气升式三相环流生物反应器脱臭性能和优化模拟
发布时间：2020-07-16 07:23
【摘要】： 恶臭废气作为大气污染的主要因素,引起世界各国的重视,对其排放有明确规定。生物法因成本低,无二次污染,已成为恶臭废气脱臭技术的热点之一。本文研究鼓泡塔和气升式环流生物反应器恶臭假单胞菌净化恶臭废气中的甲苯废气动态行为并进行CFD模拟,在生物法处理恶臭废气工业应用领域具有指导意义,在三相复杂生物反应过程模型化方面也具有重要的学术研究价值。 首先研究鼓泡塔游离菌净化甲苯废气,使出口气体达标排放并优化操作条件。对上述过程进行CFD模拟研究:建立了3D瞬态气-液两相流CFD模型,以MUSIG模型描述气泡尺寸分布,耦合流动、传质和生化反应,以液相速度、甲苯去除率、液相溶氧及甲苯浓度的实验值验证模型,实验值与模拟结果吻合很好;通过该模型预测鼓泡塔内局部流体力学特性和组分浓度场的时空分布,并定量研究传质与反应间的关系,讨论限速步骤。 其次研究气升式环流反应器游离菌净化甲苯废气,使出口气体达标排放并优化操作条件。对上述过程进行CFD模拟研究:建立了3D瞬态气-液两相流CFD模型,采用MUSIG模型描述气泡尺寸分布,耦合流动、传质与生化反应,以液相速度、甲苯去除率和液相甲苯浓度的实验值验证模型,可靠性良好;利用该模型预测IALR内局部流体力学特性和组分浓度场的时空分布,并定量研究传质与反应间的关系,讨论限速步骤。 第三,研究鼓泡塔固定化菌体净化甲苯废气,使出口气体达标排放并优化操作条件。对上述过程进行CFD模拟研究:建立了3D瞬态气-液-固三相流CFD模型,以MUSIG模型描述气泡尺寸分布,耦合流动、传质与反应,以液相速度、甲苯去除率和液相甲苯浓度的实验值验证模型,吻合良好;用该模型预测鼓泡塔三相生物反应器内局部流体力学参数和组分浓度场的时空分布,并定量研究传质与反应间的关系,讨论限速步骤并进行优化模拟。 最后研究气升式环流反应器固定化菌体净化甲苯废气,使出口气体达标排放并优化操作条件。对上述过程进行CFD模拟研究:建立了3D瞬态气-液-固三相流CFD模型,采用MUSIG模型描述气泡尺寸分布,耦合流动、传质与反应,以液相速度、甲苯去除率和液相甲苯浓度验证模型的可靠性;以该模型预测IALR内局部流体力学参数和组分浓度场的时空分布,并定量研究传质与反应间的关系,讨论限速步骤并进行优化模拟。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X512
【图文】：
图 1-1 生物法净化恶臭废气原理-1 Principle of biotreatment of odorous waste gas有气液接触面积大、净化效率高等优点而器的主体由并联的中空纤维膜管组成，微生过时，气相的污染物通过扩散作用，通过膜降解。应用孔径极小的中空纤维管，在一定接触面积，从而大大提高了膜生物反应器的有选择透过性的膜，还可以对特定污染物进止了微生物对气相的污染，因此也可用于室是由于菌体的不稳定性，生长过度会导致膜生困难。因此目前只是停留在实验室或中试进一步的探讨[13]。的经典方法，国外己有成功应用活性污泥。其作用机理是，废气通过风机输送到活性
并将流型划分为三种[28]（如图1-2所示），即 (1)均匀鼓泡流（Bubbly flow）：在较低的表观气速下，气相的运动可被认为是各向同性的，其特点是气体通过分布器均匀有次序地鼓泡，在反应器内气泡的直径和气泡的分布密度变化很小，几乎没有气泡聚并和破碎现象，液相呈轻微湍动，气泡尺寸只取决于气体分布器的结构和体系的特性；(2)湍动鼓泡流(Churn-turbulent flow)：在较高的表观气速下，反应器内流体产生强烈湍动，气相的运动可被认为是各向异性的，由于气泡的聚并和破碎，气泡直径分布较广，平均气泡直径取决于聚并和破碎速率；(3)活塞流（Slug flow）：随着表观气速的进一步增大，流动形态逐渐从以气泡为离散相过渡到以气柱为离散相
第一章 文献综述气升式环流反应器是在强化鼓泡塔传质的基础上发展起来的一种新型的多相反应器，按结构和操作形式可分为内环流和外环流两种类型，见图1-3。图1-3 气升式环流反应器结构类型Fig.1-3 Structures of internal and external airlift loop reactorsa b c图1-4 气升式内环流反应器的流型变化Fig.1-4 Transition of flow patterns in the internal airlift loop reactor气升式内环流反应器的流型根据气相的表观气速由小到大变化也分为三种，见图 1-4：(1)状态Ⅰ，如图 1-4-a，此时气泡从导管内上升，直接从出口溢出；(2)状态Ⅱ，如图 1-4-b，此时导管与外管之间也有气泡产生，但是没有形成下行流8
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X512
【图文】：
图 1-1 生物法净化恶臭废气原理-1 Principle of biotreatment of odorous waste gas有气液接触面积大、净化效率高等优点而器的主体由并联的中空纤维膜管组成，微生过时，气相的污染物通过扩散作用，通过膜降解。应用孔径极小的中空纤维管，在一定接触面积，从而大大提高了膜生物反应器的有选择透过性的膜，还可以对特定污染物进止了微生物对气相的污染，因此也可用于室是由于菌体的不稳定性，生长过度会导致膜生困难。因此目前只是停留在实验室或中试进一步的探讨[13]。的经典方法，国外己有成功应用活性污泥。其作用机理是，废气通过风机输送到活性
并将流型划分为三种[28]（如图1-2所示），即 (1)均匀鼓泡流（Bubbly flow）：在较低的表观气速下，气相的运动可被认为是各向同性的，其特点是气体通过分布器均匀有次序地鼓泡，在反应器内气泡的直径和气泡的分布密度变化很小，几乎没有气泡聚并和破碎现象，液相呈轻微湍动，气泡尺寸只取决于气体分布器的结构和体系的特性；(2)湍动鼓泡流(Churn-turbulent flow)：在较高的表观气速下，反应器内流体产生强烈湍动，气相的运动可被认为是各向异性的，由于气泡的聚并和破碎，气泡直径分布较广，平均气泡直径取决于聚并和破碎速率；(3)活塞流（Slug flow）：随着表观气速的进一步增大，流动形态逐渐从以气泡为离散相过渡到以气柱为离散相
第一章 文献综述气升式环流反应器是在强化鼓泡塔传质的基础上发展起来的一种新型的多相反应器，按结构和操作形式可分为内环流和外环流两种类型，见图1-3。图1-3 气升式环流反应器结构类型Fig.1-3 Structures of internal and external airlift loop reactorsa b c图1-4 气升式内环流反应器的流型变化Fig.1-4 Transition of flow patterns in the internal airlift loop reactor气升式内环流反应器的流型根据气相的表观气速由小到大变化也分为三种，见图 1-4：(1)状态Ⅰ，如图 1-4-a，此时气泡从导管内上升，直接从出口溢出；(2)状态Ⅱ，如图 1-4-b，此时导管与外管之间也有气泡产生，但是没有形成下行流8
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 赵永金,吴海燕;微胶囊技术应用进展[J];兵团教育学院学报;2000年03期
2 李章良;孙s钍
本文编号：2757707
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