环隙气升式生物反应器三维CFD建模与仿真

气升式生物反应器被广泛地用于低耗氧微生物发酵过程中,如维生素C的发酵生产。采用计算流体力学对一个缩小的、工业环隙气升式生物反应器内的流体流动进行了建模与仿真,寻找该反应器内流体流动状态的规律。结果表明,在通气量比较小的情况下,生物反应器内的流体流动是极为复杂的,气含率分布和液体速度分布都存在着很大的不均匀性。但通过三维CFD仿真可以近似地确定流态接近CSTR和PFR的区域,从而为简化的CSTR-PFR组合流动模型的建模提供依据。

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。

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 .

缩放型导流筒气升式内环流生物反应器气相含率研究

研究了传统圆柱型和三种不同结构缩放型导流筒气升式内环流生物反应器的气相含率，用排液体积法和压差法分别测定了总气相含率、下降区气相含率及分离区气相含率，并通过质量衡算求得上升区气相含率．实验结果表明，气相含率随通气速率提高而增大，三种不同缩放结构参数导流筒的气相含率较接近，且均高于传统圆柱型导流筒气相含率；对于空气—ＣＭＣ溶液系统，随着介质粘度增加，气相含率下降２％～５％；对于三相系统，随着固含率增加，气相含率提高１％～４％．

应用多导流筒气升式环流生物反应器处理化肥工业含氨废水

在天津××化工厂建立了一套反应器有效体积为80m3的低高径比、多导流筒气升式环流生物反应器处理化肥工业含氨废水的装置。针对影响生物硝化效果的影响因素气液比、水力停留时间进行了考察,得到了操作的优化条件气液比为50∶1,水力停留时间为5h。在此条件下,该装置对废水中的COD_(Cr)和NH4+-N的去除率分别在75%和98%以上,出水中COD_(Cr)<50mg/L,NH4+-N<10mg/L。

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.

10升气升环流式生物反应器培养紫草细胞

本文采用自行设计研制的10升气升环流式生物反应器培养紫草细胞，培养周期34d．前14d为细胞生长培养，细胞生长呈正常的S型曲线，细胞增长到原细胞接人量的4倍．后20d为紫草色素生产培养，细胞增长到32倍。整个周期每升培养液可生产紫草色素0．6g，在反应器中，培养液pH值的变化与细胞生长呈正相关，与紫草色素的形成呈负相关，pH值变化规律可用于监测紫草细胞在生物反应器的生长和色素形成．

外循环气升式生物反应器气含率及其用于井冈霉素发酵的研究

对外循环气升式生物反应器的气含率进行了试验研究 ,得出了气含率与操作条件之间的关联式。在此基础上 ,进行了井冈霉素发酵试验 ,并与 10 L 机械搅拌生物反应器进行了比较 ,实验结果表明 :当外循环气升式生物反应器的空气喷嘴直径为 1.5和 3.0 mm时 ,井冈霉素的发酵效价分别为 19975和 1895 0 u/ml,而 10 L机械搅拌生物反应器的井冈霉素发酵效价为 196 30 u/ ml。因此 ,将气升式生物反应器应用于井冈霉素的发酵是一项值得研究的工作。

苏云金杆菌在环隙气升式内环流反应器中深层发酵特性研究

在建立的 4.7L 环隙气升式内环流反应器中研究了 Bt菌的深层发酵特性 ,通过对生长曲线、溶氧(DO)曲线、p H曲线、总糖曲线、还原糖曲线和氨基氮曲线的分析发现 ,在整个发酵过程中碳源和氮源的供给是充足的 ,但溶氧供应不足 ,是 Bt发酵的限制性因素。文章还考察了同一亚种不同菌株及不同亚种对该系统的适应性 ,并与机械搅拌罐发酵进行了对比。实验表明 ,环隙气升式内环流反应器体系优于机械搅拌罐 ,适合

用CFD研究气升式内环流生物反应器下降管中的流体力学性质

在对气升式内环流生物反应器内部流动分析基础上,全面考虑反应器下降管中气泡的并聚破碎、气液两相间相互作用和滑移等,建立了能描述反应器下降管中复杂流动的CFD数学模型。运用CFX-4.4对模型方程进行求解,通过求解得到了包括气液两相速度场、局部气含率分布等详尽信息,并就液相流动速度与相应条件下的PIV测试结果进行了比较,主体流动速度的偏差在20%以下,且两者总的变化趋势一致。该模型能较好地预测反应器下降管内的复杂流场。

气升式环流生物反应器处理废水厌氧过程研究

采用气升式环流生物反应器处理模拟废水。周期性通入空气和氮气来实现厌氧-好氧交替过程。对厌氧-好氧过程和普通好氧过程进行了对比,研究了厌氧处理时间和曝气速率对生物除磷效果的影响。结果表明,厌氧过程可以显著地增强生物除磷效果,与普通好氧过程相比,在进水总磷质量浓度为10mg/L时,磷的去除率可以提高30%,而COD的去除基本不受影响;适当延长厌氧处理时间和适当增大厌氧过程曝气速率可以改善厌氧环境及活性污泥性能,提高磷的去除率。

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。

气升式环流中空纤维膜生物反应器内骨髓间充质干细胞的培养与扩增

骨髓间充质干细胞(MSCs)具有多向分化的潜能,是重要的组织工程"种子细胞"和理想的基因治疗靶细胞,但在骨髓中的含量非常少,需体外扩增才能满足临床需求。今将第四代MSCs与Ⅰ型胶原溶液混合后接种于中空纤维膜(HFMs)内,置37℃、5%CO2、饱和湿度的培养箱内1h后形成凝胶,然后将此HFMs接种至气升式环流生物反应器(ALB)内,进行MSCs的三维动态培养与扩增。实验过程中每24h取样测吸光度、计细胞数、绘制细胞生长曲线,测定细胞代谢参数,并对扩增的细胞进行流式细胞仪分析及多向诱导分化检测。结果表明:在气升式环流中空纤维膜生物反应器(ALHFMB)内,O2含量基本保持恒定;细胞代谢旺盛,MSCs扩增倍数明显增加,7d后扩增近16倍;扩增的细胞仍保持MSCs表型并具有较强的成骨、成软骨及成脂肪的多向分化能力。

气升式内循环接触氧化生物反应器处理啤酒废水的研究

在接触氧化法处理啤酒废水的基础上 ,增加内循环装置 ,并与无内循环接触氧化法进行比较研究。分别用间歇处理废水的方法考察了这两种情况下废水CODCr的降解速率和去除率。并在此基础上进行了 90多天的连续运行 ,取得了较好的效果。结果表明 ,增加内循环装置 ,可以强化气 -液传质 。

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。

气升式环流生物反应器的流体力学及传质特性

本文从气泡运动及气含率、液体循环汽－液传质、反应器能耗分配几方面概述气升式环流反应器方面的最新研究进展，在此基础上．指出进一步研究的重点与方向。

气升式环流生物膜反应器硝化反硝化除磷过程的研究

针对反硝化聚磷菌的生物学特性,设计并制作了硝化反硝化除磷气升式环流生物膜反应器,并就其对生活污水的脱氮、脱碳和除磷过程进行了试验。试验结果表明,当进水COD为309.8 mg/L、NH4+-N为116.0 mg/L、PO43--P为10.5 mg/L时,它们的去除率分别为95.3%、94.6%和73.1%。通过间歇试验表明该反应器可以实现反硝化除磷。

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。

气升环流式生物反应器(ALR)的特性与应用

分析气升环流式生物反应器的结构、运行特点及技术特性 。