中等嗜热菌浸出黄铜矿的氧传质系数研究

针对中等嗜热菌对黄铜矿精矿(75.5%,CuFeS2)搅拌浸出中利用动态法测定氧传质系数kLα值进行了相关研究。结果表明,利用动态法可以有效测定搅拌浸出体系中的氧传质系数kLα值,同时可以得到体系中的细菌耗氧速率和饱和溶氧浓度值。研究还发现随着浸出时间的延长,分批搅拌浸出中的氧传递效率呈波动性变化,细菌耗氧速率呈下降趋势,而体系中的饱和溶氧浓度基本保持不变。

红豆杉细胞反应器悬浮培养氧传质系数的研究

氧传质系数是表征反应器操作性能的重要参数,是反应器优化设计和放大的关键,植物细胞培养液中的氧传质系数与纯水或模拟溶液有很大差异,必须在实际培养过程中在线进行氧传质系数的研究。为了快速、准确地测量实际培养液的氧传质系数,基于动态法恢复通气后的溶氧质量浓度-时间数据,提出了确定氧传质系数和饱和溶氧质量浓度的新方法,进而测定了10 L通气搅拌反应器中红豆杉细胞悬浮培养过程的氧传质系数,研究了氧传质系数、细胞的摄氧率和细胞的比耗氧速率的变化规律。结果表明:通气量对氧传质系数的影响大于搅拌转速对氧传质系数的影响;随着细胞生物量增加,氧传质系数减少、摄氧率增加,比耗氧速率先增加后缓慢下降;建立了氧传质系数kLa与单位体积的功率输入N3D2和空气表观线速度vS的关联式和氧传质系数kLa与细胞生物量X的关联式。

曝气充氧中氧总传质系数的探讨

对曝气充氧中氧总传质系数进行了理论分析与实验研究,研究表明氧总传质系数总体上是随时间而改变的,在一定时间范围之内趋于常数.

水质条件对氧传质影响的研究

通过对不同条件下水体的曝气增氧实验,研究了温度、浊度以及pH对曝气水体中氧传质的影响.研究结果表明:氧总转移系数KLa随着温度的升高而增大,而氧转移速率υOTR的总体趋势是缓慢减小的,但在25℃附近υOTR有增大的趋势;在不同浊度的水体中,KLa和υOTR均随着水体浊度的增加而不断增大,与水体的浊度呈明显的正相关关系;水体pH对KLa和υOTR也有一定的影响,随着pH的增加,KLa和υOTR均是先降低后增加,并在pH为7.0时达到最小值.

移动床生物膜反应器中两种填料氧传质性能的比较

在移动床生物膜反应器中,填料是废水处理工艺的核心,也是加强传质的基本手段。笔者选用Mutag BiochipTM填料1,WD-F10-4型BioMTM聚乙烯填料2对比研究两种填料的氧传质性能。在相同操作工艺条件下,5%填料1和30%填料2的填充率可保证二者总比表面积相同,COD去除率相当;对比分析移动床生物膜反应器中两种填料在有无附着生物膜体系的氧传质性能受进水COD浓度变化的影响,结果显示,填料1体系的氧传质性能稳定并优于填料2体系。

喷射环流膜生物反应器氧传质性能研究

采用间歇非稳定法测定反应器的氧传质系数,考察了反应器的最大吸气量,探讨了吸气量、循环水量等因素对氧传质系数的影响,测定了膜组件加入前后的氧传质系数的大小,并与已有的生化反应器进行了比较.试验结果表明:装置的最大吸气量可达到0.67 m3/h;随着吸气量和循环水量的增加,氧传质系数不断增加;膜组件的加入对氧传质系数的影响非常小,与已有的生化反应器比较,喷射环流膜生物反应器(Jet Loop Membrane Bioreactor,JLMBR)在氧传质方面具有明显的优势.所得结果可以为该类反应器的放大设计提供借鉴.

内循环液泵反应器溶氧传质性能研究

为液泵反应器的应用推广提供依据,研究了20 L内循环液泵型生物反应器在不同通风比和不同循环液速下溶氧传质系数KLa的变化规律,并与Bio Flo 110型3 L搅拌式生物反应器作对比试验。结果找到一组能使2个反应器有相近KLa的操作条件,此时内循环液泵型生物反应器较搅拌式反应器节能约40%左右。

