外筒规格为0．12（0．104）m×1．6m；内筒规格为0．07（0．065）m×1m，内简装有具有强化传递作用的折流元件．介质为自来水、空气．实验表明，折流元件可使气泡沿反应器直径均布并阻止气泡在上升过程中聚并，使液体环流速度有所下降，而气含率有降有升．还对两种气含率概念给予了明确区分．

气升式反应器内三相条件下流动行为研究Ⅱ——循环液速的影响

在一个体积为 8L(直径 96mm ,高为 180 0mm)带导流筒的气升式反应器内 ,模拟两相(空气 -水 ,空气 -水 -乙醇 )系统和三相 (空气 -水 -玻璃珠 ,空气 -水 -乙醇 -淀粉 )系统 ,改变给气流量 ,导流筒直径 ,乙醇浓度 ,玻璃珠直径 ,固含率 ,淀粉含量 ,系统温度 ,以及操作方式考察了以上因素对气升式反应器内循环液速的影响。研究表明 :随着上升气体表观速度的增加 ,导流筒直径的增加 ,床内循环液速也增加 ;在固含率一定条件下 ,固含物粒径越大 ,循环液速也越大 ;溶液浓度增加 ,循环液速也增加 ;床层中的固含率增加 ,而循环液速减小 ;系统温度增加 ,循环液速增加 ;环隙给气方式可以与中心导流筒给气方式都可采用 。

带内件外循环气升式生物反应器的气含率

在上升管与下降管直径之比为6.6、罐体高径比为2.9的带内件外循环气升式生物反应器内,以羧甲基纤维素钠水溶液为模拟介质,测定了反应器内气含率与操作参数的关系,用均匀设计考察了操作参数对气含率的影响程度,结果表明通风量是影响反应器气含率的最关键因素。

带内件外循环气升式生物反应器氧传递的研究

考察了操作、物性和结构参数对外循环气升式生物反应器氧传递性能的影响，指出了影响体积氧传递系数的关键因素。结果表明，在气升式生物反应器上升管中加置内件可以有效地促进气泡的分散，改善气液两相的混合，强化氧传递过程。