水处理反应器
MBR
MBR在生活污水处理中的应用学习了一段时间膜与水处理技术的课程对于膜技术这在与水处理的领域有一些的了解了.1 MBR的定义MBR（MembraneBiologicalReactor）即膜生物反应器，是应用于水处理中的膜生物处理技术，通过将膜分离技术和废水生物处理技术组合而成的系统。
MBR主要由生物反应器和膜组件两部分组成，此外还有池体、鼓风曝气系统、泵及管道阀门仪表等相关辅助组成部分。
MBR工艺的分类膜生物反应器主要是由膜组件和生物反应器两部分组成#根据膜组件与生物反应器的组合方式可将膜生物反应器分为以下三种类型:分置式膜生物反应器、一体式膜生物反应器和复合式膜生物反应器。
分置式膜生物反应器分置式膜生物反应器是指膜组件与生物反应器分开设置,相对独立,膜组件与生物反应器通过泵与管路相连接#分置式膜生物反应器 .该工艺膜组件和生物反应器各自分开,独立运行,因而相互干扰较小,易于调节控制,而且,膜组件置于生物反应器之外,更易于清洗更换#但其动力消耗较大,加压泵提供较高的压力,造成膜表面高速错流,延缓膜污染,这是其动力费用大的原因,每吨出水的能耗为2~10kWh,约是传统活性污泥法能耗的10~20倍,因此能耗较低的一体式膜生物反应器的研究逐渐得到了人们的重视。
一体式膜生物反应器起源于日本,主要用于处理生活污水,近年来,欧洲一些国家也热衷于它的研究和应用#一体式膜生物反应器是将膜组件直接安置在生物反应器内部,有时又称为淹没式膜生物反应器(SMBR),依靠重力或水泵抽吸产生的负压或真空泵作为出水动力#一体式膜生物反应器工艺流程如图2所示。
该工艺由于膜组件置于生物反应器之中,减少了处理系统的占地面积,而且该工艺用抽吸泵或真空泵抽吸出水,动力消耗费用远远低于分置式膜生物反应器,每吨出水的动力消耗约是分置式的1/10。
如果采用重力出水,则可完全节省这部分费用。
但由于膜组件浸没在生物反应器的混合液中,污染较快,而且清洗起来较为麻烦,需要将膜组件从反应器中取出。
水处理设备反应器的高负荷特点
水处理设备反应器的高负荷特点IC厌氧反应器处理污水的水处理设备的IC厌氧反应器是一种高效的多级内循环反应器，是第三代厌氧反应器的典型代表，与第二代厌氧反应器相比，它具有布水均匀，容积负荷高(可达15—30kgCOD/m3·d)运行稳定，抗冲击负荷能力强、投资省、占地面积少等优点。
已成功地应用于啤酒、造纸、食品加工等行业的污水处理中。
1、布水均匀-IC厌氧反应器由于采用分区、多点、单进水管流量控制等措施，使布水更加均匀。
2、容积负荷高-由于IC厌氧反应器内循环的作用，使第一厌氧反应室不仅有很高的生物量，很长的泥龄，并且有很大的升流速度，使该室内的颗粒污泥完全达到膨胀。
流化状态，有很高的传质速率，使泥水充分混合，从而大大地提高了生化反应速率和去除有机物能力，容积负荷可达15—30kgCOD/m3·d，膨胀区水流上升速度可达10—20m/h。
3、抗冲击能力强，出水效果好IC高效厌氧反应器实际是由下部的EGSB和上部的UASB反应器重叠串联而成。
反应器中的两级三相分离器使生物量得到有效滞留。
一级(底部)分离器分离沼气和水，二级分离器(顶部)分离颗粒污泥和水，由于大部分沼气已在一级分离器中得到分离，第二厌氧反应室中几乎不存在紊动，因此二级分离器可以不受高的气体流速的影响，能有效地分离出水中的颗粒污泥，使出水效果好。
同时IC厌氧工艺在高的COD容积负荷下，依据气体提升原理，利用沼气膨胀作功在无需外加能源的条件下实现了内循环污泥回流，使第一反应区的实际水量远远大于进水量，循环水量可达进水量的10—20倍，循环水稀释了进水，提高了反应器的抗冲击负荷能力和酸碱调节能力。
4、基建投资省、占地面积少-在处理相同废水时，IC厌氧反应器的容积负荷是普通UASB的3—4倍，所需的容积仅为UASB 的三分之一—四分之一，节省了基建投资。
臭氧发生器一、臭氧发生机功能：臭氧发生机产生的臭氧气体具有较强的氧化、催化等作用，对各类细菌和病毒都具有极强的杀灭作用。
UASB反应器
UASB反应器UASB反应器,污水处理设备,水处理设备一、UASB原理UASB反应器废水被尽可能均匀的引入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。
厌氧反应发生在废水和污泥颗粒接触的过程。
在厌氧状态下产生的沼气(主要是甲烷和二氧化碳)引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维持有利。
在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的气体向反应器顶部上升。
上升到表面的污泥撞击三相反应器气体发射器的底部，引起附着气泡的污泥絮体脱气。
气泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，附着和没有附着的气体被收集到反应器顶部的三相分离器的集气室。
置于极其使单元缝隙之下的挡板的作用为气体发射器和防止沼气气泡进入沉淀区，否则将引起沉淀区的絮动，会阻碍颗粒沉淀。
包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体经过分离器缝隙进入沉淀区。
由于分离器的斜壁沉淀区的过流面积在接近水面时增加，因此上升流速在接近排放点降低。
由于流速降低污泥絮体在沉淀区可以絮凝和沉淀。
累积在三相分离器上的污泥絮体在一定程度上将超过其保持在斜壁上的摩擦力，其将滑回反应区，这部分污泥又将与进水有机物发生反应。
二、UASB反应器的构成UASB反应器包括以下几个部分：进水和配水系统、反应器的池体和三相分离器。
在UASB反应器中最重要的设备是三相分离器，这一设备安装在反应器的顶部并将反应器分为下部的反应区和上部的沉淀区。
为了在沉淀器中取得对上升流中污泥絮体/颗粒的满意的沉淀效果，三相分离器第一个主要的目的就是尽可能有效地分离从污泥床/层中产生的沼气，特别是在高负荷的情况下，在集气室下面反射板的作用是防止沼气通过集气室之间的缝隙逸出到沉淀室，另外挡板还有利于减少反应室内高由于反应器的高度推荐范围为4～6m，表2-1给出了5m高的反应器的尺寸选择的系列。
从原则上讲安排2m×5m的三相分离器的平面布置还可以有其他多种的平面配合形式如，宽度可以以2m为模数，而长度以10m为模数。
污水处理反应器
污水处理反应器引言概述：污水处理反应器是用于处理污水的设备，通过一系列的化学和生物反应，将污水中的有害物质转化为无害物质，以达到净化水体的目的。
本文将从反应器的类型、工作原理、应用领域、优缺点和未来发展等五个方面详细阐述污水处理反应器的相关内容。
一、反应器的类型1.1 生物反应器：利用微生物对污水中的有机物进行降解和转化，常见的有活性污泥法、固定床生物反应器等。
1.2 物理化学反应器：通过物理和化学的方法将污水中的有害物质去除，如吸附、沉淀、氧化等。
1.3 组合反应器：将生物反应器和物理化学反应器结合起来，以提高处理效果，如MBR反应器、生物滤池反应器等。
二、反应器的工作原理2.1 生物反应器的工作原理：通过微生物的降解作用将有机物转化为无机物，同时产生沉淀物和气体。
2.2 物理化学反应器的工作原理：利用物理和化学的方法将污水中的有害物质与介质进行分离或转化，如吸附剂吸附、沉淀剂沉淀等。
2.3 组合反应器的工作原理：将生物反应器和物理化学反应器相结合，通过微生物和物理化学方法的协同作用，达到更好的处理效果。
三、反应器的应用领域3.1 市政污水处理：用于处理城市污水，减少对水环境的污染。
3.2 工业废水处理：适用于工业生产过程中产生的废水，去除其中的有害物质，达到排放标准。
3.3 农村污水处理：解决农村地区污水处理难题，改善农田灌溉水质。
四、反应器的优缺点4.1 优点：高效处理污水，减少水体污染；可根据不同污水特性进行调整和优化；操作简单，维护成本低。
4.2 缺点：投资成本较高；对操作人员要求较高；部分反应器需要耗能。
五、反应器的未来发展5.1 提高处理效率：通过改进反应器结构和工艺，提高处理效率，降低能耗。
5.2 探索新型反应器：研发新型反应器，如膜反应器、电化学反应器等，以提高处理效果。
5.3 智能化管理：利用物联网、大数据等技术，实现反应器的智能化管理，提高运行效率和监控能力。
总结：污水处理反应器在水处理领域起着重要作用，不仅能够净化水体，还能够有效降低水环境污染。
水处理中的膜生物反应器简介
产 率或 处理 能力 ， 程 能耗 低 、 率 高 。 过 效 目前 ． 处 理 中 的 膜 生 物 反 应 器 多 用 于污 水 处 水 理 （ 量 用 于 表 面 水 ） 与 传 统 的 活 性 污 泥 法 少 ．