典型污染物对微气泡曝气中氧传质特性的影响

微气泡曝气是一种新型的曝气方式,废水中的污染物对微气泡曝气中氧传质过程具有显著影响。采用气-水旋流微气泡发生装置进行空气微气泡曝气,考察了微气泡曝气中表面活性剂、油脂、苯酚、硝基苯、悬浮固体(高岭土)等典型污染物对氧传质的影响。结果表明,微气泡曝气和传统气泡曝气的表观状态具有明显差异,呈现乳浊状态。表面活性剂、豆油、苯酚、硝基苯等污染物均有助于微气泡的产生和稳定性,从而提高微气泡曝气的气含率和气泡平均停留时间。同时,这些污染物存在时,微气泡曝气氧传质系数为7.44～11.56h-1,α因子为0.77～1.20,显著高于传统气泡曝气。污染物对微气泡的形成和稳定性具有积极作用,可以克服其对氧传质过程的负面效应。气含率和污染物种类是影响微气泡曝气氧传质过程的重要因素。

半弧面斜叶桨的流体力学性能与氧传质特性

氧传质系数是气液搅拌反应器设计的关键参数,研究新型搅拌桨的氧传质性能对气液两相搅拌反应器的强化有着重要的意义。本文实验研究了气体分布器、搅拌转速、气量对氧传质系数、搅拌功耗及气含率的影响,结果表明,氧传质系数随搅拌转速和气量的增加而增加;并建立了氧传质系数与搅拌功耗和表观气速的经验公式,为进一步放大应用提供了基础。采用欧拉-欧拉多相流模型及群体平衡模型对半弧面新型斜叶桨进行了计算流体力学(CFD)数值模拟研究,模拟研究了不同结构、搅拌转速、气量下的流体力学性能和氧传质系数,模拟计算结果与实验值的相对偏差在20%以内;这为研究这一半弧面新型斜叶桨提供了一种可靠的数值模拟方法;优化了半弧面新型斜叶桨的结构,提高了搅拌釜的氧传质效率。

压力与表面活性剂对循环曝气氧传质特性的影响

利用水肥气耦合自动灌溉设备进行曝气,研究工作压力(0.05,0.10和0.15MPa)和表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS;0,5,10和15mg/L)2因素12个组合条件对循环曝气过程中溶解氧及氧传质系数的影响.结果表明:在循环曝气中,饱和溶解氧随着工作压力的提高显著提升36%以上(P<0.05);与清水条件相比,活性剂的添加显著提高了饱和溶解氧值(P<0.05),提升的最大值为22.82%.工作压力的升高对氧传质系数的提高均在17%以上,活性剂浓度的升高对氧传质系数的提高均在52%以上.综合曝气过程中溶解氧及氧传质系数,0.15MPa的工作压力和5mg/L的活性剂添加浓度是适宜的曝气组合.研究结果可为曝气参数的优化提供理论支持.

中空纤维膜无泡充氧特性研究

使用材质为聚四氟乙烯(PTFE)和聚-4-甲基-1-戊烯(PMP)的两种中空纤维膜组件进行无泡充氧特性研究,分析回流量、进气压力和温度等因素对氧传质系数、氧传质速率(OTR)的影响。结果表明:当操作模式为错流,回流量为100 L/h,温度为34℃,进气压力为2、3 kPa时,PTFE中空纤维膜的氧传质系数分别为0.3024、0.3889 h^(-1),OTR分别为0.107、0.133 g/(m^(2)·h),PMP中空纤维膜组件的氧传质系数分别为0.2482、0.3024 h^(-1),OTR分别为0.085、0.102 g/(m^(2)·h),两种膜组件的氧传质系数和OTR都随着进气压力的增大而增大;当进气压力为3 kPa时,在回流量为25~100 L/h、温度为4~34℃范围内,随着回流量和温度的增大,氧传质系数与OTR均增大;实验选用的PTFE和PMP两种中空纤维膜组件无泡充氧性能,均明显优于传统微孔曝气方式,可为新型曝气方式的开发提供参考。

空气流体振荡提升曝气溶氧效率的效果及机制

开发了新型空气流体振荡器用于曝气系统,将进入曝气器的稳定流变为振荡流,以标准氧总传质系数为指标,考察了曝气盘类型、振荡器反馈通道长度、空气流量等因素对曝气溶氧效率的影响,并通过Fluent软件模拟振荡器内部流场,分析振荡原理。结果表明,流体在振荡器内产生稳定附壁现象,控制端对流体的压力作用使其流向产生周期性切换,从而产生流体振荡效果。在振荡器反馈通道长度10.5 cm、空气流量10.0 L/min的条件下,相对于稳定流,三元乙丙橡胶(EPDM)微孔曝气盘振荡流可使标准氧总传质系数提升114.6%。振荡流通过增大气泡密度和减少气泡兼并行为来减小气泡尺寸,振荡流的气泡平均尺寸相较于稳定流降低了42.6%。

