三相生物流化床的相含率及气液传质性能研究

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1、三相生物流化床的相含率及气液传质性能研究　　生物流化床技术是70年代以来兴起的新型高效污水处理技术。其中的内循环三相生物流化床反应器是比较广泛研究和使用的一种。　　气相含率和液体循环速度是流化床反应器流体力学性能的两个重要参数，而传质特性主要通过体积氧传质系数来反映。反应器内混合强度及传质过程与液体循环速度及气相合率有很大关系，反应器结构参数对液体循环速度与气相含率及其分布有显著的影响。如何提高流化床内的混合强度和氧传递能力，使之适合于强需氧过程中、高浓度有机废水的处理是值得深入研究的课题。本文主要从气相含率、液体循环速度及体系氧传质系数

2、来研究内循环三相生物流化床流体力学与传质特性，为放大设计与工程应用提供依据。1实验装置及方法　　实验所用的内循环生物流化床反应器高1.1m，有效容积36L，由升流区、降流区和三相分离区组成，高径比（H／D）为6.0，内外径比（D1／D2）为0.65，由有机玻璃制成。　　在流化床中加入粒径为0.3～2mm、比表面积约900m2/g的颗粒活性炭作为载体。活性炭的有效体积与流化床有效体积之比分别为3％、6％。　　为增加流化床内部的紊动和传质效果，在内筒的中部开有孔，一部分上升的流体可以从此与降流区的流体混合，进一步增强了流化床内部的传质效率，使

3、反应器更接近于全混型流态，有利于保持流化床各处溶解氧的均匀性。因为进液流量较小，循环推动力主要来自压缩空气。　　采用膜电极测定溶解氧的变化来测定不同固含率下氧传递效率，方法如下：在进水中加入适量的亚硫酸钠和催化剂氯化钴，使流化床中水的溶解氧降为0。鼓入空气，同时将溶解氧仪放入流化床内，每隔10S测定溶解氧的变化。测定出溶解氧随时间的变化后，根据时间t对ln（CS－C）作图可得一条直线，其方程是：ln（Cs－C）＝－KLa.t十常数。根据此直线的斜率可得到氧的总传递系数，其中Cs是实验温度下水的饱和溶解氧，C是实验测得的溶解氧浓度。　　tc

4、表示的是液体在反应器内完成一个循环的流动所需要的时间，主要由液体循环速度确定；tM为混合时间，指某一物质加入反应器内达到完全混合所需的时间。采用脉冲法在不同水力停留时间和气体流量下，利用电导率仪测定混合时间tM、循环时间tc的变化。　　采用排出体积法测定气含率的变化情况。在不通入液体的情况下，向装满水的流化床内鼓入空气，根据溢出的水量与流化床有效体积之比，测定不同气体流量下的气含率εg。2结果与讨论　　载体的加入会改变气液流相的性质，也就会改变流化床内的流动状态。而载体又是微生物生长附着的场所，其性质及加入量决定了流化床内的生物膜的量，因

5、此，研究包含有载体的三相流化床的气液传质性能，探讨载体加入量对传质性能的影响，对后续微生物挂膜及废水处理的工艺参数选择具有重要的意义。2.1氧传递效率KLa2.1.1液体流量对氧传递效率的影响　　固定气体流量Ug＝0.5m3／h，在固合率为0％时，改变液体流量。实验得到如下结果：　　Ul＝8L／h时，得：In（Cs－C）＝－0.0398t＋2.2336，KLa＝14.33h-1；　　Ul＝4L／h时，得：In（CS－C）＝－0.0382t＋2.0545，KLa＝13.75h-1；　　由上可见，由于主要传质推动力来自气体，因此在较小的范围内

6、改变液体流量，对氧传递效率KLa略有影响，但影响不大。2.1.2气体流量对氧传递效率的影响　　为简化研究，通过改变气体流量来改变流化床内的氧传质状况，液体流量固定为8L／h。　　在固含率0％的条件下测得不同气体流量下的氧传递系数见表1：　表一不同气流量下的氧传递系数KLa（εs=0％）气体流量(m3/h)得到的切线方程KLa/h-10.25ln（Cs－C）＝－0.0103t＋2.13943.710.375ln（Cs－C）＝－0.0337t＋2.230212.130.5ln（Cs－C）＝－0.041t＋2.037714.760.625ln（

7、Cs－C）＝－0.0458t＋2.201616.4880.75ln（Cs－C）＝－0.0492t＋2.115417.7120.875ln（Cs－C）＝－0.0526t＋2.154218.9361.0ln（Cs－C）＝－0.0559t＋2.185820.124　　从表1可见，在气体流量从0.375m3/h升高到0.5m3/h，氧传递效率有较显著的增高，之后再继续增加气体流量，氧传递效率增长比较缓慢且均匀。这是因为，当初期空气流量增加时，由于进入反应器的氧气量增加，可供溶解的氧量增加，使传质平衡由气体向液体的方向进行。同时由于气液接触表面积增

8、大，再加上液膜由于剧烈紊动而变薄，这些都会减小氧传递的阻力，使氧传递效率提高。当氧气量达到一定水平以后，液膜内气体浓度梯度趋于稳定，形成平衡，氧传递系数的增加相应也减小了。值得注意的是，气体流