循環(huán)曝氣生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與其流體力學(xué)性能的研究【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　循環(huán)曝氣生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與其流體力學(xué)性能的研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)

2、 化學(xué)工程與工藝 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b&g

3、t;</p><p>　　目前，曝氣生物濾池已被用于煉廠堿渣廢水的處理和高濃度廢水的預(yù)處理。曝氣生物濾池CBAF具有結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小、不需要大量的污泥、高速過(guò)濾 、耐沖擊能力強(qiáng)、等優(yōu)點(diǎn)。流體力學(xué)性能對(duì)曝氣循環(huán)曝氣生物濾池生物處理效果影響很大，本文通過(guò)示蹤劑脈沖法研究結(jié)構(gòu)參數(shù)（曝氣面積與總面積比）、操作參數(shù)（氣液比）、填料等因素對(duì)CBAF流體力學(xué)性能（非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N和內(nèi)循環(huán)量）的影響。研究結(jié)果表

4、明在同一氣液比下，結(jié)構(gòu)尺寸（曝氣面積與總面積比）越小，所得的非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N越接近于1，即越接近于全混流；在一定結(jié)構(gòu)參數(shù)下，N隨著氣液比的增加總體是先變大再減小的趨勢(shì)；填料有利于提高返混，反應(yīng)器更加接近全混流。</p><p>　　關(guān)鍵詞：水污染；循環(huán)；廢水回用；流體力學(xué)性能；結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　Abstract</b></p>

5、<p>　　At present, the biological aerated filters have been used in refinery alkaline wastewater treatment and high concentration of wastewater pretreatment. Biological aerated filters CBAF with compact structure,

6、cover an area of an area small, don't need a lot of sludge, high-speed filtering, impact resistance ability, etc. Fluid mechanics performance of aeration circulation biological aerated filters greatly influenced the

7、biological treatment effect, this paper tracer pulse method research structur</p><p>　　keyword：Water pollution， recycling；wastewater reuse；fluid performance；structure</p><p><b>　　目錄</b&

8、gt;</p><p><b>　　第一章前言1</b></p><p>　　1.1研究的目的和意義1</p><p>　　1.2水資源及水環(huán)境現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.1水資源現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.2水污染現(xiàn)狀2</p><p>　　1.

9、2.3污水處理現(xiàn)狀3</p><p>　　1.2.4水資源的利用效率3</p><p>　　1.2.5水環(huán)境現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3污染水回用現(xiàn)狀4</p><p>　　1.4國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀4</p><p><b>　　第二章實(shí)驗(yàn)部分7</b></p><

10、;p>　　2.1 曝氣生物濾池的結(jié)構(gòu)和工作原理7</p><p>　　2.1.1 工作原理7</p><p>　　2.1.2 CBAF的結(jié)構(gòu)8</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)裝置和儀器和藥品8</p><p>　　2.2.1實(shí)驗(yàn)儀器和藥品8</p><p>　　2.3實(shí)驗(yàn)原理和方法9</p&g

11、t;<p>　　2.3.1操作步驟9</p><p>　　2.3.2數(shù)據(jù)處理10</p><p>　　第三章、結(jié)果與討論12</p><p>　　3.1、CBAF結(jié)構(gòu)對(duì)流體力學(xué)性能的影響12</p><p>　　3.2、操作條件對(duì)CBAF流體力學(xué)性能的影響13</p><p>　　3.3、填料對(duì)

12、CBAF流體力學(xué)性能的影響14</p><p>　　3.3.1未放置填料時(shí)的情況14</p><p>　　3.3.2放置填料的情況16</p><p>　　3.3結(jié)果的討論17</p><p>　　3.3.1結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)CBAF的流體力學(xué)性能的影響17</p><p>　　3.3.2操作條件對(duì)CBAF的流體力學(xué)

13、性能的影響17</p><p>　　3.3.3填料對(duì)CBAF的流體力學(xué)性能的影響18</p><p><b>　　結(jié)論19</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p><p><b>　　致謝21</b></p><p>

14、<b>　　第一章前言</b></p><p>　　1.1研究的目的和意義</p><p>　　我國(guó)是一個(gè)缺水國(guó)家，再加上水資源的分布不平衡，某些煉油廠的水資源匱乏，在一定程度上已經(jīng)影響到企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展。若將其治理并回用于生產(chǎn)，對(duì)于節(jié)水減排、提高用水效率和保護(hù)環(huán)境具有重大的意義。</p><p>　　化工生產(chǎn)中常常會(huì)產(chǎn)生高濃度難處理廢水，例如

15、，石油煉制企業(yè)的堿渣廢水，廢水中含有大量對(duì)微生物有毒的含硫含酚等物質(zhì)，同時(shí)COD值可達(dá)20000mg/Kg以上，不能直接進(jìn)入煉廠的污水處理系統(tǒng)。目前，大部分煉廠將該廢水用濕式氧化法預(yù)處理后再引入污水處理系統(tǒng)。濕式氧化法需要在溫度下進(jìn)行（180℃以上，2MPa以上）和較高的壓力，操作成本較高；一部分企業(yè)使用了一種低成本的預(yù)處理方法，即循環(huán)曝氣生物濾池（CBAF）來(lái)預(yù)處理高濃度廢水。不同的工業(yè)廢水，由于其污染物組成、污染物濃度不同，利用循環(huán)

16、曝氣生物氧化技術(shù)來(lái)處理廢水時(shí)將存在一些問(wèn)題。目前，循環(huán)曝氣生物濾池已用于煉廠堿渣廢水的預(yù)處理，但還未見(jiàn)用于煉廠高濃度焦化廢水的處理。CBAF的流體力學(xué)性能對(duì)CBAF生物處理效果具有指導(dǎo)性作用，但關(guān)于CBAF和流體力學(xué)性能的研究還未見(jiàn)報(bào)道。</p><p>　　近年來(lái)，隨著水資源的日益匾乏，節(jié)水減排已成為當(dāng)前企業(yè)生產(chǎn)與管理面臨的重要任務(wù)。國(guó)家要求“ 十一五”期間石油和石化行業(yè)節(jié)約用水15×108t，工業(yè)水

17、的重復(fù)利用率要提高到95%以上，因此污水回用對(duì)解決限制企業(yè)發(fā)展的水源問(wèn)題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-2]。</p><p>　　1.2水資源及水環(huán)境現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1水資源現(xiàn)狀</p><p>　　中國(guó)的水資源總儲(chǔ)量為2.8×10³億m3，占全世界水資源的6 % ，占世界第四位，然而由于人口眾多，因此人均占有量十分少 。中國(guó)世界上用

18、水量最多的國(guó)家之一，因此被聯(lián)合國(guó)列為水資源緊缺國(guó)家。全國(guó)有10個(gè)省區(qū)人均水資源占有量不足1000 m3，(人均水資源不足1000 m3為貧水國(guó)家，不足500 m3為絕對(duì)貧水國(guó)家)。僅2002年一年，全國(guó)淡水的使用量就是美國(guó) 1995年淡水使應(yīng)量的1. 2倍，大約占世界水資源的百分之13。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自1949 —2002年，中國(guó)用水量增加了4000多億m3，可以看出大約每10年就要增加1000億m3，年平均增加約為100億m3。1980年以

