氣液兩相流生物反應(yīng)器流動(dòng)與降酚特性動(dòng)態(tài)行為研究.pdf

1、目前,利用生物工程和反應(yīng)器技術(shù)處理苯酚廢水,以局部、瞬態(tài)、微觀的觀點(diǎn),從實(shí)驗(yàn)、理論和模型的角度出發(fā),對(duì)生物反應(yīng)器內(nèi)苯酚降解動(dòng)態(tài)行為的研究已成為廣大學(xué)者研究的一個(gè)熱點(diǎn).但是有關(guān)反應(yīng)器內(nèi)多相流體系局部、瞬態(tài)流動(dòng)-生化反應(yīng)相互耦合的CFD模型及其動(dòng)態(tài)行為研究的報(bào)道甚少. 本文首先以氣.液.納米粒子三相鼓泡塔生物反應(yīng)器(納米粒子為模擬生物相)和氣.液兩相氣升式環(huán)流生物反應(yīng)器為研究對(duì)象,利用激光多普勒測(cè)速儀、新型高分辨率電導(dǎo)探頭等先進(jìn)測(cè)

2、試技術(shù),對(duì)鼓泡塔和環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)局部時(shí)均、瞬態(tài)氣相含率和液相速度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,然后將歐拉連續(xù)介質(zhì)模型應(yīng)用于鼓泡塔反應(yīng)器氣-液-納米粒子三相流體系和氣升式環(huán)流反應(yīng)器氣-液兩相流體系,構(gòu)建了基于Eulerian-Eulerian雙流體體系的連續(xù).分散相三維瞬態(tài)模型,模型模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值均吻合一致,并在此基礎(chǔ)上對(duì)上述兩種反應(yīng)器內(nèi)氣、液相流場(chǎng)進(jìn)行了瞬態(tài)預(yù)測(cè). 其次,針對(duì)鼓泡塔生物反應(yīng)器內(nèi)熱帶假絲酵母降解苯酚的動(dòng)態(tài)行為,本文以發(fā)酵液物性

3、參數(shù)為橋梁,將苯酚生物降解行為的本征動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)器內(nèi)多相流動(dòng)特性相耦合,構(gòu)建了鼓泡塔生物反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng).反應(yīng)耦合的三維瞬態(tài)CFD模型. 為定量驗(yàn)證該模型,分別對(duì)鼓泡塔生物反應(yīng)器內(nèi)空氣一苯酚無機(jī)鹽水溶液兩相流體系流體力學(xué)特性和熱帶假絲酵母降解苯酚動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.結(jié)果表明,初始苯酚濃度增加,底物對(duì)菌體生長(zhǎng)的抑制作用明顯增強(qiáng)；而菌體接種濃度增加,菌體克服底物抑制作用的能力則隨之增強(qiáng),苯酚降解速率相應(yīng)增大.同時(shí),流動(dòng)與生化反應(yīng)的

4、模型計(jì)算值均與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合一致.在此基礎(chǔ)上,本文分別對(duì)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模和工業(yè)規(guī)模的鼓泡塔生物反應(yīng)器內(nèi)苯酚生物降解動(dòng)態(tài)過程中不同時(shí)刻的全塔氣含率分布、氣相速度場(chǎng)、液相速度場(chǎng)、苯酚和菌體細(xì)胞濃度場(chǎng)的瞬態(tài)變化情況進(jìn)行了定量預(yù)測(cè). 作為鼓泡塔反應(yīng)器的改進(jìn)形式,氣升式環(huán)流反應(yīng)器具有流型規(guī)整、相間混合均勻等優(yōu)點(diǎn).為此,本文在鼓泡塔生物反應(yīng)器降酚行為研究基礎(chǔ)上,對(duì)氣升式環(huán)流生物反應(yīng)器內(nèi)熱帶假絲酵母降解苯酚動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.結(jié)果表明,氣