50m3d废水处理内循环高效反应器设计说明书(删减版)概述

1、四川理工学院毕业设计50m3/d废水处理内循环高效反应器设计学 生：学 号：09011010224专 业：过程装备与控制工程班 级：2009.2指导教师：林海波 四川理工学院机械工程学院二O一三年六月四 川 理 工 学 院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 50m3 /d废水处理内循环高效反应器设计 学院： 机械工程 专业：过程装备与控制工程 班级：2009级2班学号：09011010224 学生： 指导教师： 林海波 接受任务时间 2013年3月1日 系主任 （签名）院长 （签名）1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求亚硫酸盐竹浆造纸中段废水，CODcr：16002050mg/L；BO

2、D5：5001200 mg/L；色度：80150倍；SS：100200/mg/L。要求达到国家标准排放，采用内循环三相生物流化床。2指定查阅的主要参考文献及说明流态化工程原理及气液固流态化工程,化工学报,高校化工学报Powder Technology,废水处理工程,水污染控制与废水生物处理,造纸工业污染防治技术与环境管理,化工原理上、下册3进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1资料收集，阅读文献，完成开题报告3月 1 日至3月24日2完成工艺计算及结构设计3月25日至4月21日3完成所有的图纸的绘制4月22日至5月22日4完成设计说明书的撰写5月23日至6月7日5完成图纸、设计说明书的

3、修改，答辩准备6月 8 日至6月14日摘 要内循环生物三相流化床处理废水是一种新型的污水处理工艺，它将传统的活性污泥法和生物膜法有机结合并引入化工流态化技术，具有高负荷、高效率等特点，是一种极具发展前途的污水处理工艺。本次设计介绍了造纸废水的来源和污染现状，以及对其的一些处理方法；就造纸中段废水的特点设计了处理亚硫酸盐造纸中段废水的工艺流程，采用内循环生物三相流化床作为反应器，并分析了好氧处理和厌氧处理的优劣。设计根据已知数据对格栅、泵、沉淀池进行了设计与选型；对内循环生物三相流化床的参数、水力停留时间、循环速度等进行了设计，并选择了合适的载体与生物膜；对曝气器和旋流器进行了结构设计。关键词：

4、内循环三相生物流化床；造纸中段废水；曝气器；生物膜；水力停留时间ABSTRACTThe inter-loop three-phase biological fluidized bed wastewater treatment is a new kind of wastewater biological treatment process，which integrates traditional activated sludge wastewater treatment process with bio-film technology. It is a promising wastewater

5、treatment process because of its high loading and efficiency. This design introduces a source of paper waste and pollution, and some of its approach；on the characteristics of pulp and paper wastewater treatment designed sulfite process pulp and paper wastewater using three-phase circulating fluidize

6、d Health bed as the reactor, and analyzed the aerobic and anaerobic treatment of the pros and cons. Design based on known data grid, pumps, sedimentation tanks for the design and selection；three-phase internal circulating fluidized bed parameters, HRT, cycle speed has been designed, and select the a

7、ppropriate carrier and the bio-film；on aerators and cyclone in the structural design.Keywords：the inter-loop three-phase biological fluidized bed；middle-stage effluent in paper mills ；aeration；bio-film；hydraulic retention time目录摘要.ABSTRACT.第1章 绪论.11.1中国造纸现状.21.1.1 污染超标.21.1.2 高耗低效.31.2 造纸中段废水的产生.41.

8、3造纸中段废水的处理.41.3.1 混凝沉淀法.51.3.2 吸附法.51.3.8 物化生化联用处理方法.91.4 生物流化床.101.4.1 三相循环流化床.101.4.4 内循环三相流化床的特点.13第2章 工艺介绍及设计.152.1 内循环生物三相流化床的工作原理.162.2 设计水质水量及处理要求.162.2.2 排放标准.162.3 污水处理工艺流程.162.3.1 工艺的选择.16 2.3.6 工艺特点.202.4 主要建、构筑物尺寸及设计参数.202.4.1 格栅 .202.4.6 主要设备.272.5重要设计运行参数.272.5.1 水气比.272.5.4 中心管流速计喇叭口距

