新型生物流化复合反应器的水力学特性.pdf

第三届环境模拟与污染控制学术研讨会论文 新型生物流化复合反应器的水力学特性 张玉魁，李瑞瑞．施汉吕 (清华大学环境科学与工程系，环境模拟与污染控制国家重点联合实验室．北京1∞084。E．ma cn) zh卸g列kujOO@mails．tsinghua．edu 1课题背景 内循环三楣生物流化床是一种处理效率高、占地少并且有机负荷高的新型生物反应器， 国内外对它进行了大量研究【loJ并且已经有一定的工程实践。但是，目前仍然有一些问题制约 着这种高效反应器的广泛推广应用，这些问题主要表现在：①以沉淀原理为基础的三相分离 器由于沉淀时间短，固液分离效果不理想。②内外简结构在反应器进一步放大过程中(例如 单台设备达到日处理量5000m3，d)受到结构因素的制约。③对运行中反应器的能耗问题，仍 然评价不一。对此，我们设计了一种新型的高效分离生物流化复合反应器，并且选用新型轻 质橡胶载体进行了反应器水力学特性的研究。 该反应器以内外筒式内循环三相流化床(图l(a))为基础，经改进、设计后割成。除 具有内外两个筒之外，还将内外简之间的环隙部分平均分成了6格，如图1(b)所示。因此， 本反应器在乎面上共有七个独立的区域，呈蜂窝状，可以分别作为循环流化的上升区和下降 区。在环隙部分的6格中，间隔安装有曝气头，曝气头用钛板制成。为了保证反应器循环流 动的均匀性，每个升流区供气量相同。运行中流体的路径为在顶部从升流区向降流区流动， 在底部从降流区流向升流区。具体到微小单元的流体。其路径是随机的，例如在顶部可能从升 流区到任一个相邻的降流区，在底部与此相同。 建噼 (a) (b) 图l 传统生物流化床断面与生物流化复合反应器蜂窝状断面对比图 2研究方法 2．1气相含率 气相含率s。是指空气在反应器中所占的体积分率。气相含率的测定包括：总平均气含率 s。，、上升区气含率￡，、下降区气含率旬。5。，采用排液体积法测量，即向反应器内投加一定 量载体。注满清水，调节一定的进气流量，用量筒盛接排出水。排出水的体积与反应器的有 效容积之比即为该气速条件下的总平均气含率。￡，用压差法测定，压差计液面高度差为a^，， 通过压力衡算可得： ‘：盟≥．竽 (1) 晚 A1 式中pL为液体密度(kg／m3)，‰为气体密度(k∥m3)，^，为测压点之间的距离(m)。 一l嚣一 第三届环境模拟与污染控制学术研讨会论文 5．，的测定是根据气相在各个区的分布进行衡算，有 毛=(咋％一一s，)／巧 (2) 式中‰为反应区体积，H为上升区体积，珞为下降区体积。 2．2液体循环速率 在本实验过程中{贝|I定降流区平均位移为零的气泡，因为此时气泡浮升速率等于降流 区液体循环速率。气泡的浮升速率勘可根据戴维斯．泰勒公式(Davis—Tay】orequatjon) …计算如下： (3) “^=O．771(∥^)2 个(3～5个)位置相对静止的气泡直径。按式3计算出的气泡浮升速率即等于降流区 的实际液体速率吒d。 2．3停留时间分布曲线 本实验采用脉冲注射示踪法14】测定反应器内液体的停留时间分布曲线，示踪剂选 用Ⅳ口Cf，电导率用电导仪测量。 3结果与讨论 (1)气含率之间的关系满足s，气’s一，并且都随着进气量的增加而增加。但是增加的 趋势不同。对于总平均气含率5，，是随着进气量成直线上升。对于上升区气含率s，，它的增 加是气量较小时增加较快，而随着气量增大，它的增加趋势变缓。对于下降区气舍率s，情况 刚好相反，表现为在气量较小时增加缓慢，而随着气量增大，表现出较快的增长趋势。 (2)液体循环速率随气体流量的增大而增大，随固含率的增大而减小。 (3)通过停留时间分布曲线的测定，并且利用非等体积的CsTR串联模型【5]，得出 在实验范围内反应器相当于1．6个CSTR反应器串联