19、后，全國(guó)總用水量的增長(zhǎng)幅度略有下降，但年平均增長(zhǎng)量仍有62億m3左右[3]。</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)目前每年受旱面積 200到260 km2左右 ，缺水總量約為400億立方米，使工業(yè)產(chǎn)值2000多億元得影響，糧食產(chǎn)量150 ～200億千克影響，缺水對(duì)環(huán)境有著嚴(yán)重的影響，對(duì)人的身心健康也有非常的明顯傷害。目前全國(guó)還有7000萬(wàn)左右的人口面臨飲水困難的問(wèn)題，由人口和水資源分布情況的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以看出，我國(guó)水資

20、源和人口南北分配的差異非常明顯。長(zhǎng)江流域及其以南地區(qū)水資源占全國(guó)的百分之81，人口卻占全國(guó)的 百分之54，耕地面積只占全國(guó)的1 /3； 北方水資源只占全國(guó)的百分之19，人口占全國(guó)的百分之46，耕地卻占全國(guó)耕地的百分之60以上。南北水資源的不平衡，而且高強(qiáng)度的人類活動(dòng)和自然生態(tài)進(jìn)一步破壞影響，北方的水資源進(jìn)一步減少，而南方水資源卻進(jìn)一步增加，這種趨勢(shì)在最近20年來(lái)尤其明顯。 [4]</p><p>　　1.2.2水

21、污染現(xiàn)狀</p><p>　　我國(guó)水環(huán)境存在的主要問(wèn)題之一就是水污染。我國(guó)是一個(gè)水資源相對(duì)短缺的國(guó)家。我國(guó)的水環(huán)境形勢(shì)不容樂(lè)觀。隨著工業(yè)化進(jìn)程的持續(xù)加快，水污染已然成為一個(gè)重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題，并且困擾著各級(jí)政和相關(guān)部門(mén)。尋找解決流水污染的新理論和新方法對(duì)于保證水資源的可持續(xù)利用具有現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)簡(jiǎn)單采用行政命令來(lái)解決水污染的問(wèn)題存在著明顯的缺陷。據(jù)聯(lián)合國(guó)全球規(guī)劃署預(yù)測(cè)，到2025年，全球?qū)⒂? / 3人口將要面臨中度

22、甚至于重度用水緊缺問(wèn)題，其中包括中國(guó)、印度尼西亞和印度在內(nèi)的許多國(guó)家和地區(qū)，水資源短缺儼然成為限制社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。</p><p>　　目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)一些湖泊和河流的污染情況令人堪憂。根據(jù)《2002年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》，我國(guó)主要水系的水質(zhì)不能達(dá)到其功能的要求，七大水系741 個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面中，43.6%為劣五類水質(zhì)斷面， 2 9 . 1 %為一至三類水質(zhì)，30% 屬四至五類水質(zhì)。 </p>

23、<p>　　我國(guó)每天廢水、污水排放量約1億多噸，其中工業(yè)生產(chǎn)廢水占 60%，生活排放污水約占40%，其中還不包括鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)廢水排放。相比2005年，2006年全國(guó)工業(yè) COD 排放量下降了2.4%，但工業(yè) 廢氣排放量增加了3.1%。中部地區(qū)的主要污染物排放強(qiáng)度高于東部和東北地區(qū)，但明顯低西部地區(qū)[4、5] 。國(guó)家環(huán)?？偩止嫉臄?shù)據(jù)顯示，流經(jīng)城市的地表水河段有機(jī)物質(zhì)污染嚴(yán)重一些，城市居民日常排放的生活污水和工業(yè)廢水都含有不少的有機(jī)

24、物質(zhì)。其中大多工業(yè)廢水還含有毒有害的有機(jī)物，如合成農(nóng)藥和染料等，因此在我國(guó)大多數(shù)城市，河流都存在一定程度的有機(jī)污染，直接導(dǎo)致城市水質(zhì)下降和污水處理成本增加，最終威脅到城市居民的飲用水安全和身體健康，不僅嚴(yán)重影響了水資源，也對(duì)我國(guó)正在實(shí)施的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響。國(guó)家環(huán)?？偩终{(diào)查資料表明：按照綜合污染指數(shù)比較，七大水系污染程度由輕到重依次為：珠江、長(zhǎng)江、松花江、淮河、黃河、遼河、海河。主要污染指標(biāo)為氨氮含量、五日COD、高錳酸鹽

25、指數(shù)和石油類含量。七大水系407個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面中，I ～Ⅲ類水質(zhì)斷面占38.1％，屬Ⅳ的斷面占32.2％、屬劣 V 類水質(zhì)的斷面29.7％。其</p><p>　　1.2.3污水處理現(xiàn)狀</p><p>　　根據(jù)建設(shè)部 《2007年城市、縣城和村鎮(zhèn)建設(shè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)》數(shù)據(jù)顯示，2007年末，我國(guó)已有1206座運(yùn)行的污水處理廠，其中城市廠883座，323座為縣城污水處理廠。根據(jù)《中國(guó)水網(wǎng)年度系列報(bào)

26、告之四》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，截止2008年6月5日，我國(guó)已運(yùn)營(yíng)1408座的污水處理廠，其中城市污水處理廠數(shù)量為1043 座，3 4 6 座縣級(jí)及以下污水處理廠。在一年的時(shí)間里，增加了202座污水處理廠，平均月增14 座，以城市污水處理廠增加為主伴。隨著“十一五” 規(guī)劃的逐步深入，各地區(qū)污水處理廠建設(shè)腳步也在加快，預(yù)計(jì)，截止到2010年底，我國(guó)至少將達(dá)到3000座污水處理廠。 </p><p>　　1.2.4水資源的利用

27、效率</p><p>　　農(nóng)田灌溉多沿用傳統(tǒng)方式，灌溉利用系數(shù)在0. 45左右，至少有一半的水被浪費(fèi)。工業(yè)用水利用率也很低，中國(guó)GDP用水量在730 m3，發(fā)達(dá)國(guó)家的GDP用水量一般在50 m3 。水質(zhì)不容樂(lè)觀，2006年，中國(guó)廢水排放總量達(dá)到536. 8億t，其中工業(yè)廢水占排放總量的44. 7 % 。廢水排放居于前四位的行業(yè)依次為造紙、化工、電力和紡織，這四個(gè)行業(yè)排放的廢水占重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)企業(yè)廢水排放量的53. 9

28、% [6]。</p><p>　　1.2.5水環(huán)境現(xiàn)狀</p><p>　　水污染物排放總量居高不下，導(dǎo)致水體污染相當(dāng)嚴(yán)重。2005年，全國(guó)有一半的城市市區(qū)地下水遭到嚴(yán)重污染，一些地區(qū)甚至出現(xiàn)了“有河皆干、有水皆污”的現(xiàn)象。部分流域水資源的開(kāi)發(fā)利用程度過(guò)高，也加劇了水污染趨勢(shì)的惡化。2006，在國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)的745個(gè)地表水監(jiān)測(cè)斷面中，最劣等水質(zhì)占28 %的斷面。據(jù)《2006年中國(guó)