9、底部高度.27第3章 流化床的设计.293.1 三相生物流化床的设计.293.1.1 三相流化床性能参数.293.1.2 流化床反应器基本构件的设计.303.1.7接管的布置.38 3.2 回流槽的尺寸确定.393.3流化床材料的选择. 393.3.1 不锈钢的定义.393.3.2 不锈钢分类.393.4 辅助设备的选择及流化床的安装.41第4章 载体的选择.434.3.3载体投放量的选择及其影响.454.4载体的选择.464.4.1载体的应用条件.464.4.2载体的选择.46第5章 生物膜.485.1 生物膜的形成.485.2.4 毒物.525.3 生物膜的培养.52第6章 曝气器的设计.

10、546.1曝气器的研究进展.546.2射流曝气器的分类.546.5.2缺点.566.6 流化床曝气方式的选择.566.7 射流曝气器的工作原理.566.7.1液体射流与气体相对运动段.566.7.2液滴运动段.576.7.3泡沫流运动段.576.8 影响射流曝气器性能的因素.586.8.1 射流器的最佳性能包络线 .586.8.2 喉管长径比对射流器性能的影响分析.586.8.3 不同面积比和长径比对短喉管射流器性能的影响.596.10 曝气器的固定.63第7章 旋流器的设计.647.1.4悬浮液浓度的分布.657.2水力旋流器的主要工艺指标.657.2.1处理能力.657.2.2分离粒度.6

11、57.2.3分离效率和分离精度.65第8章 结论.72参考文献.74致谢.77附录.78四川理工学院毕业设计5第一章 绪论中国的人均水资源占有量低于500立方米，远远低于国际公认的人均所需1000立方米的临界值。北方许多大中城市因缺水造成工厂停产或限产，损失的年产值达1200亿元，南方一些城市也陆续出现水荒。目前全国600多座城市中，有300多家缺水，其中严重缺水的有108个，缺水量约为1000万吨/天左右，几百万人生活用水紧张。但是随着社会发展和人们生活水平的提高，生产和生活用水量在不断上升。全世界的总用水量由1980年的3000km3增加到2000年的约6000km3，用水量增加的结果使废

12、水的排放量也相应增加，这些废水如果不经过处理直接排入水体就会造成很严重的环境污染，使水资源更加紧张。因此，在合理开发利用水资源的同时要有效地控制水体的污染。防治水环境的恶化，保护水资源，走可持续发展的道路已成为人类共同追求的目标。在我国，水消耗水平却与水源充足的工业国家相当。全国1/3的水域受到不同程度的污染。我国的污水处理率仅有20%左右而美国污水处理率为71%，英国的已达到87%。因此鉴于我国人口多，资金缺乏等实际情况，我们迫切需要一种造价低，占地少，处理效果好的处理污水的工艺设备。水体污染主要是指由于人类的各种活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体中，使水和水体的物理、化学性

13、质发生变化从而降低了水体的使用价值。污水主要来源于居民生活中产生的污水、各工业企业在生产制造过程中产生的生产废水以及城市降水和部分受污染的地表水这三个方面。而污水中的主要污染物是对该污水水质产生重要影响的物质，大体包括以下几种：好氧有机物、难降解有机物、植物性营养物、重金属、无机悬浮物、放射性污染、石油类污染物、酸碱、热污染、病原体等等。其中造纸工业废水是一种水量大、色度高、悬浮物含量大、有机物浓度高、组分复杂的难处理有机废水。造纸废水主要有3个来源：制浆废液，中段水，纸机白水。中段废水是指经黑液提取后的蒸煮浆料在筛选、洗涤、漂白等过程中排出的废水，颜色呈深黄色，浓度高于生活污水，可生化性较差