（ ＣＡＳ 比 ． 于膜 反 应 器 取 代 了 二 级 澄 清 池 ． 可 Ｐ） 由 这 使 污 混 停 留 时 间 （ ＲＴ） 水 力 停 留 时 问 （ Ｓ 和 ＨＲＴ） 分
接作 为 市政 用 水 或 进 一 步 处 理 作 各 种 工 业 用 水 。
１ 分 类 和 工 作 原 理
水 处 理 中 的膜 生物 反应 器 是 由生 物 反 应 器 与 微
滤 、 滤 、 滤 或 反 渗 透 膜 系 统 组 成 。 而 可 分 为 微 超 纳 因 滤 膜 生 物 反 应器 ， 滤 膜 生 物 反 应 器 … … 。 超
生 物 反 应 器 是 以 微 生 物 细 胞 或 酶 作 为 催化 剂或 可 产 生 催 化 剂 ， 行 生化 反应 和 转 化 的 装 置 ， 生 物 进 膜
幔 泡 于反 应 器 中 ， 反应 器 下 方 有 曝 气 装 置 。 空 压 机 将 送 来 的空 气 形 成 上 浮 的 微 气 泡 ， 曝 气 的 同 时 ． 使 在 又 膜 表 面 产 生 一 剪 切 应 力 ， 于膜 表 面 除 污 ． 过 液 在 利 透 抽 吸 泵 的 负压 下 流 出 膜 组 件
高 从 蜡
（ 家海洋局杭州水处理技术研究开发中心 ． 江 杭州 国 浙 ３０１） １ｌ２ ＿
中 图分 类 号 ： ＴＱ０ ８ ８ ２ ．
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ０３ ７ （ ０２ ０ ０ ００ １ ０ —７ ０ ２ ０ ） １０ ６ ３ 浸 没 式 膜 生 物 反 应 器 （Ｍ Ｂ 中 ． 组 件 直 接 Ｓ Ｒ） 膜
第二章 水处理反应器理论解读
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第三节 污水的均化
工业企业的污水量一日内多变， 24小时的流量 不同，污水处理流程要求水量水质不变，需均化 调节。
? 水质均和 －水量负荷不变，水质变化，以水质变 化为曲线，求体积，需要搅拌设施。
? 水量调节 －水质负荷不变，水量变化，以水量变 化为曲线，设计池体积，不需要搅拌。
积 累
600
400
200
0
0
6
12
18
24
时间/h
调节池的最小容积： V=V-+V+
式中：V- ，V+分别为最大负偏差和最大正偏差
二、容积计算
1．排放的水质水量具有周期性变化 t=n 时
（1）池容积
（2）出水浓度
t
w ? ? qi i? 1
t
? C m ? ciq i/w i? 1
qi－均和周期逐时变化流量 。
第二章 反应器理论基础与污水 的均化
第一节 反应器理论基础 第二节 反应效率比较 第三节 污水的均化
第一节 反应器理论基础
一、 反应器分类 按反应器内物料的形态可以分为 均相反应
器和多相反应器。 按反应器的操作情况分为间歇式反应器和
连续式反应器。连续反应器可分为活塞流反应 器和恒流搅拌反应器。
1、间歇式反应器（ CMB）：
通常把反应器的容积 V除以流量Q所得的值称为停留 时间，也称 平均停留时间 。
停留时间分布函数 E（t）：测定出口物料里示踪物 的浓度随时间的变化。
各种反应器停留时间分布函数
E(t)
E(t)
τ
t
间歇式反应器
τ
t
活塞流反应器
水处理中的新型工艺技术
水处理中的新型工艺技术随着人口的不断增长和环境污染的加剧，水资源短缺和水污染日益严重，如何高效地处理废水并回收水资源，成为了全球共同关注的问题。
在水处理领域，新型工艺技术的出现给人们带来了新的希望。
一、生物反应器生物反应器是一种能够在一定程度上模拟自然界中生物降解废物的设备，常用于污水处理行业中。
传统的生物反应器需添加大量的氧气，而且操作过程中不能保证处理效果的稳定和高效。
而新型的生物反应器应用了生物膜技术，利用生物体自身附着于载体表面，生长成生物膜，形成有效降解废物的微生物群落。
生物膜技术具有运行稳定、降解效率高等颇具优势。
二、电化学技术电化学技术是一种利用电流处理废水的技术，实现了有效去除难降解的污染物，并可回收部分金属资源。
常用的电化学技术包括电化学氧化、电化学还原、电吸附和电沉积等。
这些技术并不需要运用大量的氧气，而是利用电化学反应中电子传递和离子迁移的过程来处理污水。
电化学技术具有处理效率高、处理过程中无二次污染等优点。
三、膜分离技术膜分离技术是一种利用能量驱动力分离物质的技术，常用于水和废水的处理。
膜分离技术的原理是利用半透膜对污染物进行筛选和分离，能有效地去除废水中的悬浮物、胶体、细菌、离子等难以去除的污染物。
膜分离技术具有选择性好、稳定性高等优点。
四、生物载体技术生物载体技术是一种能够将微生物等生物体固定在某种载体上的技术，将生物体与自然或合成的支撑材料相结合，形成为生物载体材料。
生物载体材料能够提供良好的环境支持和大量的生物附着面积，使废水中的微生物成为生物载体表面微生物附着的一部分，实现了对废水的高效处理和回收。
生物载体技术具有操作简单、降解效率高等优点。
五、深度氧化技术深度氧化技术是一种利用化学氧化作用将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水的高效技术。
深度氧化技术实现了污染物的完全矿化，有机物几乎可以被氧化成无害的化合物和盐类。
深度氧化技术具有高度处理效率、处理质量高等特点。
结语新型工艺技术的出现和应用，为水处理行业带来了全新的发展机遇。
什么是膜生物反应器
什么是膜生物反应器
膜生物反应器（MBR）是一种活性污泥法与膜分离工艺相结合的新型水处理技术，主要分为一体式、分置式、射流曝气、无泡曝气等形式。
膜生物反应器的优点主要包括∶
①有机物的去除率高，出水中的悬浮物含量极低，出水水质稳定可靠。
②膜的截留作用避免了活性污泥的流失，反应器内的污泥浓度较高，从而降低了反应器的污泥负荷，提高了容积负荷，耐冲击负荷能力较强。
③由于膜的固液分离作用，活性污泥被完全截留在反应器内，实现了污泥停留时间和水力停留时间的分别控制。
由于污泥龄很长，生物反应器起到了“污泥好氧稳定池”的作用，剩余污泥量很少，且可直接脱水处理。
较长的污泥龄还有利于硝化菌的生长，提高了系统的硝化能力。
④较大的曝气量使活性污泥有很好的分散性，大大提高了活性污泥的比表面积。
反应器内独特的水力循环措施，有利于污水和活性污泥的充分接触，提高了处理效率，同时还有利于难降解有机物的彻底分解。
⑤膜生物反应器工艺省去了二沉池，并取代了三级处理的全部工艺，减少占地面积，节省了基建投资。
⑥膜生物反应器的结构简单，易于实现自动控制，操作管理方便。
污水处理反应器
污水处理反应器引言概述污水处理反应器是一种用于处理污水的设备，通过化学反应和生物降解等过程，将污水中的有害物质转化为无害物质，达到净化水质的目的。
本文将从反应器的工作原理、常见的反应器类型、反应器的优缺点、反应器的应用领域以及未来发展方向等五个方面进行详细阐述。
一、反应器的工作原理1.1 物理化学处理污水处理反应器常采用物理化学方法，如混凝、絮凝、沉淀等，通过调节pH 值、加入化学药剂等手段，使污水中的悬浮物和溶解物聚集成团，从而便于后续处理步骤。
1.2 生物降解生物降解是污水处理反应器中一种重要的处理方式，通过引入适宜的微生物群落，利用微生物的代谢活性将有机物降解为无机物，从而减少污水中的有机污染物含量。
1.3 高级氧化技术高级氧化技术是一种通过氧化剂（如臭氧、过氧化氢等）的作用，将污水中的有机物氧化分解为水和二氧化碳的方法。
这种技术具有高效、无副产物等优点，在一些特殊的污水处理领域得到广泛应用。
二、常见的反应器类型2.1 曝气池曝气池是一种常见的生物降解反应器，通过向污水中注入氧气，提供充足的氧气供给，促进微生物的生长和代谢活性，从而加速有机物的降解速度。
2.2 活性污泥法活性污泥法是一种利用活性污泥微生物对污水进行处理的方法，通过悬浮污泥颗粒中的微生物，将有机物降解为无机物，同时还可以去除污水中的氮、磷等营养物质。
2.3 膜生物反应器膜生物反应器是一种结合了生物降解和膜技术的处理设备，通过膜的过滤作用，将污水中的悬浮物和微生物分离，从而实现高效的净化效果。
三、反应器的优缺点3.1 优点反应器能够高效地处理污水，减少水体污染，保护环境。
反应器具有灵活性，可以根据不同的污水特性进行调整和优化。
反应器的处理效果稳定，能够长期保持较高的净化水质。
3.2 缺点反应器设备投资较大，运行维护成本也较高。
反应器处理过程中产生的污泥处理需要专门的设备和工艺。
反应器的处理效果受到温度、pH值等环境因素的影响。
mbr膜生物反应器的工作原理
mbr膜生物反应器的工作原理MBR膜生物反应器是一种将膜技术与生物反应器相结合的新型水处理设备，具有高效、节能、稳定等优点。
其工作原理是通过生物反应器与膜分离技术相结合，实现废水的高效处理和固液分离。
