陶瓷膜曝气强化臭氧传质研究

为了探究陶瓷膜曝气对臭氧气液传质的影响,对三种陶瓷膜进行了性能的表征与评价,并从陶瓷膜孔径、臭氧投加量、进气流量、温度、pH等方面对液相臭氧浓度和表观传质系数进行了考察。结果表明：1号陶瓷膜传质效果最好,其液相臭氧平衡浓度和表观体积传质系数（K_La）分别为微孔曝气的3倍和2.1倍。最佳的液相平衡臭氧浓度（10.20 mg/L）和K_La(0.519 2 min^-1)在1号陶瓷膜、臭氧投加量为43.92 mg/L、温度20℃、进气流量400 L/h,pH为7条件下取得。     

静态螺旋切割优化A2/O曝气工艺处理生活污水的研究

A²/O是一种常见的生活污水处理工艺,其好氧段的曝气方式通常采用传统的底部曝气,溶氧效率较低。为了实现对污水高质高效的处理,基于气-液传质强化和流体力学理论,自主开发了一种无动力驱动静态螺旋切割器,可将气-液混合溶液中的大气泡切割细化成微纳米量级的小气泡,可在较短的时间内提高溶氧,且控制气体流量即可实现对溶氧量的调节。对无曝气、传统底部曝气采用静态螺旋切割进行对比实验,结果表明：与传统底部曝气工艺相比,静态螺旋切割对固体悬浮物(SS)的去除率提高了12.3%,对COD的去除率提高了5.6%,对氨氮(NH₃-N)和总磷(TP)的去除率分别提高了约8.1%和8.5%,饱和态溶氧(DO)浓度提高了48.2%。静态螺旋切割器具有结构简单和经济性好的优势,因此对于优化污水处理曝气具有较好的应用前景。     

疏水性中空纤维膜的臭氧曝气传质试验

对疏水性中空纤维膜有泡曝气进行了试验研究,得到了疏水性中空纤维膜的泡点,以及臭氧在pH=6和pH=8的水中的自分解系数,考察了疏水性中空纤维膜在不同pH水中的臭氧传质特性。试验表明疏水性中空纤维膜泡点较低;臭氧在pH=6的水中的自分解系数为0．036min^-1,在pH=8的水中为0．070min^-1;臭氧容积传质系数KLa值与曝气流量成正相关关系,在曝气流量相同时,pH=8条件下的臭氧KLa值约高出pH=6条件下0．1min^-1。该研究为将来疏水性中空纤维膜在水处理厂的设计应用提供了一定依据。     

底部挡板与进气位置对水力喷射空气旋流器传质性能的影响

水力喷射空气旋流器(water-sparged aerocyclone,WSA)是一种利用液体射流在气体旋流场中雾化强化气液传质的新型传质设备,可广泛用于废水、废气处理等环境工程中。为了改进水力喷射空气旋流器结构,提高其气液传质性能,本文通过废水氨氮吹脱实验研究了进气口轴向位置以及底部挡板的设置对气液传质性能的影响。实验结果表明,进气位置与底部挡板对水力喷射空气旋流器的气液传质性能存在影响。在相同工作条件下,气相进口沿轴向下移对WSA内气液传质性能作用较小,但能够使其气相压降降低约为10%。在WSA主筒体底部液封区域设置挡板,能够强化WSA底部气液两相的混合,进而提高低液相循环流量下WSA内的气液传质性能,且随进气速度的增加,其效果越显著,研究结果可为设计传质性能良好的WSA提供设计依据。     

射流曝气耦合超声强化臭氧传质及应用

利用臭氧射流曝气耦合超声,探讨了操作因素对溶解O3含量与传质系数的影响,并利用超声、臭氧射流曝气、臭氧射流曝气耦合超声降解对氯苯甲酸废水。结果表明,臭氧投加量32.38 mg/L,液相、臭氧进气体积流量分别为122、50 L/h时,单独射流曝气的臭氧表观传质系数(K_La)为0.645 min^-1;引入超声后,K_La可达1.289 min^-1,表明射流曝气耦合超声可明显增强臭氧的传质效果,K_La增大了约2倍。射流曝气与超声的协同降解对氯苯甲酸废水的协同因素E可达1.546,两者具有良好的协同协应。射流曝气耦合超声是增强臭氧传质的有效方法,可为后续水处理技术提供技术支撑。     