14、，有机物难以生物降解且处理难度大。中段水浓度高于生活污水，可生化性较差，有机物难以生物降解且处理难度大。造纸废水的危害很大，其中黑液的危害最大，它所含的污染物占造纸工业污染物排放总量的90%以上，由于黑液的碱性大、颜色深、臭味重、泡沫多，并大量消耗水中的溶解氧，严重污染水资源，给环境和人类健康带来危害。而中段废水对环境污染最严重的是漂白过程中产生的含氯废水，例如氯化漂白废水，次氯酸盐漂白废水等。此外，漂白废液中含有毒性极强的致癌物质二恶英，也对生态环境和人类健康造成了严重威胁。所以，对造纸废水的处理势在必行。1.1 中国造纸业现状造纸术是中国古代的四大发明之一，是人类文明史上的重要成果。当今，

15、纸及纸板的消费水平已成为衡量一个国家现代化水平和文明程度的重要标志之一。最近几年，我国的纸和纸板产量增长迅速，2005年纸及纸板产量5600万吨，消费量5930万吨，均居世界第二位。 然而，我国的造纸业在造出纸张、为传承文明做出贡献的同时，也构成了对生态与环境的严峻挑战。目前，除西藏外，我国其他省、市、自治区都有造纸企业，总数达上万家，其中绝大多数是中小型造纸企业。由于原料结构不合理、科技水平较低、污水处理设备不到位，不少造纸企业既是当地的利税大户，也是污染大户，因此很多造纸企业成为环境恶化的众矢之的，不得不面对来自舆论和政府的巨大压力，在此情况下，传统造纸业已经走到了必须改变的地步，否则必将

16、在企业的自身发展历程之中背上沉重的环保包袱。目前我国纸及纸板的人均年消费量为45公斤，低于世界人均消费水平，距欧美发达国家人均消费量250公斤更是相差甚远。据预测，2006年我国纸及纸板消费量将超过6000万吨，2010年将达7000万吨。巨大的市场消费使很多有识之士忧心忡忡。1.1.1 污染超标众所周知，传统的造纸工业在生产过程对环境造成的污染非常严重。特别是制浆部分，投入的原料和化学药品，大约一半以上成为污染物排放到空气和水中，对大气和水资源造成严重的污染，因此引发的重大事件也是层出不穷，公众早就对造纸业的污染怨声载道。河北省任丘市、安新县境内，素有“华北明珠”之称的白洋淀发生鱼类大面积死

17、亡。这一事件引起了国家环保总局和当地政府的高度重视，经过调查，污染源头直指白洋淀上游漕河岸边的造纸企业。由于当地造纸业发展迅速，污水排放量大幅度增加，加上部分企业环保意识淡薄，违规排放污水的情况相当严重。保定市新市区所辖28家造纸企业有27家外排污水不能实现稳定达标，每天有近十万吨污水只经过简单处理就直接排入河道，因此才导致白洋淀死鱼事件的发生。无独有偶，4月10日晚，内蒙古自治区巴彦淖尔市遭遇强风暴袭击，乌拉特前旗污水暂存池内的1050万吨造纸及城市生活污水直接冲击黄河防洪大堤。当地政府下令掘堤泄污保护黄河大堤，污染指数严重超标的工业污水造成附近1000亩耕地淹没，57户村民直接受灾。后经调

18、查，乌拉特前旗塞外星华章造纸公司、美利北辰造纸集团两家企业长期超标排污，未按国家达标排污规定和污水暂存池设计及环评进水要求，而将严重超标的造纸废水直排污水暂存池，造成污水暂存池水质严重超标。这两次事件之后，各类媒体加大了对造纸业口诛笔伐的力度，大有向群众疾呼造纸业“狼来了”的趋势。有的媒体甚至指出，“目前暴露出来的造纸企业污染问题只是冰山一角，在各种利益关系的掩盖下，还有更多的重污染造纸企业在违规生产和排放。长此以往，造纸工业将在环境上断送我们的未来。”这不是耸人听闻，据国家环保总局统计，2004年全国41个行业工业废水排放总量为221.1亿吨，其中造纸业废水排放占总量的14.4%，仅次于化工