MBR膜生物反应器的工作原理可以简单分为两个步骤：生物反应和膜分离。
首先是生物反应步骤。
废水进入生物反应器，其中含有大量的有机物和氨氮等污染物。
在生物反应器内，通过添加特定的微生物菌群，利用这些微生物的代谢能力，将有机物和氨氮等污染物降解为较低的水平。
这个过程中，微生物菌群通过吸附、生物降解等作用，将废水中的污染物转化为生物体和气体等物质。
接下来是膜分离步骤。
在生物反应器中，通过一种特殊的膜分离技术，将废水和微生物菌群分离开来。
这个膜通常是一种微孔膜，其孔径非常小，可以有效阻止微生物菌群的通过，同时允许水分子和溶解在水中的溶质通过。
这样，废水中的微生物菌群被截留在生物反应器的一侧，而经过膜的水则进入下一个处理阶段。
通过这样的生物反应和膜分离步骤，MBR膜生物反应器可以实现废水的高效处理和固液分离。
它能够有效去除废水中的有机物、氨氮、悬浮物和微生物等污染物，使废水达到排放标准。
与传统的活性污泥法相比，MBR膜生物反应器具有更高的处理效率和更好的稳定性，可以适应不同水质和处理规模的需求。
MBR膜生物反应器还具有一些其他优点。
首先，由于膜的存在，反应器内的微生物菌群可以有效保持稳定，不易被冲刷或剥离，从而增加了系统的稳定性。
其次，MBR膜生物反应器的处理效果稳定，出水水质优良，可以用于对水质要求较高的场所，如饮用水厂和医药工业等。
另外，MBR膜生物反应器还具有较小的占地面积和灵活的运行方式，可以根据实际需要进行模块化设计和布置。
MBR膜生物反应器通过生物反应和膜分离两个步骤，实现废水的高效处理和固液分离。
它具有高处理效率、稳定性好、出水水质优良等优点，是一种应用广泛的水处理设备。
随着膜材料和膜分离技术的不断发展，MBR膜生物反应器在水处理领域的应用前景将更加广阔。
生态厕所水处理设备用膜生物反应器技术资料下载
生态厕所水处理设备用膜生物反应器技术资料下载一、概述：水处理设备用膜生物反应器技术是20世纪末发展起来的革新性的污水处理与回用技术, 是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术。
它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质截留住.省掉二沉池，生化池中的活性污泥浓度因此大大提高，水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)可以分别控制，而难降解的物质在反应器中不断反应、降解。
因此大大强化了生物反应器的功能，可直接将污水处理后达到回用水水质标准，而且出水水质、处理容积负荷高，装置占地面积小。
剩余污泥产量少。
操作管理方便，易于实现自动控制等是传统污水处理工艺所无法比拟的优点，是一种高效、经济的污水资源化技术。
与传统技术相比膜生物反应器占地面积相当于传统技术的1/3、运行费用降低1/3、系统抗冲击能力强、适应范围广、自动化程度高、无需专人管理、运行稳定可靠、出水水质优于国家规定的回用水标准且水质稳定，是传统污水处理工艺的升级替代产品。
在出水水质方面，膜生物反应器达到了其他生物处理方法无法达到的高水平，对于城市污水，出水水质直接满足我国回用水标准。
对于高浓度有机废水，出水水质达到国家一级排放标准。
在系统自动化程度方面，实现无人操作。
在运行费用方面，对城市污水，在满足回用水标准下吨水处理成本小于1元人民币。
处理效率：BOD、COD去除率95%以上，SS去除率99%以上，铵氮去除率90%以上。
二、工艺原理：膜组件是膜生物反应器的核心部件 , 来自调节池的污水在反应器内经过好氧微生物降解后通过膜片，由于膜片的孔径为0.2 — 0.4 μ m, 可以有效去除水中的有机物、微生物、颗粒杂质、悬浮物等。
高效地固液分离将废水中的悬浮物质、胶体物质、生物单元、流失的微生物菌群与已净化的水分开，微生物菌群始终保持在膜生物反应器内，高微生物浓度又大大提高了容积负荷和处理效率，降低了运行成本。
由于把膜与生物反应池集成于一体，大大缩小了设备的体积和占地面积，反应器在高容积、低污泥负荷和长泥龄下运行，可实现剩余污泥微量排放，减少投资成本，同时膜生物反应器还可以完全实现系统的自动化和智能化。
水处理反应器理论
3.5.2 计算化学反应的转化率 1 转化率 经过一定的反应时间以后，已反应的反应物分子数 与起始的反应物分子数之比。如果反应前后总体积 没有变化，其转化率可以用反应物浓度的变化来计 算，即 (c A c A )V c A c A xA （3—53） cA /V cA 式中 x A —转化率； V —反应前后的总体积； c A —t=0时A的浓度； c A —t=t时A的浓度。
3.2.2质量传递 传递机理可分：主流传递；分子扩散传递；紊流扩散传递。 1.主流传递 物质随水流主体而移动，称主流传递。它与液体中物质 浓度分布无关，而与流速有关。传递速度与流速相等， 方向与水流方向一致。 2.分子扩散传递
或[质量单位/面积/时间] DB——分子扩散系数，单位：[面积/时间] Ci——组分I的浓度，单位：[摩尔/体积]或[质量单位/ 体积] x——浓度梯度方向的坐标
计算化学反应的转化率 1 转化率 经过一定的反应时间以后，已反应的反应物分子数 与起始的反应物分子数之比。如果反应前后总体积 没有变化，其转化率可以用反应物浓度的变化来计 算，即 (c A0 c A )V c A0 c A （3—53） xA
c A0 / V
c A0
式中
x A—转化率； V —反应前后的总体积； c A —t=0时A的浓度； c A —t=t时A的浓度。
• 间歇式、活塞流反应器和恒流搅拌反应器的比
较：（从流动形态、停留时间、反应速度、反 应物浓度比较） 间歇式反应器 停留时间向等，浓度相等 活塞流反应器 停留时间相等，反应速度、浓度沿管长变化 恒流搅拌反应器 反应速度不变。 恒流搅拌反应器串联 在级内是充分混合的，级间是不混合的
物料在反应器内的流动模型
dCi ， dt 0，则：
超声波反应器在水处理设备中的应用
超声波反应器在水处理设备中的应用
超声波反应器是指有超声波引入并在其作用下，进行化学反应的容器或系统，它是实现声化学反应的场所。
水处理设备中常用的超声波反应器，一类是液哨式，它是利用机械办法产生超声波;另一类是利用机电效应来产生超声波，包括清洗槽式、变幅杆式、杯式和平行板式。
现在社会的水资源遭受很严重的危害，使得人们不敢直接使用自然界中的水，生活或者工业上的水，必须通过专业的水处理设备才能放心的使用。
目前水处理的工艺一般是混凝、沉淀、澄清、过滤和消毒。
常规水处理工艺主要是出去水中的水中的悬浮物、胶体杂质、细菌等，通过以上方法，一般可以达到净化水质的目的。
但是，溶解性有机物的存在使上述常规工艺对原水浊度的去除明显降低，而且常规处理工艺对于水中的溶解性有机物的去除能力明显不足。
深度水处理技术是在饮用水常规处理工艺的基础上，去除水中溶解性有机物和消毒副产物，从而有效提高和保证饮用水质量的一系列新型技术。
已经有很多技术在实际生产中应用，取得了较好的效果。
利用超声波技术进行水处理，将水中有机物转化为CO2、H20、无机离子和有机酸等，具有少污染或无污染、设备简单和伴有杀菌消毒功效等优点。
配合其他设备使用，效果更好。
电子束辐照水处理反应器的CFD模拟与优化
电子束辐照水处理反应器的CFD模拟与优化丁瑞;茅泽育;王建龙【摘要】The EB reactor (electron beam water treatment reactor) in the form of nozzle jet with relatively large treatment capacity is selected as the research object in this paper. By means of the computational fluid dynamic (CFD) method, both the hydrodynamic behavior and the influence of the EB reactor configuration on the flow velocity uniformity at the reactor outlet are studied, in order to achieve even distribution of flow velocity at the reactor outlet. The results are therefore used to optimize the configuration of the reactor. The study results for the primary EB reactor indicates that there are