29、水資源公報(bào)》數(shù)據(jù)顯示淮河的開(kāi)發(fā)利用率達(dá)到了54 %，黃河為60. 9 % ，海河更是達(dá)到了74. 9 % 。過(guò)度開(kāi)發(fā)使得這些河流基本沒(méi)有生態(tài)流量，更嚴(yán)重的是這些河流在枯水期，從而大大降低了河流水體的自凈能力。近幾年水污染事故頻繁發(fā)生，2005年，全國(guó)共發(fā)生1406起環(huán)境污染的事故，其中有693起水污染事故，占全部環(huán)境污染事故的49. 2 %。2006年期間發(fā)生了842起環(huán)境污染事故，直接造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到了1. 3億人民幣。</p&

30、gt;<p>　　中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站在2006 年期間對(duì) 113個(gè)環(huán)保重點(diǎn)城市月均監(jiān)測(cè)取水總量為15. 9億t，其中4. 4億t不達(dá)標(biāo)，占總量的27. 7 % 。農(nóng)村的狀況就更為嚴(yán)重，據(jù)《中國(guó)首次農(nóng)村用水與環(huán)境衛(wèi)生現(xiàn)狀調(diào)查》的結(jié)果顯示農(nóng)村飲用水有44. 36 %沒(méi)能夠達(dá)到國(guó)際基本衛(wèi)生安全標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　根據(jù)國(guó)家環(huán)?？偩趾蛧?guó)家統(tǒng)計(jì)局聯(lián)合發(fā)布《中國(guó)綠色國(guó)民經(jīng)濟(jì)核算研究報(bào)告》，2006 年全國(guó)因

31、環(huán)境污染 (包括水污染在內(nèi)) 造成的經(jīng)濟(jì)損失為5200多億元，約占當(dāng)年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的4 %。水污染不僅造成了數(shù)額巨大的經(jīng)濟(jì)損失，更是直接危害了百姓的飲用水安全。全國(guó)仍有3億多的農(nóng)村人口飲用水不達(dá)標(biāo)，其中因水污染造成9000多萬(wàn)人飲用水不安全。</p><p>　　1.3污染水回用現(xiàn)狀</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)669個(gè)城市中，常年供水不足就有400個(gè)城市，其中嚴(yán)重缺水城市有110個(gè)。

32、水資源短缺問(wèn)題的非常嚴(yán)重，直接影響了人民群眾的生活質(zhì)量，影響到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)是一個(gè)水資源短缺的國(guó)家，人均水資源占有量?jī)H為世界平均水平的1/4。我國(guó)城市生活污水和工業(yè)生產(chǎn)廢水處理回用技術(shù)發(fā)展與發(fā)達(dá)國(guó)家相比起步較晚。20世紀(jì)80年代末，隨著水資源緊缺的加劇和污水回用技術(shù)的越發(fā)成熟，污水回用的技術(shù)研究與實(shí)踐才得以快速的發(fā)展。目前約有3個(gè)已經(jīng)投產(chǎn)的城市污水回用工程，約為全國(guó)城市污水設(shè)計(jì)處理水量的1% 以上，回用工程規(guī)模在1.5

33、15;105 m³/d左右。</p><p>　　目前水資源短缺已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素。根據(jù)“十五”計(jì)劃綱要的要求，到2005年為止我國(guó)城市污水處理率要達(dá)到45%。到2010年，我國(guó)能實(shí)現(xiàn)污水處理回用率60% 以上。預(yù)計(jì)到2020年，全國(guó)城市污水回用率預(yù)測(cè)可提高到65% 以上。</p><p>　　國(guó)家“七五”八五”期間完成的重大科技攻關(guān)項(xiàng)目“城市污水資源化研究“

34、相繼在北京等十余個(gè)重點(diǎn)城市建立了回用于市政景觀、工業(yè)冷卻水回用的示范工程，可以為我國(guó)提供污水回用技術(shù)和設(shè)計(jì)依據(jù)，并在一定成都上積累經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　目前我國(guó)沒(méi)有針對(duì)污水回用的相關(guān)支持和政策。城市規(guī)劃部門(mén)對(duì)污水回用沒(méi)有詳細(xì)的規(guī)劃，相關(guān)主管部門(mén)也沒(méi)有相應(yīng)的工作要求、強(qiáng)有力的政策支持和有效的管理機(jī)制，使污水 回用得不到連續(xù)有效的貫徹實(shí)施。一種低成本的預(yù)處理方法，即循環(huán)曝氣生物濾池（CBAF）來(lái)預(yù)處理高濃度廢水

35、。不同的工業(yè)廢水，雖然由于污染物組成、污染物濃度不同，利用循環(huán)曝氣生物氧化（CBAF）技術(shù)來(lái)處理廢水時(shí)將存在一些問(wèn)題，但是隨著可以發(fā)展，循環(huán)曝氣生物氧化（CBAF）技術(shù)將會(huì)成為一種新穎的污水處理技術(shù)[5、6]。</p><p>　　1.4國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前，世界煉油化工工業(yè)正面臨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格的要求?；どa(chǎn)中往往會(huì)產(chǎn)生高濃度難處理污水、廢水，在日本、歐美等國(guó)家應(yīng)

36、用廣泛是WAO，濕式空氣氧化( wet air oxidation，簡(jiǎn)稱WAO) 一種有效的煉油堿渣廢水處理方法，即中、高壓空氣氧化法，是在中高壓和較高溫度條件下，利用氧和空氣將廢水中的有機(jī)物氧化成二氧化碳和水，從而達(dá)到去除污染物的目的；國(guó)內(nèi)煉油企業(yè)主要采用的中和法。中和法主要采用二氧化碳和硫酸中和， 廢水經(jīng)中和處理后排入含油污水處理場(chǎng)。</p><p>　　循環(huán)曝氣生物濾池作為水的需氧生物預(yù)處理方法之一。自80

37、 年代在歐洲建成第一座曝氣生物濾池污水處理廠以來(lái)，曝氣生物濾池已在歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家廣為流行。國(guó)內(nèi)除大連馬欄河污水處理廠采用外，在山東、上海等地也有應(yīng)用，只是處理量較小。日前，國(guó)內(nèi)采用曝氣生物濾池處理工藝處理規(guī)模最大的沈陽(yáng)仙女河污水處理中心建成并投入使用。曝氣生物濾池處理工藝，是20世紀(jì) 80年代末90年代初在普通生物濾池的基礎(chǔ)上，借鑒給水濾池工藝而開(kāi)發(fā)的污水處理新工藝。</p><p>　　近十幾年來(lái)，各種廢

38、水的生物氧化處理技術(shù)不斷涌現(xiàn)，從各種改進(jìn)的活性污泥法到各種生物膜法，如普通生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、生物硫化床、生物活性碳、生物接觸氧化以及曝氣生物濾池等。曝氣生物濾池（BAF）是在生物接觸氧化工藝的基礎(chǔ)上引入飲用水處理中過(guò)濾的思想而產(chǎn)生的一種需氧廢水處理技術(shù)，很明顯的特點(diǎn)是在一級(jí)強(qiáng)化處理的基礎(chǔ)上將生物生化和截流懸浮物聯(lián)合在一起，濾池后面不需要設(shè)立沉池，利用反沖洗再生來(lái)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)池的周期運(yùn)行。</p><p>　　相對(duì)于