19、制造业，位居第二；而按COD（水中主要污染物化学耗氧量）排序，造纸业COD总排放量高达168.2万吨，占全国工业排放量的33%，位居第一。“十五”期间，我国有两项环保控制指标没有完成，COD便是其中之一。据初步统计结果显示，2005年全国COD排放总量1413万吨，与“十五”提出的1300万吨的总量控制目标相差113万吨，仅比2000年减少了2%，未完成削减10%的控制目标。环境科学院专家表示，“十五期间产业结构调整未达到预期目标是COD总量控制不力的首要原因。造纸工业是排放COD的重点行业，草浆造纸是污染水环境的主要原因。我国纸及纸制品2005年产量几乎比2000年翻了一番，同时污染治理设施

20、没有能够完全及时配套，造成占全国工业COD排放总量半数以上的造纸行业的排污总量没有得到有效控制。”由此可见，造纸工业污染已经成为我国水污染的重要源头，并且成为我国环境污染控制中“拖后腿”的行业。1.1.2 高耗低效在造成巨大污染的同时，造纸工业造成的资源浪费现象也很严重。造纸业本身是资源消费型产业，造纸工业对森林资源和水资源的大量消耗也让人忧心忡忡。虽然就目前的情况来看，我国造纸工业的木浆消耗量所占的比例不是很大，但是由于我国的纸浆需求基数大，且木浆的消耗量也在逐年大幅度增加，因此造纸工业在原料上对森林资源的需求也不容忽视。目前，造纸工业是木材消耗量最大的森林工业。以2005年为例，我国纸业进

21、口木浆为759万吨，占木浆消耗量（1144万吨）的66.35%，占纸浆总消耗量（5200万吨）的14.6%，而国产木浆仅为355.68万吨，仅占木浆消耗量的31.1%和纸浆总消耗量的6.84%。按照国家发改委制定的规划，到2010年要使我国木浆自给率达到15%，木浆产量达到750万吨，需消耗木材3700万立方米；到2020年，如果达到国际上50%以上的木浆比例，要消耗木材1.2亿立方米。这一规划意味着造纸业对我国林木资源的消耗将逐年大幅度递增。但是我国的森林资源非常缺乏，按照现在的发展速度，显然满足不了造纸业的需要，因此木浆供应主要依赖进口。按照目前中国纸业的增长速度，用不了几年全世界木浆净出

22、口量都将全部用于中国，显然，这不现实。这样大的森林木材需求量，不要说我国本来就匮乏的森林状况无法满足，对于全球森林资源的威胁也日益俱增。在我们注意造纸工业对森林资源大量消耗的同时，还必须看到，造纸工业对水资源的消耗也不容忽视。以我国目前的技术水平，每生产一吨纸，平均耗水量高达100吨，是世界先进水平的3倍以上。而我国每年生产数千万吨纸所消耗的水就将达到数十亿吨，这个数字对本已岌岌可危的水资源来说，不得不引起我们的注意。从资源消费的角度来看，如果我国造纸工业不从根本上改变目前的生产结构和发展模式，中国纸业所面临的也许不仅仅是原料枯竭问题，而很可能会引发一场波及到其他行业的生态危机。1.2 造纸中

23、段废水的产生造纸废水主要有3个来源：制浆废液，中段水，纸机白水：制浆是把植物原料中的纤维分离出来，制成浆料，再经漂白；抄纸是把浆料稀释、成型、压榨、烘干，制成纸张。这2项工艺都排出大量废水。制浆产生的废水，污染最为严重。洗浆时排出废水呈黑褐色，称为黑水，黑水中污染物浓度很高，BOD高达540 L，含有大量纤维、无机盐和色素。洗涤漂白过程中产生的中段水水量最多，污染物质有较高浓度的木质素、纤维素和树脂酸盐等较难生物降解的成分，且色度深。抄纸机排出的废水，称为白水，其中含有大量纤维和在生产过程中添加的填料和胶料。打浆机和精浆机生产过程中排放的的废水，是排掉黑液以后的蒸煮浆料在洗涤、筛选、漂白以及打

