上升流式生物流化床反应器膨胀行为的数学建模与分析

上升流式生物流化床反应器膨胀行为的数学建模与分析第32卷第9期2012年09月西安工业大学学报JournalofXi’anTechnologicalUniversityV01．32No．9Sep．2012文章编号：1673—9965(2012)09—694-04上升流式生物流化床反应器膨胀行为的数学建模与分析。姜虹，李峰(西安工业大学计算机科学与工程学院，西安710032)摘要：基于Richardson—Zaki液固流态化方程，运用数值模拟分析的方法针对上升流式生物流化床反应器的膨胀行为展开了研究，并建立了相应数学模型．同时以厌氧膨胀颗粒污泥床反应器为例进行了数值模拟研究，数值模拟研究结果很好反映了该反应器的特点且两次相关实验结果的平均相对误差分别为4．74％和8．3％．所得结果显示所建模型以及所采用的数值模拟分析方法基本可行．关键词：数值模拟；Richardson—Zaki方程；膨胀行为；建模中图号：TP302文献标志码：A生物流化床反应器是集流态化技术、微生物技术与废水处理技术于一体的高效生化处理装置，该装置以其表面积巨大、传质高效、污泥负荷和容积负荷高、抗冲击能力强、生物活性好、占地面积少等优点成为当前有效、经济、节能地解决高浓度有机废水处理问题的重要途径之一[1]．一般来讲，生物流化床反应器中通过固定化与自固定化两种形式所形成的生物颗粒(或生物膜颗粒)具有良好的沉降性能以及很大的比表面积，从而能有效将微生物保留在反应器内，大大提高了单位容积的微生物持有量，进而极大地提高了反应器的水力负荷与处理能力．根据载体流态化原理[2]，在生物流化床反应器中废水及气体自下而上流过生物颗粒床时，生物颗粒与液体间将出现不同的相对运动，呈现出不同的工作状态．在废水液体表面上升流速较低时，反应器中的生物颗粒保持相对静止，废水从颗粒问隙内穿过，床层的空隙率保持稳定，但压降随着液体表面上升流速的提高而增加．当流速达到一定数值时，压降与单位床层的载体重量相等，继续增加流速，床层空隙便开始增加，床层也相应膨胀，但载体间依然保持相互接触；当液体表面上升流速超过临界流化速度后，载体颗粒即呈悬浮状态，颗粒床被流态化；再进一步提高进水流速到最大流化速度时，载体颗粒将大量流失．在这一过程中，生物流化床反应器的过度膨胀将导致生物颗粒的大量流失，降低反应器处理能力与效率甚至导致反应器运行的失败．200