mainly three key configuration parameters affecting the hydrodynamic behavior of the reactor, including the diameter the reactor inlet, length of the horizontal contraction part and pattern of the bending part. The larger the reactor inlet diameter is and the longer the length of the horizontal contraction part is, the more uniform the velocity distribution of the reactor outlet will be. The optimal reactor configuration parameters are determined as follows: the dimeter of the reactor inlet is 0.2m, the length of the horizontal contraction part is 0.45m, and the configuration of the bending part should fit the flow velocity direction. The numerical simulation results indicate that the hydrodynamic conditions of the optimal reactor are greatly improved, and the flow velocity of the reactor outlet is evenly distributed. Physical model experiment verified the simulation results.%以处理量较大的射流式电子束辐照水处理反应器为例,运用计算流体力学方法,以反应器出口水流流速分布均匀为目标,对反应器内部水流的水动力特性及反应器构型对出口水流流速分布均匀性的影响进行了研究,并据此优化反应器的构型.研究结果表明,影响反应器水动力特性的关键构型参数为反应器进口管径、反应器水平收缩段长度和反应器弯曲段构型.反应器进口管道直径越大、水平收缩段长度越大,则反应器出口水流流速分布越均匀.最终确定最优反应器的构型参数为:进口管径0.2m,水平收缩段长度0.45m,反应器弯曲段构型贴合水流运动方向.计算结果表明,最优反应器的水动力条件得到极大改善,反应器出口水流流速分布非常均匀.物理模型试验验证了最优反应器出口水流流速分布的均匀性.【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2017(037)003【总页数】9页(P980-988)【关键词】电子束辐照水处理;反应器流体力学特性;计算流体力学;反应器优化;构型参数【作者】丁瑞;茅泽育;王建龙【作者单位】清华大学水利水电工程系,北京 ,100084;南京水利科学研究院,江苏南京 ,210029;清华大学水利水电工程系,北京 ,100084;清华大学核能与新能源技术研究院,北京, 100084【正文语种】中文【中图分类】X703近年来,电子束辐照技术在水处理领域已得到了发展与应用[1-2].电子束辐照处理污水的原理是:水体接受辐照的瞬间发生辐射水解反应,产生3种活性粒子(羟基自由基⋅OH、水合电子和氢自由基⋅H)与污水中的各种污染物发生物理、化学反应,从而达到净化污水的目的[3-4].电子束辐照水处理效率高,尤其适用于传统水处理方法难以去除的有机污染物的降解[5-6].目前国内外对运用电离辐射技术处理不同类型污水的生物和化学效应,已有深入的研究[7-9],而对电子束辐照水处理反应器流体力学特性的研究较为薄弱[10].流体是水处理反应器中物质和能量传递的主要载体,反应器内的流动特性直接影响和制约反应器的处理效率[11-12].电子束下水流的水动力特性直接决定了水流吸收剂量分布的均匀性,从而决定了电子束辐照水处理的效率.目前对电子束辐照水处理反应器的研究主要采用试验方法简单测量水流的平均流速与厚度[13-25],忽略了水流细部的水动力特性,缺乏系统的对反应器流体力学特性的研究,从而影响和制约了电子束辐照水处理的效率.运用计算流体力学方法可以较为准确和方便的获取水流细部的水动力特性,计算流体力学在氧化沟、流化床、紫外灯消毒等水处理反应器研究与优化方面已得到了广泛应用[26-29].然而,在电子束辐照水处理反应器领域,至今没有相关研究.根据水流流动方式的不同,可将电子束辐照水处理反应器分为瀑布式[15-16]、喷雾式[17-18]、上流式[19-20]、射流式[21-24]和折流式[25]反应器五种类型.根据电子束穿透深度小、扫描宽度大的特点,电子束下水流应是宽度大的薄层水流[15].为使水流吸收剂量分布均匀,水流在电子束下的停留时间应均匀分布,即电子束下薄层水流的厚度与流速应均匀分布.射流式反应器处理量较大,水平射出的水流相对比较容易形成厚度与流速均匀分布的薄层水流,其形态取决于反应器内部水流的水动力特性及反应器本身的构型.本文采用计算流体力学的方法建立三维水动力学模型,研究射流式反应器内部水流的水动力特性,以反应器出口水流流速分布均匀为目标对反应器构型进行优化.1.1 数值模拟反应器的构型反应器出口应为狭长矩形,以形成宽度大、流速与厚度均匀分布的薄层水流;反应器进口应为圆形管道,以方便与进口管道对接.因此,水流从反应器进口到出口,需经历扩散和收缩的过程.过流断面增大引起的水流扩散,容易导致水流流速分布不均匀;而过流断面减小引起的水流收缩,使得流速分布相对均匀;因此反应器应先将进口管道断面扩大,然后平滑且缓慢的收缩断面直到形成狭长矩形截面的出口.由于重力的作用,水流经反应器由下往上流动,容易形成流速较小、紊动强度较弱且更稳定的水流.此外,反应器的过流断面应避免突然的变化.基于以上流体力学的基本原理,与至今对射流式反应器的研究[21-24],确定反应器的初步构型如图1所示.为满足电子束穿透深度和扫描宽度的要求,反应器出口设计厚度 H = 4mm,出口宽度 B = 1.5m,反应器出口水流的设计流速V = 4m/s.确定初始反应器进口管道直径d = 0.12m.1.2 控制方程反应器内部水流运动过程中不可压缩,其流动可用不可压缩的连续方程和动量方程描述:式中:ρ为流体密度;u为流速;p为压强;f为质量力;ν为运动粘性系数.采用雷诺时均方法(RANS)求解控制方程,即将控制方程中的各物理量U用平均值和脉动值U′表示(即求解时均化的雷诺方程.在求解雷诺方程过程中,除了时均项,还产生了脉动流速的相关项又称为雷诺应力.为了求解雷诺应力项以封闭方程组,采用紊流模型:式中:为紊动动能,为紊动耗散率,为紊动粘度,为由平均速度梯度引起的压力生成项,模型中相关常数取值为1.3 边界条件为了求解以上封闭的方程组,需要给出合适的边界条件.反应器壁面采用无滑移壁面边界条件;反应器管道进口采用流速进口边界条件,即给定进口的平均流速,进口流速由设计流量和进口断面面积计算得出;出口边界条件设为压强出口,由于水流经反应器出口直接射入空气中,出口压强设为标准大气压.1.4 数值离散方法采用有限体积法离散控制方程,即将计算区域划分为一系列不重复的控制体积,并使每个网格节点周围都有一个控制体积,将待解的微分方程对每一个控制体积积分,便得出一组离散方程.采用SIMPLE算法求解离散形式的控制方程.为提高计算精度,动量方程、k方程和ε方程都采用二阶迎风格式.1.5 网格划分反应器结构复杂、且形状不规则,因此应主要采用四面体结构网格.反应器进口管道段①、竖直扩散段②和弯曲段③采用四面体结构网格;反应器水平出口段⑤为规则六面体,采用六面体结构网格;反应器水平收缩段④的Y方向尺寸变化较大,应采用网格尺寸渐变的四面体结构网格.为确定网格划分是否足够精细以获得精确的计算结果,需要对网格数量进行独立性分析.本文主要研究反应器出口水流流速分布的均匀性,因此选择反应器出口水流沿X方向的最大流速uXmax进行收敛性分析,计算结果如图2所示.本文认为采用两个不同网格数量的反应器模型计算结果相对误差e小于0.1%时,即达到收敛,相对误差e定义为:从图2可以看出,当初始反应器网格划分数量 Ne达到或超过 204万时,数值计算结果收敛.在本文所有的数值计算中,均对不同反应器网格划分情况进行了网格独立性分析.2.1 初始反应器数值计算结果及分析选取垂直于X、Y和Z方向的3个截面(A、C和B)来描述反应器内部水流的三维流场,3个截面的位置如图3所示,计算得出反应器内部流线如图4所示,截面A和C 的流速矢量如图5和图6所示.