外循环气升式膜反应器中的体积传质系数

传质系数是决定气升式反应器传质特性的主要参数之一,文中介绍了一种新型的将陶瓷膜曝气系统与外环流反应器耦合的外环流膜反应器,考察了不同曝气气量,曝气压力,曝气方式以及曝气位置条件下反应器中体积传质系数的变化情况。结果表明,曝气气量,曝气压力,曝气孔孔径都能影响体积传质系数,孔径的影响尤为显著,采用膜微孔曝气,体积传质系数相比曝气头曝气提高近2倍。将膜管曝气和曝气头曝气耦合起来,可在获得良好气液循环的条件下有较大的气液接触面,从而优化气液传质。     

响应面法优化新型曝气装置的充氧条件

基于静态变螺距螺旋切割原理自主研发了一种高效低耗、易操作的新型溶氧曝气装置。运用响应面法研究了空气流量、液体流量、水体深度对标准氧转移系数、氧利用率和理论动力效率的影响。结果表明,当空气流量为0.5 m~3/h、液体流量为10 m~3/h、水体深度为0.3 m时,新型溶氧曝气装置的标准氧转移系数、氧利用率、理论动力效率分别为1.4394 min~(-1)、37%、7.4388 kg O_2/(kW·h);装置较传统曝气设备具有显著优势。粒径分布测定结果表明,61.31%的气泡粒径集中在0.1μm以下,37.27%的气泡粒径集中在20～75μm,表明新型曝气设备所产生的气泡属于微纳米气泡;该装置可用于水体增氧、养殖、黑臭水体修复和污水处理等方面,应用前景广阔。     

超声波对臭氧消毒过程中传质效率影响研究

为改善污水臭氧消毒过程中臭氧传质效率低的缺点,采用超声波来提高液相中臭氧浓度及其传质效率。通过改变超声波辐射时间、功率和频率3个参数,考察其对臭氧浓度及传质效率的影响。结果表明,当超声波辐射75 s时,臭氧传质系数最大;超声波功率由0增加到110 W时,液相臭氧浓度和传质系数随功率升高而增大,当达到110W时,不再增长;传质系数和液相臭氧浓度随频率的增长而增大。     

静态螺旋切割强化湿法烟气脱硫技术研究

湿法烟气脱硫技术是当今世界上应用最广泛的烟气脱硫手段,但是昂贵的基建和运行成本极大地限制了其进一步的发展。开发了一套喷射混合器组合螺旋切割强化气液传质的湿法烟气脱硫系统,考察了烟气SO_2质量浓度、脱硫剂质量分数、烟气流量以及脱硫剂循环流量对烟气脱硫效果的影响,并与喷射混合接触方式下的脱硫效果进行了对比实验研究。结果表明:当脱硫剂质量分数为15%,烟气SO_2质量浓度为3 000 mg/m~3,烟气流量为18 m~3/h,脱硫剂循环流量为250 mL/min的时候,系统脱硫效果最佳,出口烟气SO_2质量浓度为0 mg/m~3;静态螺旋切割气液接触方式下,系统脱硫率相较于单独喷射混合提高了7.64%。采用螺旋切割装置强化烟气脱硫,能够显著提高系统的烟气脱硫效率,可达到超净排放,并能实现湿法烟气脱硫系统的高效化、小型化。     