内循环三相生物流化床反应器的相含率及氧传递特性研究

通过内循环三相生物流化床反应器（ＩＴＦＢ）的清水试验，对其相含率及氧的传递特性进行了研究。结果表明：ＩＴＦＢ与传统三相生物流化床相比具有不同的氧传递条件，当供气量较小时，内筒传质系数Ｋ_（Ｌａ１）大于外筒的传质系数Ｋ_（Ｌａ２），而当供气量较大时，则Ｋ_（Ｌａ２）＞Ｋ_（ｔａ１）．在本试验条件下，当载体投加量大于１．６ｋｇ时，Ｋ_（Ｌａ）随Ｃ_ｓ的增加而增加。

新型生物流化反应器氧转移的特性

气体的转移是废水处理过程中的重要环节,基于气体转移的“双膜理论”,采用在反应器中清水曝气的方法,对新型生物流化反应器进行了氧转移特性的研究.结果表明,在实验范围内,随着曝气量的增大,氧传质系数呈直线上升;投加载体后,随着载体量的增加,氧传质系数降低.在新型生物流化反应器不同运行方式下,随着Ad /Ar(降流区与升流区面积比)变大,反应器中氧传递效果变差.新型生物流化反应器氧利用率可以达到10%,充氧动力效率可以达到5.5kgO2/(kWh).并且在载体浓度较高和空塔气速较大时,新型生物流化反应器氧利用率和充氧动力效率没有明显降低.

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。

双室(层)曝气生物滤池充氧性能及流态特征

研究了双室 (层 )曝气生物滤池 (DBAF)的充氧性能和流态特征 ,结果表明氧传质系数与曝气强度成正比 ,加滤料前后氧传质系数的差别与曝气强度的大小有关 ,曝气强度较低时 ,两者相差4 0 % ,随着曝气强度的增加 ,两者逐渐接近。DBAF可用n值为 8～ 10阶式CSTR描述 ,流态接近推流式反应器。降低水力负荷和增大滤料高度时 。

自吸式反应器气液传质实验研究和CFD模拟

对一种自吸式反应器的气液分散性能进行了实验研究,并采用计算流体力学(CFD)ANSYS CFX中对自吸式反应器在600,800,1 000,1 200 r/min 4种转速条件下气液二相流的流场、局部气含率及整体气含率进行了数值模拟,并采用Higbie溶质渗透模型模拟研究了反应器的容积传质系数。研究结果表明:气液二相流场与高速摄像机拍摄的结果相同,成对称分布;自吸式反应器的局部气含率分布均匀,上下分布良好,整体气含率的模拟结果与实验结果一致,实验值和模拟值误差为5.1%;局部容积传质系数分布良好,气体出口附近较好,容积传质系数模拟值与实验值变化趋势一致。

搅拌对多黏类芽孢杆菌发酵氧传递过程的影响及CFD模拟

以羧甲基纤维素钠水溶液(CMC)为液相,空气为气相,研究了不同桨型组合、体系黏度、气量、桨间距、气体分布器等对搅拌过程中氧传递的影响。结果表明:在CMC体系中,下层用径向流的涡轮斜叶桨、上层用轴向流的翼型桨有利于氧传递。当单位体积功率P/V≥1.5 kW/m3时,涡轮斜叶翼型组合桨(SRT-HI)比传统的双层透平组合桨(RT-RT)的传质系数提高约10%,且高径比越大,SRT-HI优势越明显。进一步用CFX11.0进行模拟,得到了不同桨型组合下气液两相的速率、气体和氧传质系数的分布等。并在50 L发酵罐中分别采用SRT-HI与RT-RT研究了搅拌对多黏类芽孢杆菌HY96-2发酵溶氧影响的热模实验,结果表明,在P/V=1.6 kW/m3条件下采用SRT-HI发酵,过程中体系的溶氧情况明显好于采用RT-RT时的溶氧情况。

内循环气升式生物流化床水力学与传质特性研究

通过测定内循环气升式生物流化床的停留时间分布与溶解氧浓度 ,分析流化床内有效工作体积与氧传质系数的变化 ,以此研究其水力学与传质特性。结果表明 ,随着载体含量和气流量的增大 ,流化床内有效工作体积明显减小 ;氧传质系数则随着载体含量的增加先增后减 ,随着气流量和液流量的增大而增大。在本实验范围内 ,得出最适宜操作参数为载体含量为 6 %左右、气流量为 180～ 2 4 0L/h之间、液流量为 90L/h。

自激振荡脉冲射流式增氧机机理及实验研究

自激振荡脉冲射流式增氧机利用自激振荡原理,使吸入的空气和需氧水体在自激振荡腔室内获得充分的搅拌、混合和充氧,然后以脉冲流的方式通过特殊尾扩散管释放出去。理论分析和现场实验表明,该增氧机具有优良的搅拌、混合和充氧效果,从特殊尾管喷射出去的射流在需氧水体内具有较强的脉冲效应,有效地提高了充氧性能。