对于初始反应器,水流在反应器垂直部分沿X方向扩散;当水流从垂直部分流动到靠近出口的水平段时,部分水流回流,如图5所示,这容易引起反应器出口水流流速分布不均匀.水流回流主要是因为反应器弯曲段③的曲率太大,使水流运动方向不贴合反应器内壁.在反应器水平部分,如图6所示,水流沿X方向继续扩散,靠近反应器出口时,水流沿X方向仍有流速分量,即反应器出口水流流速分布不均匀,这主要是因为水流在反应器水平收缩段④的扩散不够充分.2.2 反应器构型对水动力特性的影响分析通过以上对初始反应器内部流场的分析,可以得出反应器出口水流流速分布不均匀的可能原因主要为:(1)反应器进口管道直径较小、水流流速较大,不利于水流扩散,导致水流未充分扩散就从反应器出口射出;(2)反应器水平收缩段④的长度L较小,导致水流沿宽度(X)方向扩散不够充分就射出反应器;(3)反应器弯曲段构型设计不合理,即弯曲段③的构型与水流运动方向不贴合,导致水流在弯曲段后方出现回流,不利于在反应器出口处形成流速分布均匀的水流.为方便对以上3种原因进行分析,可将以上3种原因分布概化为3个参数:(1)反应器进口管道直径d;(2)反应器水平收缩段④的长度L;(3)反应器弯曲段构型是否改善,即反应器构型是否与水流流速方向一致.为确定以上各参数对反应器内部水流水动力特性与反应器出口水流均匀性的影响,确定25种计算工况,选取其中 9种典型计算工况如表 1所示,其中计算工况1为初始反应器.反应器出口水流不均匀主要是由于水流有X和Y方向的流速分量(反应器出口水流沿 Z方向),因此用反应器出口X和Y方向最大流速反映出口水流的不均匀性,各工况的计算结果如表1所示.由表1可见,反应器出口水流沿X方向有一定流速,沿Y方向的流速很小,可以忽略Y方向的流速,即反应器出口水流流速分布的不均匀主要体现在水流沿 X(方向有一定的流速分量.因此,本文用maxXu V表示反应器出口水流的不均匀程度,其中maxXu 为反应器出口水流沿宽度 X方向的最大流速,V为反应器出口的设计流速,等于出口平均流速;maxXu V越小,反应器出口水流流速分布越均匀.2.2.1 进口管径对出口水流均匀性的影响根据表1各工况的计算结果,可以得出反应器进口管径d对出口水流流速分布均匀性(uXmaxV)的影响如图7所示.从图7可以看出,反应器进口管径d越小,反应器出口水流流速分布越不均匀.当反应器进口管径较大时(d = 0.2m),出口水流沿宽度 X方向的最大流速 uXmax=0.02V,可以忽略水流沿宽度X方向的流动,水流流速分布均匀.引起图7曲线的可能原因为:反应器进口管径d越大、流速越小,反应器在竖直段②的扩散程度越大,则反应器出口水流均匀性越好.为探究反应器进口管径d对竖直段②扩散程度的影响,用水流扩散角θ表示表示水流沿竖直扩散段的扩散效果,如图8所示.其中,L1表示水流进入竖直段②的宽度,L2表示水流在竖直段扩散后的宽度,h1表示扩散段的长度,如图8所示.水流扩散角θ可以表示为:根据式(6),计算得出竖直段扩散角θ随进口管径d的关系如图9所示.从图9可以看出,进口管径d越大,竖直段扩散角θ越大,即扩散效果越好.进口管径d≥ 0.16m 时,扩散角θ变化幅度较小;d ＜ 0.16m 时,扩散角θ变化幅度较大.因此,最终选择反应器进口管径d = 0.2m,对应进口流速u0= 0.76m s .2.2.2 水平收缩段长度对出口水流均匀性的影响根据表1各工况的计算结果,可以得出反应器水平收缩段长度 L对出口水流均匀性的影响如图10所示.从图10可以看出,反应器水平收缩段长度L越大, uXmax越小,即反应器出口水流均匀性越好.当反应器水平收缩段长度L = 0.6m时,反应器出口水流均匀性较好;当反应器进口管径d = 0.2m时,水平收缩段长度 L对出口水流均匀性的影响较小.当L/ B= 0.3,即L = 0.45m时,对应 uXmax=0.01V;即d = 0.2m、L = 0.45m条件下即可使反应器出口水流流速分布均匀.因此,选择反应器水平收缩段长度L = 0.45m,反应器进口管径d = 0.2m.2.2.3 弯曲段构型改善对出口水流均匀性的影响对于初始反应器,弯曲段③的构型不贴合水流的流速方向,水流在弯曲段后方出现回流,不利于反应器在出口形成流速分布均匀的水流.反应器弯曲段构型应与水流的运动方向一致.以计算工况8(d = 0.2m、L = 0.45m)为例,说明弯曲段构型改善的过程与结果.从图 11可以看出,反应器弯曲段构型改善后,水流流动方向贴合反应器内壁,避免了水流回流,减小了水流运动阻力.9种典型计算工况弯曲段构型改善对出口水流流速分布均匀性的影响如表 1所示.从表 1可以看出,反应器弯曲段构型改善后,出口水流沿X方向和Y方向的最大流速有所减小,但减小的幅度很小,即反应器弯曲段构型改善对出口水流均匀性影响较小,起到稍微改善的作用.此外,反应器弯曲段构型改善也优化了反应器内部水流流场,避免了水流回流,在反应器优化方面应采用该弯曲段构型的改善.3.1 最优反应器的水动力特性基于上述反应器构型参数对反应器内部水动力特性及出口水流均匀性的影响分析,确定优化反应器构型参数为:d = 0.2m,L = 0.45m,弯曲段构型改善.在此基础上,把反应器竖直段②的侧壁做成抛物线状,以改善水流在垂直部分的流场,从而得到最优反应器,最优反应器外形及反应器内部流线如图12所示.最优反应器几何构型的主要参数为:进口管道①的直径为 0.2m;竖直扩散段②的高度为0.5m,侧壁为抛物线;弯曲段③贴合水流流速方向;水平收缩段④的长度为0.45m,水平出口段⑤的长度为0.06m,宽度为1.5m.最优反应器的主要动力学参数为:反应器进口流速为0.76m/s,反应器出口流速为4m/s.最优反应器截面A的流速矢量图如图11(b)所示,从图 11(b)可以看出,水流在反应器弯曲段的流动与反应器内壁贴合.从图 13可以看出,水流在垂直部分扩散的效果较好;水流在水平收缩段④沿X方向继续扩散,靠近反应器出口时水流垂直出流,水流流速沿宽度方向(X方向)均匀分布.通过对初始反应器与最优反应器的流线与流场进行对比,可以看出最终优化反应器内部的水动力条件得到了极大的改善.3.2 最优反应器水动力特性的试验验证为验证反应器水动力模型数值计算结果的正确性,需运用试验的方法测量最优反应器射出水流流速与厚度分布的均匀性,并与数值计算结果进行对比和验证.对最优优化反应器进行制造加工,采用雷达波测量反应器射出水流的流速,其测速原理是利用雷达波的多普勒效应,可表达为:其中,c为雷达波在空气中的传播速度;f为雷达发射波频率;df为雷达发射波与雷达回波(频率为之间的多普勒频差α为雷达发射波入射流体液面的角度.采用水位测针测量反应器射出水流的厚度.测量水流厚度的步骤主要为:(1)在射出水流的上下方分别布置两枚水位测针;(2)当两枚水位测针的针尖彼此接触时,记录水位测针的读数为测针零点,分别为A1和B1;(3)调整测针使上下两枚测针分别接触水流的上下表面,记录此时测针读数分别为 A2和 B2;(4)测试点水流厚度可表示为试验测量得出反应器射出水流流速与厚度沿宽度(X)方向的分布如图14所示.从图14可以看出,最优反应器射出水流的流速与厚度沿宽度方向(X方向)分布均匀,试验结果与数值计算结果吻合较好.4.1 影响反应器水动力特性的关键构型参数为:反应器进口管径d、反应器水平收缩段长度L和反应器弯曲段构型.反应器进口管径越大、反应器水平收缩段长度越大,则反应器出口水流流速分布均匀性越好;反应器弯曲段构型贴合水流运动方向改善了出口水流流速分布的均匀性.4.2 最终确定最优反应器的构型参数为:进口管径d = 0.2m,水平收缩段长度L = 0.45m,反应器弯曲段构型贴合水流运动方向.数值计算结果表明,最优反应器的水动力条件得到极大改善,反应器出口水流流速分布非常均匀.4.3 采用雷达波和水位测针测量最优反应器射出水流的流速与厚度分布,试验结果表明反应器射出水流的流速与厚度分布均匀,从而验证了数值计算结果的正确性.【相关文献】[1] 刘秀华,雷家荣,杨宇川,等.辐射技术在废水处理中的应用 [J].化工进展, 2010,29(5):938-943.[2] IAEA. Radiation Treatment of Polluted Water and Wastewater [C]//IAEA, VIENNA, 2008. IAEA-TECDOC-1598, ISSN 1011–4289.[3] Wang J, Wang J. Application of radiation technology to sewage sludge processing: a review [J]. Journal of Hazardous Materials, 2007,143(1/2):2–7.