微泡强化臭氧传质及其对产生羟基自由基的影响

为提高臭氧在水中的传质效率,设计了微泡反应器强化臭氧传质,考察了在该反应器中不同压力、温度、臭氧进口浓度及流量对液相中臭氧浓度以及羟基自由基产生的影响。结果表明,液相中臭氧浓度受压力影响较小,反应器压力增加可使液相中羟基自由基产生量增大;进口臭氧浓度及流量的增加,可使液相中臭氧浓度以及羟基自由基产生量增大;液相温度升高导致液相中臭氧浓度降低,但可以提高液相中羟基自由基产生量。同时还将该微泡反应体系与传统鼓泡反应器进行对比研究,结果表明,微泡反应器能有效地提高传质效率,液相中臭氧浓度达到稳定状态时约为14 mg/L,比鼓泡反应器高约10%。微泡加压反应器中羟基自由基产生效果更好,臭氧通入5 min,微泡反应器中羟基自由基浓度高达121.45×10~(-6)mol/L,比鼓泡反应器提高了约11倍,且微泡反应器中废水脱色及矿化效率都高于传统鼓泡反应器。     

气体喷射-气液旋流式冷氢箱的传质特性

开发了一种具有多重旋流结构的气体喷射-气液旋流式冷氢箱,并通过大型冷模实验对其进行传质性能测试。在气体喷射速度10～80 m·s^-1和液体进口速度0.2～0.7 m·s^-1条件下,采用氧吸收法测量了液相体积传质系数k_La,采用空气-Na₂SO₃溶液化学吸收法测量了相界接触面积a。结果表明:k_La和a均随气体喷射速度和液体进口速度增大而增大,其中受气体速度变化影响更为明显;由测定的传质参数数值可知新型冷氢箱传质效果较传统冷氢箱大幅提高,与机械输入设备处于相同量级,具有优异的气液混合性能。还采用量纲分析法对数据进行了归纳拟合,得到传质参数与气相Reynolds数、液相Weber数之间的关联式,可以较好地关联预测冷氢箱的传质性能。     

水力喷射空气旋流分离器脱氨

空气吹脱被广泛用于从废水中脱氨,但其过程效率有待提高。为了提高过程效率,提出了一种新型气-液吹脱设备——水力喷射空气旋流分离器（WSA）,并以废水中氨的吹脱进行了实验。与传统的吹脱设备相比,WSA表现出较好的气-液传质性能,使氨的吹脱效率大大提高。在氨的吹脱过程中,液相温度和空气流量是影响吹脱过程中氨体积传质系数的主要因素。空气流量对于体积传质系数存在一个临界值,超过此值时,体积传质系数随空气流量增加而迅速增大。液相中存在的固体颗粒物对于吹脱过程的传质几乎没有影响。在该设备中没有填料,不存在堵塞问题,因而可以进行较长时间的分离操作。     

电场强化臭氧向水中传质的试验研究

首次提出了利用电场强化臭氧向水中传质过程的方法,结果表明:电场能够强化臭氧向水中的传质过程,而且效果和电场的强弱有关,试验中所加电压越高,对于传质的加强效果越明显。当电压为8kV时,和没有电场的情况相比,总传质系数提高41%。该方法为研究臭氧向水中的传质提供了新的途径。     

非牛顿流体中气泡群传质的研究

CO2气泡群在液相中的传质在化工过程中广泛存在.对CO2气泡群在3种不同流体(牛顿流体、非弹性剪切变稀流体和黏弹性剪切变稀流体)中的气液传质过程进行了研究.利用CO2探针测定了不同操作条件下CO2的体积传质系数,考察了液相浓度,气体流量以及流变性质对体积传质系数的影响.结果表明:在3种流体中,体积传质系数均随气体流量的...     

