渦旋波膜生物反應(yīng)器的剪應(yīng)力分布及傳質(zhì)強(qiáng)化.pdf

1、渦旋波膜生物反應(yīng)器是將渦旋波流動(dòng)與膜生物反應(yīng)器技術(shù)相結(jié)合，利用渦旋波流動(dòng)在雷諾數(shù)較小的層流狀態(tài)下良好的局部混合特性，產(chǎn)生強(qiáng)制對(duì)流，加快動(dòng)量交換速率，達(dá)到增強(qiáng)傳質(zhì)的目的。而且其剪切應(yīng)力和能量消耗與傳統(tǒng)的依靠湍流來(lái)強(qiáng)化氣液傳質(zhì)相比要小得多，提高了微生物細(xì)胞在膜生物反應(yīng)器中的存活率，解決了傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器堵塞和濃差極化等問(wèn)題，有很重要的研究?jī)r(jià)值。 本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)渦旋波膜生物反應(yīng)器進(jìn)行傳質(zhì)性能測(cè)試，并利用數(shù)值模擬的手段對(duì)反應(yīng)器內(nèi)

2、的剪應(yīng)力分布等參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，主要內(nèi)容如下： 建立渦旋波膜生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)裝置，本反應(yīng)器為間歇式反應(yīng)器。對(duì)不同槽道結(jié)構(gòu)進(jìn)行冷模傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)，并用反應(yīng)器對(duì)人工合成廢水進(jìn)行生化處理，對(duì)生化反應(yīng)過(guò)程中的傳質(zhì)性能進(jìn)行測(cè)試，不同時(shí)刻出水處理效果通過(guò)測(cè)試化學(xué)需氧量(COD)值來(lái)衡量。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，可以得出：①渦旋波流動(dòng)可以顯著增強(qiáng)氣液傳質(zhì)效果，相對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)而言體積傳質(zhì)系數(shù)kLa平均增幅為26.67﹪；②減小折流間距L可以進(jìn)一步強(qiáng)化傳質(zhì)

3、效果，折流間距越小，kLa值越大，強(qiáng)化效果越顯著，L與kLa平均增幅符合對(duì)數(shù)形式增長(zhǎng)關(guān)系：kLa(﹪)=-14.537Ln(L)+79.846；③不同槽道結(jié)構(gòu)中Re數(shù)對(duì)kLa都具有顯著性影響。在此基礎(chǔ)上對(duì)渦旋波在層流流動(dòng)下強(qiáng)化傳質(zhì)的機(jī)理進(jìn)行了分析。 通過(guò)對(duì)渦旋波膜生物反應(yīng)器中的兩相流流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，系統(tǒng)地研究了反應(yīng)器內(nèi)的剪應(yīng)力的分布規(guī)律：①壁面、渦心、旋渦生成處及非旋渦生成區(qū)的剪切應(yīng)變依次降低；②隨著Re數(shù)的增大，擴(kuò)張區(qū)內(nèi)剪