複合膜生物反應器的流動效應和傳質機理

《複合膜生物反應器的流動效應和傳質機理》是依託大連理工大學,由劉志軍擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複合膜生物反應器的流動效應和傳質機理
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉志軍

項目摘要

本項目的研究從厭氧氨氧化工藝入手，設計了厭氧氨氧化和部分硝化一體化的複合生物膜反應器，以這種複合膜生物反應器為依託，分析生物膜的三維多孔立體結構，研究廢水脫氮生物反應器內複合生物膜體系的承凝臭流動效應、傳質機理和生物降解特性。重點引入滲流力學的概念和動力彌散傳質理論，結合基質滲流穿膜傳遞過程和修正的雙營養底物的Monod生物動力學模型的耦合模型，進行深入的理論分析，建立新的複合生物膜傳遞過程模型，並進行數值求解。同時，結合實驗室規模反應器的實驗數據，從理論和實驗兩個方面對反應器的性能參數進行全面評價，以便更好地理解複合生物膜反應器內部發生的真實情況，為厭氧氨氧化廢水脫氮處理工藝提供理論依據和設計指導。本項目的研究對於其它工藝過程中涉及生物膜及其依附生長的多孔介質內部的滲流行為、傳質機理、生物增長和生物反應耦合問題的研究，也具有重要的理論意義和套用價值。

結題摘要

複合生物膜反應器是廢水同時脫除碳、氮處理工藝過程中的核心設備，研究物質在複合生物膜內的滲流、輸運、傳質、生物反應過程及其過程參數間的耦合特棄墊催性是廢水複合處理工藝的基礎問題，對複合生物膜反應器、生物修復技術和生物屏障阻斷技術等均具有重要的理論價值。本項目從厭氧氨氧化工藝入手，設計了厭氧氨氧化和部分硝化一體化的複合生物膜反應器，以這種複合膜生物反應器為依託，分析生物膜的三維多孔立體結構，研究了廢水脫氮生物反應器內複合生物膜體系的流動效應、傳質機理和生物降解特性。引入滲流力學的概念和動力彌散傳質理論，結合基質滲流穿膜傳遞過程達慨旋刪和修正的雙營養底物的剃去放Monod生物動力學模型的耦合模型，進行了深入的理論分析，建立了遷主贈頌複合生物膜傳遞過程模型，並進行數值求解。同時，結合實驗室規模反應器的實驗數據，從理論和實驗兩個方面對反應器的性能參數進行了全面評價，分析了複合生物膜反應器內部發生的真實情況，為厭氧氨氧化廢水脫氮處理工藝提供理論依據和設計指導。 建立了多套氧氨氧化複合生物膜反應器並成功啟動，考察反應器的脫碳和脫氮性能。經過長時間運行，亞硝氮和總氮的去除量達到較大值，反應器具有抗衝擊負荷的能力和穩定性。建立了包含擴散-對流和反應三個過程的生物膜傳質模型，考察了生物膜內溶氧傳質情況和微生物生長過程的規律，並研究了相雅元關環境因素對以上兩個過程的影響，獲得了基於該模型的最佳模型參數，實驗數據與模型計算結果吻合很好。 在生物膜傳質方程中耦合了N-S方程和Brinkman滲流方程，研究了液相主體的水力條件對作為多孔介質的生物膜內滲流速度場的影響，以及液相主體的水力樂洪再條件對各向異性的生物膜內傳質的影響和生物膜內擴散對流傳質情況，同時考察了生物膜厚度對流動邊界層厚度和液相到生物膜內傳質阻力的影響。