[4] Jan S, Kamili A N, Parween T, et al. Feasibility of radiation technology for wastewater treatment [J]. Desalination and Water Treatment, 2015,55(8):2053-2068.[5] 吴明红,刘宁,徐刚,等.辐射技术在环境保护中的应用 [J].化学进展, 2011,23(7):1547-1557.[6] Wang J, Chu L. Irradiation treatment of pharmaceutical and personal care products (PPCPs) in water and wastewater: An overview [J]. Radiation Physics and Chemistry, 2016,125:56-64.[7] Ding R, Mao Z Y, Wang J L. Synergistic effects of 4-nitrophenol degradation using gamma irradiation combined with an advanced oxidation process [J]. Nuclear Science and Techniques, 2016, 27(1):1-6.[8] 王建龙,叶龙飞,杨春平,等.电子加速器辐射处理含氰废水的中试研究 [J]. 环境科学学报, 2014,34(1):60-66.[9] 孙伟华,陈吕军,王建龙,等.电离辐射技术在水环境保护中的应用 [C]//2012中国环境科学学会学术年会论文集(第三卷), 2012.[10] Chmielewski A. G. Electron Beam Processing – What are the Limits [C]. International Topical Meeting on Nuclear Research Applications and Utilization of Accelerators, 2009a.[11] 冯骞,薛朝霞,汪翙.计算流体力学在水处理反应器优化设计运行中的应用 [J]. 水资源保护, 2006,22(2):11-15.[12] 范茏.污水处理反应器的计算流体力学 [M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2012.[13] IAEA. Status of industrial scale radiation treatment of wastewater and its future [C]//. Proceedings of a consultants meeting held in Daejon, IAEA, 2004IAEA-TECDOC-1407,ISSN 1011–4289.[14] IAEA. Radiation Treatment of Polluted Water and Wastewater [C]//IAEA, VIENNA, 2008. IAEA-TECDOC-1598, ISSN 1011–4289.[15] Kurucz C N, Waite T D, Cooper W J. The Miami Electron Beam Research Facility: a large scale wastewater treatment application [J]. Radiation Physics & Chemistry,1995,45(2):299-308.[16] Jean E N, Uribeb R M, Roger Gregoryc. Effect of electron beam irradiation on bacterial and Ascaris ova loads and volatile organic compounds in municipal sewage sludge [J]. Radiation Physics and Chemistry, 2015,112:6-12.[17] Pikaev A. K, Podzorova E A, Bakhtin O M. Combined electronbeam and ozone treatment of wastewater in the aerosol flow [J]. Radiation Physics & Chemistry,1997,49(1):155-157.[18] Ting T M, Dahlan K Z M. Electron beam decomposition of pollutant model compounds in aqueous systems [J]. Nukleonika, 2011,56(4):349-355.[19] Sampa M H O, Rela P R, Casas A L, et al. Treatment of industrial effluents using electron beam accelerator and adsorption with activated carbon: a comparative study [J]. Radiation Physics & Chemistry, 2004,71(1/2):459-462.[20] Rela P R, Sampa M H O, Duarte C L, et al. Development of an up-flow irradiation device for electron beam wastewater treatment [J]. Radiation Physics & Chemistry, 2000,57(s3–6): 657-660.[21] Han B, Ko J, Kim J, et al. Combined electron-beam and biological treatment of dyeing complex wastewater. Pilot plant experiments [J]. Radiation Physics & Chemistry,2002,64(1): 53-59.[22] Han B, Kim J, Kim Y, et al. Electron beam treatment of textile dyeing wastewater: operation of pilot plant and industrial plant construction [J]. Water Science & Technology, 2005,52(10/11): 317-324.[23] Han B, Jin K K, Kim Y, et al. Operation of industrial-scale electron beam wastewater treatment plant [J]. Radiation Physics & Chemistry, 2012,81(81):1475–1478.[24] Han B, Kim J, Kang W, et al. Development of mobile electron beam plant for environmental applications [J]. Radiation Physics and Chemistry, 2016,124:174-178. [25] Emami-Meibodi, M., et al., An experimental investigation of wastewater treatment using electron beam irradiation [J]. Radiation Physics and Chemistry, 2016,125:82-87. [26] Wols B A, et al. A systematic approach for the design of UV reactors using computational fluid dynamics [J]. American Institute of Chemical Engineers. AIChE Journal, 2011,57(1):193.[27] 庞洪涛,施汉昌,施慧明.新型气升式氧化沟流体力学特性的数值模拟 [J]. 中国环境科学, 2008,28(5):438-443.[28] 尤宏,陈其伟,刘婷,等.内循环流化床光催化反应器的数值模拟与结构优化 [J]. 中国环境科学, 2009,29(5):481-485.[29] Jenny R M, Jasper M N, Iii O D S, et al. Heuristic optimization of a continuous flow point-of-use UV-LED disinfection reactor using computational fluid dynamics [J]. Water Research, 2015, 83:310-8.。