39、生物流化床，BAF能量消耗低，不太需要生物膜與載體顆粒的分離和載體顆粒的循環(huán)系統(tǒng)，運(yùn)轉(zhuǎn)操作起來(lái)都比較簡(jiǎn)單。與活性污泥法對(duì)比，BAF工藝具有基建投資不高、運(yùn)行負(fù)荷高、能量消耗低、產(chǎn)品水質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)；與生物濾池對(duì)比，占地面積要小得多、不易發(fā)生堵塞；與生物接觸氧化法相比，生物比較膜薄，具有較高活性，并且不需要設(shè)置二沉池；由此可見(jiàn)，BAF從眾多生物處理法中脫穎而出。國(guó)外學(xué)者在BAF工藝處理污水技術(shù)方面做了大量研究調(diào)查工作，對(duì)其填料的選擇、硝化和反

40、硝化技術(shù)以及脫氨氮、除磷、動(dòng)力學(xué)機(jī)理還有立體力學(xué)性能包括反沖洗的各個(gè)環(huán)節(jié)都做了深入的探索和研究[4~6]。</p><p>　　國(guó)內(nèi)在BAF工藝處理污水技術(shù)方面也同樣做了大量研究和考察，并結(jié)合我國(guó)企業(yè)具體污水排放情況和污水處理現(xiàn)狀對(duì)曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一定程度上的改造。孫力平等通過(guò)去掉濾頭，增加沙礫層厚度并在沙礫層中放置充氣擴(kuò)散管改進(jìn)了BAF，在保證過(guò)濾效率的前提下，一定程度上完全防止了設(shè)備堵塞，由于空氣擴(kuò)散點(diǎn)

41、的降低，使整個(gè)濾料層均處于有氧狀態(tài)，有利于生化氧化反應(yīng)進(jìn)行。鄒偉國(guó)等研發(fā)了一種名為BIOSMEDI的曝氣生物濾池，它采用了脈沖空氣反沖洗的方式，氣水同向流動(dòng)，已經(jīng)能夠用于處理輕微污染水，能較高效率除去有機(jī)物和氨氮及SS，反沖洗損耗水量少，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　BAF預(yù)處理去除了源水中大部分可生物降解的有機(jī)物，一定程度上減少給水管網(wǎng)中細(xì)菌繁衍的可能性，增加食用水的生物穩(wěn)定性；BAF 預(yù)處理技術(shù)不

42、但可以可以直接去除水源中的污染物，還可以對(duì)接下來(lái)的常規(guī)給水處理工藝向有利的方向發(fā)展。BAF預(yù)處理技術(shù)減少了源水中的有機(jī)物以及氨氮的含量，可以適當(dāng)減少消毒過(guò)程中消毒劑的投放量，減少消毒過(guò)程中產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物量，增加飲用水的安全系數(shù)。</p><p>　　自80 年代初就在德國(guó)越來(lái)越多地用于工業(yè)設(shè)施( 如化工廠、印刷廠以及油漆噴涂車間等) 排放的揮發(fā)性有 機(jī)化合物( VOCs ) 和有毒氣體的控制。目前這 種技術(shù)在歐

43、洲、日本和北美等地都有大量的研 究和實(shí)際應(yīng)用，其中應(yīng)用最廣的形式是生物過(guò) 濾器( Biofilter) 。利用異養(yǎng)型微生物生命代謝過(guò)程對(duì)多種有 機(jī)物和某些無(wú)機(jī)物的降解作用，可以有效地去除工業(yè)廢氣中的污染物。[7]</p><p>　　用生物過(guò)濾器處除含氯較多的有機(jī)物分子難生物降解外，一般的氣態(tài)污染物在生物過(guò)濾器中的降解速率約為 1 0～1 00g / (m 3 ·h ) 。生物過(guò)濾器對(duì)惡臭物質(zhì)的去除率可

44、達(dá)99 %，對(duì) VOCs的去除率可達(dá)95 % 。生物過(guò)濾器適用范圍很廣， 用于化工廢氣處理是其重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。國(guó)外用生物過(guò)濾器處理技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟有30多年的歷史特別是在難揮發(fā)性有機(jī)廢氣的研究和開(kāi)發(fā)。目前在荷蘭、德國(guó)和美國(guó)的一些化工公司已建生物過(guò)濾器工業(yè)裝置有500多座。隨著歐洲各國(guó)的法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格限制VOCs 排放，截止1997年為止，歐洲大部分市場(chǎng)銷售額有多大到五千四百萬(wàn)美元是利用生物過(guò)濾處理廢氣的技術(shù)產(chǎn)生的。在美國(guó)，為了滿足“大

45、氣清潔法”的要求許多化工公司對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了大力研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。[8、9]</p><p>　　現(xiàn)在有能力提供完整技術(shù)服務(wù)和裝置設(shè)備的國(guó)外大型污水處理公司包括：C T B. V.、B G H、E V G H、H G b H、G T G H、H N G H、M C B. V.、B A G 等，主要以德國(guó)、荷蘭和美國(guó)的公司為核心。比如說(shuō)荷蘭 C T 公司被稱為 B ( R) 的生物過(guò)濾處理系統(tǒng)，可用于處理含有乙

46、酸乙酯、甲苯、乙醇、異丙醇、乙酸丁酯以及丁醇的污染性氣體。</p><p>　　到1987年為止，荷蘭VAM廢物處理公司以及TNO 研究所研發(fā)的生物過(guò)濾填料Vamfil已用于30 多套生物過(guò)濾裝置。比如說(shuō)已得到廣泛應(yīng)用的內(nèi)裝Vamfil過(guò)濾材料的生物過(guò)濾器BIOBOX就是荷蘭Comprimo公司，已經(jīng)在德國(guó)適應(yīng)于含環(huán)己酮、四氫呋喃、丁酮等廢氣的處理；而在荷蘭的鹿特丹已經(jīng)被用于一家塑料加工廠，處理其中含有甲苯、雙酚

47、A、苯酚和丙酮的廢氣。被美國(guó)的Monsanto 公司稱為Dyn a Zyme的生物過(guò)濾器的可用于去除廢氣中含有醇、醛、酮、甲苯、苯 乙烯、H2S 和硫醇等。其中含有惡臭物質(zhì)去除率大于 99 % ，VOCs 去除率也大于 95% 。</p><p>　　由于化工生產(chǎn)排放的廢氣量越來(lái)越大，歐美許多化學(xué)公司為滿足日趨嚴(yán)格的法規(guī)要求都已將生物過(guò)濾器用于廢氣的治理。1992年，美國(guó)Sp ring field ( M A)

48、聚合物生產(chǎn)工廠和Tren -ton ( MI ) 聚合物生產(chǎn)工廠兩個(gè)工廠都有情況相似大的VOCs 質(zhì)量濃度在400～700mg / m 3 左右，含有的污染物主要為乙醇、醛類和醚類。用噴水使廢氣飽和在進(jìn)入生物過(guò)濾器之前，溫度一般嚴(yán)格停留在30 ～35℃，在生物過(guò)濾器中的停留時(shí)間為100s。過(guò)濾材料是由堆肥與木屑的混合物組成，其中含水量嚴(yán)格控制在50% ～70 % ，一般要求略高于最佳范圍的40 % ～60 % 左右。維護(hù)生物過(guò)濾器的一個(gè)

