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工业废水处理反应器流场研究现状

来源: | 发布日期:2022-11-03

          鉴于目前工业废水处理技术大多仍是以生物处理为主的工艺,而废水生物处理是一个复杂的生物化学反应过程,除了备受关注的生态学和生物化学等因素外,反应器内部的流场交应对生物化学反应的推进也有很大影响,气泡大小尺寸和分布、水力停留时间和循环流量比都直接制约着底物转化率和产物收率等工艺结果,雷诺数影响着反应器运行效率和功耗,局部流场的剪切作用则会对微生物细胞的生理状态和生活环境都会发生影响。废水生物处理反应器被定义为涉及物理学、生物学和化学的复杂系统,生物反应器利用自凝聚形成的活性污泥或黏附在载体上形成的生物膜这两种微生物聚集体,在水流对物质和能量的传递作用下,从水中吸附溶解性的多种污染物,合成微生物细胞,通过自身增殖等生命活动进行的同时降解水中的污染物质。然而,目前关于废水生物处理反应器的研究主要集中在生物和化学特征方面,较少涉及流场物理特征。

         相对于废水厌氧生物处理反应器而言,关于流场因素对废水好氧处理系统影响的研究甚多。Jin等[1]学者利用流量计、压力表等传统流体力学实验工具和理论对鼓泡反应器(bub- ble column reactor,BCR),气搅反应器(aerated stirred reactor,ASR)和气提反应器(air-lift reactor,ALR)三种反应器在不同的反应器配置、污泥浓度和通气量条件下的流态和流场分布进行了对比研究:在好氧生物处理系统中,气泡大小尺寸会影响气液两相质量传递的有效面积,是影响反应效率的关键因素;反应器在设计和优化的过程中,必须保证低剪切率和可控的流态。关于废水好氧生物处理气液两相反应器的扩散相(气)和连续相(水)之间的界面区域和质量传递,Cockx等[2]开展了相应的模拟研究,他们分析并论证了全局和局部质量传递对反应器运行效率的关系,以实现反应器优化设计。Dhanasekharan等[3]学者构建了气泡尺寸分布模型,并借助模型开展了紊流旋涡对气泡的破裂、合并相互作用等方面的研究。Cao和Alaerts[4]研究了微生物形态、数量和微生物动力学对好氧生物膜反应器流场以及剪切应力的响应分析。Vrabel等[5]结合流体力学和微生物动力学手段,对生物反应器进行了相关研究,研究结果阐述了生物数量减少、代谢副产物增加等反应器放大效应的影响因素。

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