某低温等离子水处理反应器的强度设计
１ 设 计 要 求
术 的核 心 。本 文重 点对 某 等离 子水 处理 反应 器 的强度
Ａｂｓ ｒ ｃ ： Ｅｘ ｒｉ ｈｅ ｃ ｏ ｅ ｉ ｌｓ ｉ ａ ｉ ｎ ｔ ｃ ｎｏ ｏ ｙ ｔ ｉｐ ｅ ｔ ｅ ｏ ｇ ｎ ｃ ｗａ ｔ ｗａ ｅ ｓｔ ｔｐ ｔ ｉ ｈｅ ｆｅｄ ｏｆｔ ｅ ｗａ ｔ ｗａ ｅ ｔａ ｔ ｅｔ ｎｇ ｔ ｒ ｇ ｎ ｃ ｐ ａ ｍａ ｏｘ ｄ ｔｏ ｅ ｈ ｌ ｇ ｏ ｄ ｓ ｏｓ ｈ ｒ ａ ｉ ｓｅ ｔ ｒｉ ｈｅ ｈｏ ｓ ｏ ｎ ｔ ｌ ｓｅ ｔ ｒ ｙ ｉ ｈ ｔ ｅ ｔ ｅ ｔ ｂ ｈｅ ｒ ａ ｔ ｒ ｓｒ ｓ ａ ｃ ｓ ｔ ｏ ｅ ｏ ｅ ｔ ｃ ｎｏ ｏｇ Ｔｈ ａ ｅ ｄ ｐｔ ｔ ｅ ｇ ｉ ｅ ｏ ｒ ｓｕ ｅ ｖｅ ｓ ｌｔ ｎ ｌ ｓ ｎｄ ｄ ｓｇ ｈｅ ｒ — ｒ ａｍ ｎ ， ｕｔｔ ｅ ｃ ｏ ｅ ｅ ｒ ｈ ｉ ｈｅ ｃ ｒ ｆｔ ｅ ｈ ｌ ｙ． ｅ ｐ ｐ ｒ ａ ｏ ｓ ｈ ｕ ｄ ｆｐ ｅ ｓ ｒ ｓｅ ｏ ａ ａｙ ｅ ａ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｈ
第 ２ ３卷 第 １期 ２１ ０ ０年 １月
Ｄｅ ｅｏ ｍ ｎ ＆ Ｉ ｎ ｖ ｔ ｎ ｏ ｃ ｉｅ ｙ＆ Ｅ ｅ ｔ ｃ ｌ ｒ ｄ ｃｓ ｖ ｌｐ ｅ ｔ ｎ ｏ ａｉ ｆＭａ ｈ ｎ ｒ ｏ ｌｃｒ ａ ｏ ｕ ｔ ｉ Ｐ
机 电产 品 开崖 与 新
Ｖｏ１ ， ． Ｎｏ， ２３ １
ｔ ｅｓ ｅ ｇｈ ｆｌ ｇ Ａｎ ｔ ｌ ｓ ｌｉ ｅｌ ｅ ｈ ｓ ｏ ｐ ｒ ｎ， ｉ ｕ ｔ ｔｓ ｈ ｔ ｎ ｌ ｙｏ ｅｄ ｓ ． ｈ ｔ ｎ — ｌｎ ． ｄ ｉ ｒ ｎ ｌ ｎ ｔ ｔｒｐ ａｅ ｆ ｘ ｅｉ ｒ ｔ ｉｉ ／ ｗｅ ｈ ａ ｅ ｍｅ ｔ ｗｈ ｃ ｉ ｓ ａ ｅ ｒ ｉ ａ ｔ ｆ ｈ ｅｉ ｈ ｎ ｒｅ ｔ ａｏ ｉ ｔ ｎ ｇ
水处理技术中的生物反应器
水处理技术中的生物反应器水作为我们生活中必不可少的资源，扮演着重要的角色。
然而，对于水污染问题的加剧，已经成为人们越来越关注的话题。
在这个问题上，水处理技术的发展已经变得至关重要。
其中一个非常成功的技术是生物反应器，可以从根本上降低水污染物的含量。
在本文中，我们将讨论这一技术的原理，类型以及优点。
1. 生物反应器的原理生物反应器是一种基于植物和微生物的水处理技术，主要通过一系列生物化学反应来去除水中污染物。
在反应器中，微生物使用废水中的有机物作为食物，并将其转化成更简单和更无害的物质。
这些微生物在特定条件下生长繁殖，可以有效地吸收和去除废水中的重金属以及有机和无机物。
植物通过吸收养分、转化和氧化这些物质来促进微生物的生长繁殖。
污染物最终被微生物与植物吸收、分解和去除。
因此，生物反应器被广泛应用于废水处理、水源保护以及环境修复等领域。
2. 生物反应器的类型生物反应器的类型有很多，不同的反应器种类可以根据处理对象以及水质要求来分类。
以下是一些常见类型的介绍。
a. 陆地流水式湿地陆地流水式湿地是一种通过植物滤清水的生物反应器。
在这种系统中，被处理的水通过一定的流速流经构建好的人工湿地。
在这个过程中，水被植物和微生物处理，净化水质。
这个生物反应器相对简单，操作成本较低，而且可以降低污染物的含量，因此在工程实践中得到了广泛应用。
b. 海水浓缩料净化系统这种海水浓缩料净化系统通常由反应器和通道组成。
间歇和连续两种加压方式可以用来处理产生的浓缩料。
在这个过程中，微生物利用营养物质，繁殖，从而去除浓缩料中的有机物。
这种反应器还可以将产生的浓缩物质，进行添加锌，氯化钠等的化学物质，进一步提高净化效果。
c. 生物滤池在生物滤池中，水通过一层充满被处理的物质的过滤器，对水进行处理。
在这个过程中，微生物吸附、吸收通道污染物质中的有机物和氨。
同时，可以将特定大肠杆菌去除掉。
该反应器门设备价格较低，拥有缓冲器的功能，因此在各种废水处理系统中都得到了广泛的应用。
mbr平板膜工作原理
mbr平板膜工作原理
MBR平板膜是一种常用的膜生物反应器，在废水处理和水处理中广泛应用。
其工作原理如下：
1. 利用膜分离技术：MBR平板膜使用一种特殊的膜作为固液分离界面，将废水分离为清水和混合液。
膜是由微孔构成的，可以有效过滤胶体物质、颗粒物和细菌等。
2. 污水进入反应器：废水首先进入反应器，其中容纳有微生物群落，包括厌氧细菌和好氧细菌。
这些微生物能够降解废水中的有机物和污染物。
3. 生物分解废水：在反应器中，好氧微生物降解废水中的有机物，将其转化为二氧化碳和水。
同时，厌氧微生物也在无氧条件下进行降解反应。
4. 微生物保持：由于平板膜不断有废水通过，并保持膜上氧和有机物的浓度梯度，微生物能够持续生长和繁殖，从而保持了反应器的活性。
5. 膜过滤：在反应器中，膜作为固液分离的界面，具有一定的孔径，可以有效地截留微生物和其他悬浮物。
清水则从膜的一侧通过，而混合液则被保留在反应器中。
6. 混合液处理：混合液通常需要经过一定的处理，如沉淀、过滤或消毒等，才能达到排放要求。
清水则可以用于回用或者直接排放。
综上所述，MBR平板膜通过膜分离技术和微生物降解废水的相结合，实现了废水的高效处理和回用。
它具有处理效果好、占地面积小、操作维护方便等优点，被广泛应用于废水处理和水资源回收领域。
污水处理反应器
污水处理反应器污水处理反应器是一种用于处理污水的设备，其主要功能是通过化学反应将污水中的有害物质转化为无害物质，从而达到净化水质的目的。
污水处理反应器通常由反应槽、进水管道、排水管道、搅拌器、加热装置等组成。
首先，污水处理反应器的反应槽是其中最关键的部份。
反应槽通常采用耐腐蚀材料制成，以保证其长期稳定的使用。
反应槽的设计应考虑到污水处理的规模和处理效果，以确保反应槽具有足够的容量和适当的反应时间。
此外，反应槽内部还应设置适当的填料或者膜，以增加反应表面积，提高反应效率。
进水管道是将污水引入反应槽的通道。
进水管道的设计应考虑到污水的流量和压力，以确保污水能够顺利进入反应槽。
进水管道通常还配备有过滤装置，用于去除污水中的固体颗粒和悬浮物，以防止阻塞反应槽或者影响反应效果。
排水管道是将经过反应处理后的清洁水排出反应槽的通道。
排水管道的设计应考虑到清洁水的流量和排放标准，以确保清洁水能够顺利排出反应槽，并达到环保要求。
排水管道通常还配备有过滤装置和调节阀，用于进一步净化清洁水和调节排放流量。
搅拌器是用于搅拌反应槽内污水的装置。
搅拌器的作用是使污水中的有害物质与反应剂充分混合，加快化学反应速度。
搅拌器的设计应考虑到反应槽的尺寸和形状，以及污水的特性，以确保搅拌器能够有效地将污水搅拌均匀。
加热装置是用于提供反应槽内化学反应所需的热能。
加热装置的设计应考虑到反应槽的尺寸和形状，以及反应所需的温度范围，以确保加热装置能够提供稳定的热能，并满足反应的要求。
加热装置通常采用电加热、蒸汽加热或者燃气加热等方式。
除了上述基本组成部份外，污水处理反应器还可以根据实际需要添加其他辅助设备，如pH调节装置、氧化装置、曝气装置等，以进一步提高污水处理效果。
总之，污水处理反应器是一种重要的水处理设备，通过化学反应将污水中的有害物质转化为无害物质，实现水质净化的目的。
其设计应考虑到反应槽的容量、进水管道和排水管道的流量和压力、搅拌器的搅拌效果、加热装置的热能提供等因素，以确保反应器能够稳定、高效地处理污水。
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反应推动力 随反应器轴 向长度逐渐 降低
反应推动力不 变，等于出口 处反应推动力
非理想流动模型
• 偏离平推流的情况
第一节 流动模型概述
漩涡运动：涡流、 湍动、碰撞填料
截面上流 速不均匀
沟流、短路：填料或 催化剂装填不均匀
非理想流动模型
• 偏离全混流的情况
第一节 流动模型概述
死角
短路
搅拌造成 的再循环
第二节 理想流动反应器 3-3 间歇反应器