49、關(guān)鍵是保持濾床濕度。因?yàn)槲丛跒V床頂部安裝噴水頭，水分大部分來(lái)自雨水和溫暖廢氣的冷凝水，所以只有在長(zhǎng)期干燥季節(jié)才用采用噴水保溫。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，污染物在該生物過(guò)濾器中的生物沉降速率為15 ～25g/ ( m 3 · h )，VOCs 去除率達(dá)到了 90% ～95% ， VOCs在廢氣的質(zhì)量濃度降到了20～70mg / m3。</p><p>　　現(xiàn)階段已經(jīng)有人在生物接觸氧化技術(shù)和曝氣生物濾池技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了一

50、種隔離曝氣生物濾池（Isolated Biological Aeration Filter），他們采用了隔離曝氣技術(shù)（Isolated Aeration Method，IAM），。IAM將BAF分為反應(yīng)區(qū)和曝氣區(qū)，通過(guò)曝氣形成內(nèi)循環(huán)流，因此又稱循環(huán)式曝氣生物濾池（Circulated Biological Aeration Filter，CBAF）。該技術(shù)的特點(diǎn)在于：①采用高性能生物填料，如黏土拉西環(huán)和陶粒，具有較大的比表面積和總孔容積

51、，抗機(jī)械磨損強(qiáng)度高，表面粗糙，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)。②采用獨(dú)具特色的隔離式曝氣技術(shù)，在污水沿曝氣器管道提升同時(shí)還能提供曝氣以及內(nèi)循環(huán)的推動(dòng)力，然后經(jīng)過(guò)生物床，形成大流量?jī)?nèi)循環(huán)。因?yàn)檫@樣的特點(diǎn)既增加了污染物質(zhì)在水相與生物相間的傳質(zhì)速率，也使污染物在濾料層內(nèi)流動(dòng)分布的更均勻，有效提高了反應(yīng)器的容積效率，從而改善了傳統(tǒng)曝氣方式對(duì)濾料的沖擊和沖刷，非常有效地防止硫細(xì)菌、酚細(xì)菌等微生物的脫落和損失時(shí)，成功的保證了生物膜的完整性。隔離曝氣生物濾池（氧化技術(shù)

52、）已成功用于煉廠輕度廢水回用、煉廠汽提廢水處理、煉廠堿</p><p>　　隔離曝氣生物濾池（氧化技術(shù)）能有效處理高含硫、含酚等惡臭堿渣廢水，且成本相對(duì)較低，預(yù)處理后的堿渣廢水惡臭消除，因此，循環(huán)曝氣生物濾池（氧化技術(shù)）是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ母邼舛葟U水處理技術(shù)。目前，還未有將曝氣生物濾池（氧化技術(shù)）結(jié)構(gòu)、操作參數(shù)和流體力學(xué)性能關(guān)系的研究報(bào)道。本文就循環(huán)曝氣生物濾池的結(jié)構(gòu)（內(nèi)外圓桶的面積比）、操作參數(shù)（氣液比、有無(wú)填

53、料）對(duì)流體力學(xué)性能影響進(jìn)行研究，尋找適宜CBAF結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)，以較低能耗達(dá)到高效處理高濃度廢水[10、11、12、13]。</p><p><b>　　第二章實(shí)驗(yàn)部分</b></p><p>　　2.1 曝氣生物濾池的結(jié)構(gòu)和工作原理</p><p>　　2.1.1 工作原理</p><p>　　循環(huán)曝氣生物濾池是普通曝

54、氣生物濾池的另一種形式，英文形式為Biological aerated filter 簡(jiǎn)稱CBAF，也可看成是生物接觸生化法的一種特殊形式[15]，即為提供微生物膜生長(zhǎng)的載體而在生物反應(yīng)器內(nèi)裝填高比表面積的顆粒填料。本次實(shí)驗(yàn)的CBAF采用內(nèi)循環(huán)形式，在內(nèi)桶污水由下向上，外桶由上向下流過(guò)濾料層，在內(nèi)桶下部通氣曝氣，使空氣與污水同向接觸，水中的有毒有害的有機(jī)物質(zhì)與填料表面的生物膜發(fā)生生化硝化反應(yīng)，污染物質(zhì)在生物膜中被硝化。同時(shí)，由于濾料的截

55、留作用，一些粒狀物質(zhì)被清除，水質(zhì)得以改善。</p><p>　　利用內(nèi)外圓桶密度差產(chǎn)生的推動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)。由于內(nèi)桶為氣液混合物密度小于術(shù)uid額密度，所以在同一高點(diǎn)的內(nèi)外圓桶產(chǎn)生的靜壓力差不同，當(dāng)推動(dòng)力大于或等于阻力時(shí)，就能形成內(nèi)循環(huán)，并使液體能夠達(dá)到充分返混，最好達(dá)到全混流。</p><p>　　整個(gè)生物處理系統(tǒng)可分為內(nèi)桶和外桶，填料放置在外桶。當(dāng)生物濾池系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間以后，會(huì)濾出一

56、定量的固體雜質(zhì)并產(chǎn)生脫落的生物膜。為保證生物膜的活性，避免濾池堵塞，必須定時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗。曝氣生物濾池CBAF具有構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小、生物處理后不需要二沉池、不需要大量的污泥，回流 、高速過(guò)濾 、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)[15]。</p><p>　　2.1.2 CBAF的結(jié)構(gòu)</p><p>　　如圖2-1為循環(huán)曝氣生物濾池（CBAF）的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。實(shí)驗(yàn)時(shí)，在進(jìn)料口之前以較短的時(shí)間注

57、入200ml的示蹤劑，同時(shí)開(kāi)始在出口測(cè)量出口的電導(dǎo)率，并保存在電腦中。實(shí)驗(yàn)主體裝置高180cm，填料高度為125cm，內(nèi)桶高度為165cm，墊石層高10cm。</p><p>　　圖2-1：CBAF結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)裝置和儀器和藥品</p><p>　　2.2.1實(shí)驗(yàn)儀器和藥品</p><p><b>　　表

58、2-1實(shí)驗(yàn)儀器</b></p><p>　　表2-3實(shí)驗(yàn)藥品及材料</p><p>　　2.3實(shí)驗(yàn)原理和方法</p><p>　　實(shí)驗(yàn)采用脈沖法測(cè)定循環(huán)生物濾池CBAF反應(yīng)停留時(shí)間分布，通過(guò)計(jì)算得出非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N，來(lái)確定CBAF在不同操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)下的返混程度。結(jié)構(gòu)參數(shù)為內(nèi)外圓桶的面積比，操作參數(shù)為氣液比和是否放置填料，通過(guò)改變氣體流

59、量來(lái)實(shí)現(xiàn)氣液比的控制，可以通過(guò)測(cè)量?jī)?nèi)循環(huán)量反映操作參數(shù)對(duì)非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N的影響。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)是在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)把示蹤劑注入到進(jìn)料流中，然后立即又恢復(fù)原來(lái)的進(jìn)料。也就是給進(jìn)料一個(gè)示蹤脈沖訊號(hào)，與之同時(shí)開(kāi)始測(cè)定出口的響應(yīng)曲線，即出口示蹤劑濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系，然后根據(jù)所得的數(shù)據(jù)就算出CBAF的非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N，最后列表、畫(huà)圖，從CBAF結(jié)構(gòu)參數(shù)、氣液比、非理想反應(yīng)器多級(jí)混合