24、浆等工序中所排出的废水，也被称为打浆废水或中段废水，这部分废水的排放量比较大，平均每年生产1t纸浆需要排放中段废水50200t。制浆中段废水中的污染物组成与黑液比较相似，但浓度远远低于造纸黑液，中段废水引起的污染负荷约占造纸废水总污染负荷的8%9%，主要含一些木质素、纤维素及有机酸类物质，PH在69，COD浓度为12003000mg/L，BOD在4001000mg/L，SS为5001500mg/L。 由于这些化合物的生物降解很慢，生化处理效果较差，二级生化法中最多可去除废水中30%的色度，也有一些生物处理法实际上还会增大废水的色度。有色废水给人以不愉快感，色度成分表明废水中含有许多溶解成分，排

25、出环境后又使天然水着色，减弱水体的透光性，影响水底植物的光合作用和水生动物的生长繁殖，因而有效地进行脱色处传质系数，结果表明：A-a传质系数最大，传质效果最佳；A-b随液速增大，传质系数增大，同时气-液在喷嘴口上混合较充分，故液速高时传质系数较高；B-a状态气体浮升力与液体喷射动力相互作用，故液速高时传质较好，而气速对传质系数影响不大；B-b传质效果很差。2.1 内循环生物三相流化床的工作原理内循环生物三相流化床是近10年来发展起来的一种新型好氧流化床反应器，一般由反应区、脱气区和沉降区组成。反应区由同心的内筒和外筒圆柱组成，载体填充在反应区内，微孔曝气装置在内筒的底部。 当压缩空气由曝气释放

26、进入内筒（升流筒）时，由于气体的推动作用和压缩空气在水中的裹夹与混合作用，水与载体的混合液密度减小而向上流动，到达分离区顶部后大气泡逸出，而含有小气泡的水与载体混合物则流入外筒（降流筒）。由于外筒含气量相对减少导致密度增大，混合液在内筒向上流，外筒向下流而构成内循环。内、外筒混合液的密度差正是循环流化的动力。由于载体处于循环流化状态，从而大大加快了微生物和废水之间的相对运动，强化了传质作用；同时又可有效地控制生物膜的厚度，使其保持较高的生物活性。污水被处理后经沉降区分离沉降后通过出水堰排出。设废水在池内的停留时间，根据平均流量则池内的废水量 设计用沉淀池的实际容积为 取有效容积 取池子的有效水

27、深 纵向隔板间距取1m取沉淀池的平面面积 取沉淀池的宽度 ，则其长度 取沉淀池的超高为因此，选用沉淀池一台，尺寸为为长2.5m,宽2m,高1.6m；采用钢筋混凝土结构，储存污泥量达到一定程度时排放。由于本次设计的流量较小，故设置1个沉淀池。2.4.4 污泥池暂时贮存污泥用，储存污泥达到一定量即排放。因为污泥较少；故可设计尺寸为5.0m4.0m2.5m。采用地下钢筋混泥土结构。2.4.5 机房机房内设置供用的空压机和污泥泵，采用防噪声百叶窗，门采用防噪声门，机房面积50m2。地上砖混结构。2.4.6 主要设备：1三相内循环流化床1台，其结构参数见第三章结构设计部分。2泵选用污水泵共4台，2用2备

28、。中段废水日处理量为50m3/d，折合为2.1m3/h,H=3m.选择污水泵（PW）型号：11/2PW30。它的主要性能参数如表2-7： 4. 反应器的有效容积：反应器中所需装填的载体多少由参数给定，为载体的总质量（kg）。选取以后载体的体积为： 对于本设计我们取载体质量 床层的体积（即反应器的有效容积）由下式确定： 图310流化床支座四川理工学院毕业设计第4章 载体的选择4.1 载体的主要作用在传统废水生物处理中，微生物的生存环境是气、液两相，而在生物流化床反应器中，由于介质载体的加入，使得微生物生存环境转变为气、液、固三相。这种转变影响着微生物的生长、繁殖、脱落和种群分布。从量的角度看，系