微通道内离子液体/乙醇混合溶液吸收CO_2的传质特性

采用高速摄像仪对微通道内离子液体/乙醇混合溶液吸收CO_2的传质行为进行了实验研究。考察了弹状流型下气液两相流量比和离子液体浓度对液侧体积传质系数kLa和液侧传质系数kL的影响。当离子液体浓度不变时,kLa、kL均随气液流量比的升高而增大并逐渐趋于恒定。当液相流量不变时,对于不同浓度的离子液体溶液,液侧体积传质系数kLa和液侧传质系数kL随气液流量比的变化曲线出现了交叉点。在交叉点之前,kLa和kL均随着离子液体浓度的增大而减小;在交叉点之后,kLa和kL均随着离子液体浓度的增大而增大。提出了用于预测液侧体积传质系数kLa的新的量纲1经验关联式,预测效果良好。     

变螺距搭接螺旋折流板换热器综合性能

为解决三角区漏流对壳程综合性能的影响,设计提出变螺距搭接螺旋折流板换热器,并进行了数值模拟和综合性能分析。结果表明,变螺距搭接螺旋折流板换热器的综合性能主要受螺旋角组合方式、螺旋周期数量和工质物性参数影响;在一定程度上能够实现优化三角漏流区的目的,某些螺旋角组合方式下的换热器综合性能明显优于相同螺旋角下的等螺距换热器;当变螺距螺旋折流板换热器与等螺距螺旋折流板换热器综合性能相同时,其还具有强化壳侧传热或节省折流板用耗材和便于安装的优点。     

撞击流微反应器气液传质研究

在T型对撞反应器的基础上,对其结构进行改进,设计了旋流锥型对撞、T型旋撞和旋流锥型旋撞(二次旋转)3种撞击流反应器。用化学吸收法测量了这几种不同结构的微反应器在气液二相逆流接触条件下平均相界比表面积α及液相吸收传质系数kL;进而分析了反应器进口结构、尺寸和流体流量等条件对传质性能的影响。结果表明:旋撞比直撞的传质系数大,二次旋撞的比一次旋撞的传质系数要大;撞击区进口尺寸越小,气液流体的流量越大,反应器的传质系数越大;液相传质系数较常规气液接触设备的至少高1—2个数量级,其传质强化的原因主要源于微反应器内相界比表面积大幅度地增加。     

新型AmOn反应器好氧区流场优化与实验研究

基于气升式环流反应器原理设计的新型AnOn反应器,是集传统氧化沟和二沉池工艺于一体,同时实现有机物去除、反硝化脱氮除磷、污泥回流以及泥水分离等功能的高效污水处理生化反应器。曝气装置是该反应器的核心部件,不但起到曝气充氧、紊动传质的作用,而且还是整个反应器内液相垂直流动的动力来源。本文借助CFD技术,对好氧区曝气方式改进前后流场特征进行模拟,分析不同流场情况对好氧区紊动传质及处理效果的影响。实验表明,双管曝气方式下,中间一道曝气管的曝气搅拌作用破坏了单管曝气方式下的循环涡流,使得液速和气含率分布更加均匀合理,好氧区流场更加有利于气液和液固传质,相同曝气量条件下污水处理效果得到很大加强。     

周期操作双腔反应器传质特征研究

本文提出一种新型气—液—固三相反应器。并对其传质特性进行了研究。这种周期操作双腔反应器可较大幅度强化溶氧传质速度,在相同的气—液流量比下,周期操作与稳态操作相比,平均溶氧传质系数可增大5-30％。同时,本文还确定了在固定的气—液流量比下每种填料床的最优脉动频率。     

微通道内MEA/MDEA混合溶液吸收CO2的传质特性

研究了T形微通道内N-甲基二乙醇胺（MDEA）和单乙醇胺（MEA）混合水溶液吸收CO₂的传质过程。考察了弹状流型下气液两相流量、MEA和MDEA浓度对液侧传质系数k_L和体积传质系数k_La的影响。液侧传质系数和体积传质系数均会随着MEA浓度的升高而升高。与MEA相比,MDEA浓度的提高对传质影响较小。传质系数会随着液体流量的增大而增大,但气体流量的变化对其影响较小。体积传质系数随液体流量的增大而增大,但随气体流量的增大先增大,之后趋于稳定。考虑到化学反应对传质的强化作用,引入了Hatta数,提出了一个新的体积传质系数预测式,预测效果良好。