60、模型參數(shù)N的關(guān)系，判斷哪個(gè)結(jié)構(gòu)下，在最低能耗時(shí)，能達(dá)到較好的返混效果。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)量筒直接測(cè)量CBAF的內(nèi)循環(huán)量。</p><p>　　N = 1/σ²=t²/σ²，N表示非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N，N是一個(gè)虛擬的值，從物理意義上說(shuō)，N是人們把一個(gè)非理想反應(yīng)器想象成N個(gè)CSRT的串聯(lián)；σ²則是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定并計(jì)算得到，0<σ²<1。若N=2意味著這個(gè)反

61、應(yīng)器的停留時(shí)間分布與2個(gè)全混釜串聯(lián)結(jié)果相當(dāng)。N值越接近于1，表示反應(yīng)器越接近于全混流。</p><p><b>　　2.3.1操作步驟</b></p><p>　　1、通電：開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)，將電導(dǎo)棒預(yù)熱，以備測(cè)量。開(kāi)電腦，打開(kāi)“管事循環(huán)反應(yīng)器數(shù)據(jù)采集”軟件，準(zhǔn)備開(kāi)始。</p><p>　　2 、通水：首先要放空，開(kāi)啟進(jìn)料泵，讓水注滿管道，緩慢打開(kāi)

62、放空閥，有水柱噴出及放空成功，其次使水注滿反應(yīng)器，并從出水口穩(wěn)定流出，此時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)水流量為100L/h，保持流量穩(wěn)定。</p><p>　　3、關(guān)閉進(jìn)料泵，將配置好的食鹽溶液加入鹽水池內(nèi)，再次開(kāi)啟進(jìn)料泵。</p><p>　　4、開(kāi)啟空氣壓水機(jī)，開(kāi)始通氣，調(diào)節(jié)氣體流量在（0.5、0.72、1.1、2.0、3.1）這五個(gè)數(shù)值中的一個(gè)，并保持穩(wěn)定。</p><p>　　5

63、、運(yùn)行設(shè)備10-30分鐘，直至出水口流量與進(jìn)水流量相等，這時(shí)表明系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定，此時(shí)迅速注入示蹤劑，即點(diǎn)擊軟件上“注入鹽溶液”圖標(biāo)，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，每次采集時(shí)間需要4—6小時(shí)（每次點(diǎn)擊時(shí)間相同以保證每次示蹤劑進(jìn)料相同，但不可以太長(zhǎng)，否則液體會(huì)倒流使實(shí)驗(yàn)失?。?lt;/p><p>　　6、當(dāng)電腦記錄顯示的曲線在10分鐘內(nèi)覺(jué)察不到變化時(shí)，即認(rèn)為終點(diǎn)已到，點(diǎn)擊“停止”，并立即保存數(shù)據(jù)。</p><p&

64、gt;　　7、此時(shí)利用自己設(shè)計(jì)的內(nèi)循環(huán)裝置、兩桶和秒表測(cè)量此氣液比下的內(nèi)循環(huán)量。</p><p>　　8、改變條件，即改變循環(huán)比R，（保持液體流量不變，通過(guò)調(diào)節(jié)氣體流量來(lái)實(shí)現(xiàn)）重復(fù)上述操作。</p><p>　　9、放入填料時(shí)，在一次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要清洗一次設(shè)備，才能進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　10、實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉自來(lái)水閥門(mén)，再依次關(guān)閉流量計(jì)、水泵、電導(dǎo)儀、

65、總電源；將儀器還原。</p><p><b>　　2.3.2數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用列表法，實(shí)驗(yàn)中將數(shù)據(jù)列成表格，可以簡(jiǎn)明地表示出有關(guān)物理量之間的關(guān)系，便于檢查測(cè)量結(jié)果和運(yùn)算是否合理，有助于發(fā)現(xiàn)和分析問(wèn)題，而且可以通過(guò)列表做出圖像，有利于各因素對(duì)CBAF影響的分析。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)構(gòu)參數(shù)（曝氣面積與總面積比）、操作參數(shù)（氣液比）、是否有填料等因

66、素對(duì)CBAF流體力學(xué)性能的影響。列表法其優(yōu)點(diǎn)是，使大量數(shù)據(jù)表達(dá)清晰醒目，條理化，易于檢查數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免差錯(cuò)，同時(shí)有助于反映出物理量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。列表時(shí)應(yīng)注意：①表格要直接地反映有關(guān)物理量之間的關(guān)系，一般把自變量寫(xiě)在前邊，因變量緊接著寫(xiě)在后面，便于分析。②表格要清楚地反映測(cè)量的次數(shù)，測(cè)得的物理量的名稱及單位，計(jì)算的物理量的名稱及單位。物理量的單位可寫(xiě)在標(biāo)題欄內(nèi)，一般不在數(shù)值欄內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)。③表中所列數(shù)據(jù)要正確反映測(cè)量值的有效數(shù)字。&

67、lt;/p><p>　　利用計(jì)算機(jī)記錄數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的圖象處理。實(shí)驗(yàn)使用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和處理。在Excel可以直接應(yīng)用公式法處理數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)代入公式，經(jīng)運(yùn)算得到所求物理量的數(shù)值的方法。實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行處理，為了求得非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N，需要求出停留時(shí)間t的加權(quán)平均值，同時(shí)能簡(jiǎn)明有效地反映這些大量數(shù)據(jù)。非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N不但需要了解數(shù)據(jù)的平均

68、值，還要出停留時(shí)間t的離散程度，即方差，離散特征參數(shù)數(shù)據(jù)的離散程度往往可以為我們提供很多信息，如實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性等。 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)進(jìn)水流量100升/小時(shí)，從開(kāi)始計(jì)時(shí)到結(jié)束，每隔5秒鐘記錄一個(gè)點(diǎn)，計(jì)算CBAF反應(yīng)器的非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N，由數(shù)據(jù)記錄可以直接讀出及電導(dǎo)率的數(shù)值（由電導(dǎo)率與濃度之間存在的線型關(guān)系），故可以直接對(duì)電導(dǎo)率進(jìn)行復(fù)化辛普森積分，求出平均時(shí)間和方差，并以此可以求出非理想反應(yīng)

69、器多級(jí)混合模型參數(shù)N。以放入填料后，氣液比為7.2時(shí)測(cè)得的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)為例。</p><p>　　圖2-2放入填料、曝氣面積與總面積比為0.0363，氣液比為7.2時(shí)測(cè)得的電導(dǎo)率變化的值，由圖2-2可以看出點(diǎn)導(dǎo)率的激勵(lì)曲線，先增大后減小，再增大減小直至回到原點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)所得電導(dǎo)率曲線變化趨勢(shì)與圖2-2基本一致。</p><p>　　圖2-2放入填料、曝氣面積與總面積比為0.0363，氣液比為7.