29、统内的微生物量和种类都大大增加。从质的角度看，系统内的载体的加入为世代时间较长的硝化菌和亚硝化菌繁衍、增殖提供了有利条件，从而增强了系统的脱氮能力。在生物流化反应器中，载体处于流化状态，这不仅增加了污废水与生长于载体上的生物膜的接触面积，而且载体在流化过程中具有切割、分散气泡的作用，使布气趋于均匀，由此产生的固、液、气三相的充分接触、混合和碰撞，增大了传质面积，提高了传质速率，强化了传质过程。此外，载体上老化的生物膜在气流、水流的冲刷作用下将自动脱落，从而有效地保证了生物膜的活性。4.2载体的种类及其应用现状应用于生物流化床处理废水中的载体的种类很多，按其组成成份，主要分为无机类载体和有机类载

30、体。无机类载体中常用的有砂粒、无烟煤、焦炭、石英砂、陶粒、沸石和活性炭等，粒径一般在0.61.0mm之间，因而具有巨大的比表面积，机械强度也较好，但比重较大，不易于流化。其中活性炭是目前研究和应用最为广泛的载体。谢澄等在采用内循环三相生物流化床处理含氯漂白废水的试验研究中，选用径为0.32mm的颗粒活性炭为载体，COD 和BOD的去除率均达到70%以上。蒋锋等在生物流化床处理含硫污水的试验研究中，对作为载体的粗粒和细粒活性炭的处理效果进行比较研究。结果表明，细粒活性炭处理净化水的效果较好，COD和硫化物的去除率可达到80%以上。Pruden等在研究以颗粒活性炭为载体的好氧生物流化床处理含有苯及

31、其同系物的化工废水时发现，该反应器对苯及其同系物有较高的去除率，并具有一定的抗冲击能力。由于无机类载体普遍存在密度较大，需要较大的动力才能达到流化状态。而且对于沸石和活性炭这类载体，还存在着价格过高等缺点。近年来，随着新型合成材料工业的发展，一些高强度、多孔隙的有机悬浮载体相继研究和开发成功。这种载体多由聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫等特制塑料或树脂制成，并具有不同的表面性质，形状多为球状和柱状，尺寸一般在25100mm之间，比重接近于水，在反应器中可随曝气搅拌悬浮于水中并均匀流化，能耗较低，是载体的发展趋势。4.3影响生物载体的因素4.3.1载体物理性能的选择及其影响(1)载体粒径：

32、研究表明,粒径的大小与临界流态化速度有关。对于同种材质的载体，粒径不同，有不同的临界流化速度，因而有不同的能耗。粒径决定单位体积表面积，在相同的条件下，可决定单位体积内生物量的多少，粒径越小，比表面积越大，微生物量相对增大，因而生化效果好。但粒径过小，在一定的流速下，床层膨胀率较大，单位体积中所含的微生物量反而减小；而且粒径太小时，颗粒间的生物膜易被菌胶团等粘聚合并，影响载体的生化效果；而且操作条件难以控制，生物颗粒易随水流出床外，造成载体流失。另外载体粒径太小容易堵塞管道，使操作难度加大。因此，载体颗粒并不是越小越好。一般认为，粒径以0.510mm为宜。载体还对生物膜厚度产生影响。研究表明，

33、对于不同粒径的载体，都有一最佳的膜厚存在。载体粒径过小，不能达到最佳膜厚；粒径过大，会导致载体间碰撞几率增大而使得生物膜变的薄而致密。(2）级配：粒径分配也是载体选择的一个重要方面，如果粒径差别过大，将难以寻求到合适的表观颗粒速度以保持良好的流化状态。为使床内生物量的分布趋于合理，最理想的情况是采用大小完全一致的载体，尽管在实际中难以做到载体颗粒完全均匀，但是在选择载体时，粒径分配越均匀越好，最大直径与最小直径之比应不大于2为宜 。(3）形状：首先，载体形状直接与空隙率有关，因而影响床层的流化;其次，形状不同的颗粒，沉降速度也有区别，而且颗粒的形状直接影响生物膜在其表面的分布。根据Richar