特点: 1 由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度 上的均匀，且反应器内浓度处处相等，因而排除 了物质传递对反应的影响； 具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考 虑器内的热量传递问题； 物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相 同的反应时间。
2 3
二. 基本公式：
第二节理想流动反应器
V0CA0 dxA rAdVR
1. k与xA的关系 2. V0与xA的关系
VR V0C A0
x Af
0
dxA rA
等温时k为常数 等分子反应？变分子反应？
3. 等容过程
x Af dx VR A C A0 0 V0 rA
与间歇反应器的公式相同
假设：反应物料以稳定流量流入反应器，在反 应器中平行地像气缸活塞一样向前移动 特点：沿着物料的流动方向，物料的温度、浓度 不断变化，而垂直于物料流动方向的任一 截面上物料的所有参数，如温度、浓度、 压力、流速都相同，因此，所有物料质点 在反应器中具有相同的停留时间，反应器 中不存在返混。
第三章 理想流动反应器
一. 特点：
1. 连续定态下，各个截面上的各种参数 只是位置的函数，不随时间而变化； 2. 径向速度均匀，径向也不存在浓度分 布； 3. 反应物料具有相同的停留时间。
二. 基本公式：
第二节理想流动反应器
0 流入量 = 流出量 + 反应量 + 累积量
V0CA0 (1 xA ) V0CA0 (1 xA dxA ) rAdVR
第二节 理想流动反应器
• 实际操作时间=反应时间(t) + 辅助时间 (t’)
反应体积VR是指反应物料在反应器中所占的体积
VR=V(t+t’)
1/rA —xA
t/CA0
1/rA —CA
t
间歇反应器中的单反应
第二节 理想流动反应器
反应速率
dCA t C A0 rA
CA
t C A0
x Af
特点： 反应物料间歇加入与取出，反应物料的温 度和浓度等操作参数随时间而变，不随空 间位置而变，所有物料质点在反应器内经 历相同的反应时间
第三章 理想流动反应器
第一节 流动模型概述
• 平推流反应器
Flow Reactor (PFR)
Piston
活塞流模型或理想置换模型
This type of units is illustrated in the following figure. This reactor consists of a tube inside which the reaction medium flows. This makes it the simplest structure conceivable for a continuous operation system. The heat exchange necessary to add heat to the system or to remove it generally occurs across the tube wall.
3. 记住零级反应、一级反应、二级反应的积 分式（浓度和转化率）
4. 能够利用反应器流动模型方程计算反应体 积和所需反应时间。
作业：3-2，3-4，3-5
计算温度变化 计算压力变化
the mass balance equation the energy balance equation the momentum balance equation
反应器设计的基本方程 物料衡算方程
第一节 流动模型概述
某组分流入量=某组分流出量+某组分反应消耗量+某组分累积量
0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
dxA rA
rA=kCA
C A0 kt ln CA
1 1 kt C A C A0
1 kt ln 1 xA
rA=kCA2
xA C A0 kt 1 xA
间歇反应器中的单反应
第二节 理想流动反应器
间歇反应器中的单反应
第二节 理想流动反应器
1. k的影响
k增大(温度升高）→t减少→反应体积减小
第三章 理想流动反应器
河北科技大学化学与制药工程学院
College of Chemical and Pharmaceutical Engineering Hebei University of Science and Technology
第三章 理想流动反应器
反应器选型、 设计和优化
数学 模型
流动 模型
VR
V0C A0 x Af (rA ) f
进口中已有A
VR
V0C A0 ( xAf x A0 ) (rA ) f
3-5 全混流反应器
第二节理想流动反应器
全混流反应器τ的图解积分
平推流反应器与全混流反应器的比较
三种理想反应器的特点及其基本方程的建立
要求： 1. 掌握三种理想反应器的基本概念、特点； 2. 掌握建立基本设计方程的方法；
第一节 流动模型概述
• 全混流反应器
Continued Stirred Tank Reactor (CSTR)
连 续 搅 拌 槽 式 反 应 器 或 理 想 混 合 反 应 器
This reactor essentially comprises a tank equipped with a stirring system, a feed pipe and a withdrawal pipe. It is assumed that, at any point of such a unit, the intensive variables, such as concentrations and temperature, have the same value. The same unit is also provided with continuous reactant feed and continuous withdrawal to remove the reaction mixture containing the reaction products.
This unit can be depicted as shown in the right figure, with the following essential components:
a) A vessel capable of containing a volume V of reaction fluid.
2. 反应浓度 的影响
零级反应：t与初浓度CA0正比 一级反应：t与初浓度CA0无关 二级反应：t与初浓度CA0反比
零级反应：残余浓度随t直线下降
3. 残余浓度 一级反应：残余浓度随t逐渐下降 二级反应：残余浓度随t慢慢下降
反应后期的速度很小；反应机理的变化
3-4 平推流反应器
第二节理想流动反应器
反应单元
流入
反应消耗 累积
流出
反应器
反应单元
流入量
0 √ √ √
流出量
0 √ √ √
反应量
√ √ √ √
累积量
√ 0 0 √
间歇式 平推流(稳态)
整个反应器 微元长度
全混釜(稳态) 整个反应器 非稳态
反应器设计的基本方程 热量衡算方程
第一节 流动模型概述
带入的热焓=带出的热焓+反应热+热量的累积+传给环境的热量
n t A0 V
dn A dx n A0 A ( n A n A0 (1 x A )) dt dt
0
x Af
0
x Af dx dxA A C A0 0 rA rA
t C A0
x Af
CA dxA dCA C A0 rA rA
等容过程，液相反应
间歇反应器的数学描述
b) A surface unable for heat exchange. c) A stirring system to mix the reactants at the start of the operation if required, and to facilitate heat transfer with the heat exchange surface.
非理想流动模型
第一节 流动模型概述
• 流动状况对化学反应的影响 ----- 由物料停留时间不同所造成 短路、沟流 停留时间减少 转化率降低
死区、 再循环
停留时 间过长
A+B→P：有效反应体积减少 A+B→P→S 产物P减少
→ 停留时间的不均
3-2 反应器设计的基本方程 反应器设计的基本内容
第一节 流动模型概述
假设：反应物料以稳定流量流入反应器，在反 应器中，刚进入的新鲜物料与存留在反应 器中的物料瞬间达到完全混合。 特点：反应器中所有空间位置的物料参数都是均 匀的，而且等于反应器出口处的物料性质， 物料质点在反应器中的停留时间参差不齐， 有的很长，有的很短，形成一个停留时间 分布。
第三章 理想流动反应器
第一节 流动模型概述
•年龄
反应物料质点从进入反应器算起已经停留的时间； 是对仍留在反应器中的物料质点而言的。