70、2時(shí)測(cè)得的電導(dǎo)率變化圖</p><p>　　E（t） 停留時(shí)間分布密度函數(shù)</p><p>　　F（t） 停留時(shí)間分布函數(shù) </p><p>　　C 示蹤劑濃度</p><p>　　t? 平均停留時(shí)間</p><p>　　σ t 平均停留時(shí)間方差</p>

71、;<p>　　⊿t 時(shí)間間隔</p><p>　　N 多級(jí)混合非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N</p><p>　　σ2 無(wú)量綱方差</p><p>　　對(duì)于離散型測(cè)定值，有一般用無(wú)因次來(lái)表征停留時(shí)間分布的數(shù)學(xué)特征，其中θ= t/ tm 為對(duì)比時(shí)間，θ是度量隨機(jī)變量與均值的偏離程度，為無(wú)因次化方差σ2 ，其

72、值一般介于最終1和∞之間，通過(guò)一些列的計(jì)算得到所需要的多級(jí)混合非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N。N表示非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N，N是一個(gè)虛擬的值，從物理意義上說(shuō)，N是人們把一個(gè)非理想反應(yīng)器想象成N個(gè)CSRT的串聯(lián)；。若N=2意味著這個(gè)反應(yīng)器的停留時(shí)間分布與2個(gè)全混釜串聯(lián)結(jié)果相當(dāng)。N值越接近于1，表示反應(yīng)器越接近于全混流。N值在0和1之間[14]。</p><p><b>　　第三章、結(jié)果與討論<

73、;/b></p><p>　　3.1、CBAF結(jié)構(gòu)對(duì)流體力學(xué)性能的影響</p><p>　　放置填料時(shí)，在一定氣液比下，結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)CBAF的影響，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表畫(huà)圖得表3-1和圖3-1；</p><p>　　表3-1在一定氣液比下，結(jié)構(gòu)參數(shù)和內(nèi)循環(huán)量的值</p><p>　　圖3-1氣液比、結(jié)構(gòu)參數(shù)和內(nèi)循環(huán)量的關(guān)系—放置填料</p

74、><p>　　從圖3-1中可以發(fā)現(xiàn)，在放置填料時(shí)，在一定氣液比下，內(nèi)循環(huán)量隨結(jié)構(gòu)參數(shù)（內(nèi)外圓桶的面積比）增大總體上呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，但在0.0363~0.0693 減小趨勢(shì)明顯，在0.0693~0.1556之間減小趨勢(shì)比較緩慢，拐點(diǎn)集中在0.0509~0.0693之間。同時(shí)可以看出，在同一氣液比下，結(jié)構(gòu)參數(shù)（內(nèi)外圓桶的面積比）越小其內(nèi)循環(huán)量越大。</p><p>　　3.2、操作條件對(duì)CBAF流

75、體力學(xué)性能的影響</p><p>　　在一定氣液比下結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)CBAF的影響，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表畫(huà)圖得表3-2和圖3-2；</p><p>　　表3-2放置填料時(shí)，在一定氣液比下多級(jí)混合模型參數(shù)N和曝氣面積與總面積比的值</p><p>　　圖3-2放置填料時(shí)，在一定氣液比下多級(jí)混合模型參數(shù)N和曝氣面積與總面積比的關(guān)系</p><p>　　從圖3

76、-2中可以看出在放置填料時(shí)，非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N隨結(jié)構(gòu)參數(shù)（內(nèi)外圓桶的面積比）增大整體呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)；在氣液比為11、20時(shí)，非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N更接近于1，即越接近全混流。</p><p>　　3.3、填料對(duì)CBAF流體力學(xué)性能的影響</p><p>　　3.3.1未放置填料時(shí)的情況</p><p>　　在未放置填料時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)CBA

77、F多級(jí)混合模型參數(shù)N的影響，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表畫(huà)圖得表3-3和圖3-3；</p><p>　　表3-3在確定的氣液比下，結(jié)構(gòu)尺寸與CBAF非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N值</p><p>　　圖3-3：未放置填料，確定氣液比為下，CBAF多級(jí)混合模型參數(shù)N與曝氣面積與總面積比的關(guān)系</p><p>　　從圖3-2中可以看出在未放置填料時(shí)，非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N隨

78、結(jié)構(gòu)參數(shù)（內(nèi)外圓桶的面積比）增大產(chǎn)生波浪形變化，總體的趨勢(shì)是先增后減，但非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N隨結(jié)構(gòu)參數(shù)（內(nèi)外圓桶的面積比）變化缺乏規(guī)律。</p><p>　　在未放置填料時(shí)，在一定結(jié)構(gòu)參數(shù)（內(nèi)外圓桶的面積比）下，操作條件對(duì)CBAF的影響，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表畫(huà)圖得表3-2和圖3-2；</p><p>　　表3-2：在未放置填料時(shí)，在一定氣液比下，內(nèi)循環(huán)量和結(jié)構(gòu)參數(shù)的值</p>

79、;<p>　　圖3-2：在未放置填料時(shí)，在一定氣液比下，內(nèi)循環(huán)量和曝氣面積與總面積比的關(guān)系</p><p>　　從圖3-2中可以發(fā)現(xiàn)，在未放置填料時(shí)，在一定氣液比下，內(nèi)循環(huán)量隨結(jié)構(gòu)參數(shù)（內(nèi)外圓桶的面積比）增大總體上呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，但在0.0363~0.0693 減小趨勢(shì)明顯，在0.0693~0.1556之間減小趨勢(shì)比較緩慢，拐點(diǎn)集中在0.0509~0.0693之間。同時(shí)可以看出，在同一氣液比下，結(jié)構(gòu)

80、參數(shù)（內(nèi)外圓桶的面積比）越小其內(nèi)循環(huán)量越大。</p><p>　　3.3.2放置填料的情況</p><p>　　放置填料時(shí)，在一定氣液比下，結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)CBAF的影響，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表畫(huà)圖得表3-4和圖3-4；</p><p>　　表3-4在一定氣液比下，結(jié)構(gòu)參數(shù)和內(nèi)循環(huán)量的值</p><p>　　圖3-4放置填料時(shí)，在一定氣液比下內(nèi)循環(huán)量和曝氣

81、面積與總面積比的關(guān)系</p><p>　　從圖3-4中可以發(fā)現(xiàn)，在放置填料時(shí)，在一定氣液比下，內(nèi)循環(huán)量隨結(jié)構(gòu)參數(shù)（內(nèi)外圓桶的面積比）增大總體上呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，但在0.0363~0.0693 減小趨勢(shì)明顯，在0.0693~0.1556之間減小趨勢(shì)比較緩慢，拐點(diǎn)集中在0.0509~0.0693之間。同時(shí)可以看出，在同一氣液比下，結(jié)構(gòu)參數(shù)（內(nèi)外圓桶的面積比）越小其內(nèi)循環(huán)量越大。</p><p>

82、<b>　　3.3結(jié)果的討論</b></p><p>　　3.3.1結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)CBAF的流體力學(xué)性能的影響</p><p>　　在未放置填料的情況下，通過(guò)上述圖3-1，可以發(fā)現(xiàn)非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N隨結(jié)構(gòu)參數(shù)（內(nèi)外圓桶的面積比）變化缺乏規(guī)律。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析可以得到；在未放置填料的情況下，CBAF運(yùn)行缺乏穩(wěn)定，液面波動(dòng)大、頻繁，特別是在曝氣量增加到最大時(shí)