34、dson-Zaki方程和实际应用经验，应尽量选用近球形载体，且载体表面应有足够的粗糙度，有利于生物膜附着。(4） 载体密度：载体的密度对于流化床系统的运行是一个必须考虑的因素。载体对曝气强度长生影响。载体密度过大，造成载体悬浮困难，因而能耗高；但载体密度过小，又不易于载体的流化。密度接近1的载体在正常曝气强度下极易全池流华，能耗较低，是理想的选择 (5-2)这里假设N与X成正比。 对方程(5-1)取积分，并将零时的生物量浓度称为X0，则： (5-3)因此倍增时间td(即时的时间t)是： (5-4)这一简单模型对细菌及酵母大部分是正确的。当用霉菌(线性生长代替指数生长)和哺乳动物细胞(细胞数增加

35、而非以g/L计算的生物量)特有所不同。在指数生长后的减速生长期通常是由于一种或多种必需营养物的耗尽或抑制性产物或副产物的积累所造成。如果是由于基质耗尽而出现成速生长期，则有一方程已被成功应用于大量的场合，被称为Monod方程： (5-5)式中：max在特定基质下最大比生长速度； KS饱和常数；当基质浓度，时，max2。这个方程是半经验的，而实际上的KS值也是很小的。当有毒性代谢物积累时，很多产物抑制模型可以被使用。但是，一个半经验的逻辑方程已被成功应用于很多场合： (5-6)式中rx反应速率；k常数。应该注意到，方程中唯一变量（除时间外）就是生物量X，取其积分形式，令X(0)X0,则得到一逻辑

36、曲线： (5-7)丝状生物如霉菌等，在悬浮培养时经常形成微生物小球。小球内部生长的细胞受到扩散抑制，因此，霉菌的生长模型通常包括大颗粒（类似包埋或凝胶固定化细胞）中颗粒内的同时扩散和营养消耗。丝状细胞也可以在潮湿的固体表面上生长，这种生长通常时一个复杂的过程，它包括生长动力学、营养的扩散和有毒的代谢副产物。而对于单独生长于液体培养基中的菌落，这些复杂过程的部分可以被忽略。对于霉菌生长的方程， 一般来讲Qw将大于进水流量Q进，这时应计算数所需的回流比r： (6-5) （3）根据气和水的流量，由 计算射流器所需背压Pc。计算流动阻力时应考虑导流动主题是气体呈雾状分布的气液两相流。P2应由反应器中所

37、填加的载体数量进行计算。 (6-6)式中：载体的真密度（Kg/m3）；所填加的载体的真体积（m3）；重力加速度，；反应器内径（m）；床层压力降（MPa）。确定以后，工作水压力由下式给出： （6-7）根据和的大小，选择曝气泵。由于选用了活性碳作为载体，它的真密度为1.21g/cm3,平均粒度为3mm，载体的投加率为10%。喷嘴前进水管直径：，进气管直径：，扩压管直径：，吸气室的直径：，根号内一般取35；计算得到： 图6-6 曝气器的固定示意图 图6-7 曝气器的支撑圈结构示意图 19第7章 旋流器的设计水力旋流器是一种用途十分广泛的分离设备，其工作原理和基本设计的提出已经有一百余年历史，但在近半

38、个世纪以来才被有效地用于工业生产。开始主要用于矿业，后来又逐渐在化工、石油、医药、环保、造纸、纺织等行业获得成功应用，甚至可作颗粒传感器。7.1液体在水力旋流器内的运动7.1.1液体流动模型液体在旋流器中流动存在四种形式：内旋流、外旋流、短路流和循环流。此外，空气柱和零速包络面也是两个重要的特征。切向给入的流体在水力旋流器内同时形成两种基本的同向旋转液流：向下的外旋流和向上的内旋流（如图7-1所示）。外旋流在接近顶锥处分为两部分，一部分继续向下经底流口排出，另一部分转而向上进入内旋流。在溢流管下端附近，外旋流和内旋流之间产生循环流（也称闭环涡流）。除上述流动形式外，还有短路流（也称盖下流），它

39、是由不经分离作用而直接经旋流器盖下表面及溢流管外壁面儿进入溢流部分给料所构成的。在水力旋流器的轴线附近，由于静压头很低而离心力又很大，以至液体涡核不能存在，于是空气沿底流口进入并在轴心除形成一个上升的旋转气流，简称空气柱。 7.1.2液体流动速度分布1）、切向速度：在低于溢流管下缘的不同水平面上，切向速度随半径减小而增加，直至小于溢流管出口半径的某一给定值为止。 图7-1液体在旋流器内的流动模型半径进一步减小，切向速度降低并与r成正比，这种关系一直保持到空气柱为止。 在高于溢流管下缘的不同水平面上，在较大半径出v便不再随半径减小而增加。2）轴向速度沿圆柱体和锥体部件的气壁有一股高速下降的液流。

40、这股液流能将已分离的颗粒送至底流口，所以对旋流器的操作极为重要。下降液流可部分地被中心区的上升流平衡，这取决于底流和物量通量比。水力旋流器内有一很好确定的零竖直速度的轨迹，与水力旋流器的外形相似。在高于溢流管下缘的不同水平面上，最高下降速度仍出现在器壁附近。介于旋流壁与溢流管之间的一些半径处，轴向速度是向上的。在溢流管周围，可观测到高速下降的液流。这是沿水力旋流器顶部向内流动的器壁诱导流造成的。3）径向速度径向速度是向内的，并随半径减少而降低。径向速度的径向位置是未知的。在高于溢流管下缘的不同水平面上，可能有向外的环流。但水力旋流器平顶附近却有向着溢流管根部的很高的向内的径向速度，因此导致沿溢

41、流管外壁下降得短路液流。7.1.3固体颗粒在水力旋流器内的运动固体颗粒进入水力旋流器后，其运动速度依其所受作用力的关系而定。颗粒越细或固液两相密度差越小，颗粒的运动轨迹与流线越接近，这样的颗粒越是难以从液相分离出来；较粗的颗粒则由于所受离心力足以使其进行离心沉降，于是与液相之间产生相对运动而得以实现两相分离。颗粒在旋流器内分布有径向速度分布、轴向速度分布、空间分布几种。颗粒的径向速度与液流具有相似的规律。颗粒的轴向速度在锥段下部，与液流的轴向速度分部一致；但在锥段上部，两者之间存在较为重要的差异，即颗粒的轴向速度分布出现了两个轴向零速包络面，两个包络面之间的“低速区”使进入该区的颗粒只能沿径向

42、向内进入内旋流，难以达到锥顶实现分离。颗粒的空间分布随回转半径的增大，颗粒粒度相应增大。7.1.4悬浮液浓度的分布旋流器内悬浮液的最大浓度并非出现在器壁处，而是在固体颗粒的轴向零速包络面附近，这是由于包络面附近颗粒的合速度最小，从而颗粒有聚集的趋势。7.2水力旋流器的主要工艺指标7.2.1处理能力处理能力是水旋流器设备选择的基本依据和工艺控制的关键参数之一。7.2.2分离粒度在分离过程中，若某一粒度的颗粒进入底流和溢流的几率相等，则该颗粒的粒度就是分离粒度。可依据平衡轨道理论、停留时间理论、群集理论和两相湍流理论推导其公式。7.2.3分离效率和分离精度分离效率：在实际分离情况下溢流中某一粒度物

43、料的增加量与理想分离情况下溢流中该粒级物料增加量之比；增加量是溢流中被计算级别物料的含量与给料中该级别物料含量之比。分离精度：分离精度是衡量分离精确性的数量指标，即：分离效率曲线上对应分离粒度处切线的斜率。7.3水力旋流器的优缺点7.3.1水力旋流器的优点1）功能多，分离效率高：水力旋流器可根据实际应用的需要在不同场合下使用。目前已经研制出气-液-固三相分离用水力旋流器，可同时将液体中的气体和固体杂质分离出。在气-固分离方面，用于去除气体中的粉尘的旋风分离器早已使用多年。水力旋流器在应用中分离效率可达90%以上，用途十分广泛。2）结构简单：水力旋流器内部没有任何需要维修的运动件、易损件和支撑件，也无需滤料。其结构与容器十分相似，管线连接、阀门控制可实时操作。成本低，在处理量相同时只相当于其他分离设备的几分之一，