83、，有些水滴幾乎可以跳設(shè)備，水聲也比較大，而測(cè)量口位置在液面附近，因此測(cè)量所得的數(shù)據(jù)存在偏差，不能真實(shí)反映CBAF裝置內(nèi)真實(shí)的返混情況。</p><p>　　在放置填料的情況下，圖3-3分析可以得出，在同一氣液比下，結(jié)構(gòu)尺寸（曝氣面積與總面積比）越小，所得的非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N越小，即越接近于全混流。因?yàn)樵谕粴庖罕认?，?nèi)桶越小，氣速越快，即推動(dòng)力越大，使返混更加充分。</p><p&

84、gt;　　從理論分析，雷諾數(shù)用Re表示，由化工出版社出版的化工原理第三版第一章得到雷諾數(shù)的表達(dá)式（1）:</p><p>　　其中d表示當(dāng)量直徑，表示液體的密度，u表示液體的流速，μ表示流體的粘度。</p><p>　　在相同條件下，當(dāng)曝氣面積與總面積比越小，d=d外—d內(nèi) 越大，密度不變，而內(nèi)筒氣液混合密度變小，推動(dòng)力以及內(nèi)循環(huán)量增加所以u(píng)變大，因此Re也就越大，說(shuō)明在液體在反應(yīng)器內(nèi)更接

85、近全混流。</p><p>　　3.3.2操作條件對(duì)CBAF的流體力學(xué)性能的影響</p><p>　　在未放置填料的情況下，由圖3-1可以得出在氣液比為5時(shí)，非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N在1.575-1.786之間；氣液比為7.2時(shí)，非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N在1.515-1.684之間；氣液比為11時(shí)，非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N在1.441-1.567之間；氣液比為20時(shí)，非理

86、想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N在1.385-1.562之間；氣液比為31時(shí)，非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N在1.433-1.724之間；從理論上來(lái)說(shuō)，隨著氣液比的增加非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N應(yīng)該呈減小的趨勢(shì)，但實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)并不是這樣的規(guī)律。這是由于系統(tǒng)不穩(wěn)定因素使得數(shù)據(jù)存在偏差。</p><p>　　從對(duì)圖33、圖3-4分析可以得出，放置填料后，在同一結(jié)構(gòu)尺寸下，非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N隨著氣液比的增加

87、總體是先變大再減小的趨勢(shì)，最小值基本上在氣液比為7.2~20之間。這也可以從內(nèi)循環(huán)量看出，隨著氣液比的增加內(nèi)循環(huán)量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，但是在氣液比為7.2~20之間出現(xiàn)拐點(diǎn)，在拐點(diǎn)以前增加趨勢(shì)遠(yuǎn)大于拐點(diǎn)以后。</p><p>　　由公式（1）得，在相同條件下，當(dāng)氣液比越大，d不變，密度不變，而內(nèi)筒氣液混合密度變小，推動(dòng)力以及內(nèi)循環(huán)量增加所以u(píng)變大，因此Re也就越大，說(shuō)明在液體在反應(yīng)器內(nèi)更接近全混流。</p>

88、<p>　　3.3.3填料對(duì)CBAF的流體力學(xué)性能的影響</p><p>　　由圖3-4和圖3-2比較可以得出，放入填料后，在同一結(jié)構(gòu)、氣液比下所測(cè)得內(nèi)循環(huán)量總體上都要比沒(méi)放置填料時(shí)測(cè)得的內(nèi)循環(huán)量要?。贿@是由于放入填料后了流體流動(dòng)的阻力增加，所以推動(dòng)力相對(duì)減小，內(nèi)循環(huán)量減小。比較圖3-1和圖3-3，可以看出沒(méi)有放置填料測(cè)得的數(shù)據(jù)波動(dòng)大，缺乏穩(wěn)定，總不難看出，放入填料后，在同一條件下所得的非理想反應(yīng)器多

89、級(jí)混合模型參數(shù)N都要比不放入填料要小。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察，可以發(fā)現(xiàn)未放置填料時(shí)，內(nèi)桶所產(chǎn)生的水柱比較高，落下的水不規(guī)則的分散，水面波動(dòng)較大，測(cè)量口距離內(nèi)桶較近，而且水伴隨著大量的氣泡，聚集的測(cè)量口附近，因此可以造成局部水域電導(dǎo)率較高；同時(shí)由于氣泡的原因出水管里每隔一段時(shí)間都需要排除氣體，否則會(huì)影響出水流量。返混不充分或則所得的數(shù)據(jù)足以真實(shí)反應(yīng)CBAF反應(yīng)器的真實(shí)情況。相對(duì)放置填料之后所測(cè)得的數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，系統(tǒng)也比沒(méi)放填料時(shí)穩(wěn)定。<

90、/p><p>　　實(shí)際運(yùn)行是需要放入填料的。放入填料，相當(dāng)于放入“靜態(tài)混合器”使兩種液體充分混合。靜態(tài)混合過(guò)程是因?yàn)橐后w在CBAF流動(dòng)，由于內(nèi)循環(huán)和阻力的作用，因此流體一會(huì)向左流動(dòng)，一會(huì)向右流動(dòng)，不斷變化流動(dòng)混合機(jī)方向，同時(shí)將中心流體推向周邊，但同時(shí)又將周邊流體慢慢擠向中心，最終形成良好的軸向和橫向混合效果。不但如此，液體在CBAF形成的循環(huán)流動(dòng)作用在一些組件連接處的接口上亦會(huì)發(fā)生混合，這種完美的徑向環(huán)流混合作用，使

91、物料獲得充分的返混?？傊湃胩盍嫌欣谔岣呶锪显贑BAF的返混程度。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　1、結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)CBAF流體力學(xué)性能的影響，在未放置填料的情況下，發(fā)現(xiàn)非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N隨結(jié)構(gòu)參數(shù)（內(nèi)外圓桶的面積比）變化缺乏規(guī)律；放置填料，在同一氣液比下，結(jié)構(gòu)尺寸（曝氣面積與總面積比）越小，所得的非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)

92、N越小，即越接近于全混流。</p><p>　　2、操作參數(shù)對(duì)CBAF流體力學(xué)性能的影響，在未放置填料的情況下，從理論上來(lái)說(shuō)，隨著氣液比的增加非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N應(yīng)該呈減小的趨勢(shì)，但實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)并不是這樣的規(guī)律，這是由于系統(tǒng)不穩(wěn)定因素使得數(shù)據(jù)存在偏差；放置填料后，在同一結(jié)構(gòu)尺寸下，非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N隨著氣液比的增加總體是先變大再減小的趨勢(shì)，適宜的氣液比應(yīng)該在7.2-20之間。</p&

93、gt;<p>　　3、有無(wú)填料對(duì)對(duì)CBAF流體力學(xué)性能的影響，放入填料在同一結(jié)構(gòu)、氣液比下所測(cè)得內(nèi)循環(huán)量總體上都要比沒(méi)放置填料時(shí)測(cè)得的內(nèi)循環(huán)量要?。环湃胩盍虾笤谕粭l件下所得的非理想反應(yīng)器多級(jí)混合模型參數(shù)N都要比不放入填料要?。环胖锰盍现笏鶞y(cè)得的數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，系統(tǒng)也比沒(méi)放填料時(shí)穩(wěn)定；總之放入填料有利于提高返混，反應(yīng)器更加接近全混流。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>

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