新型軟結(jié)構(gòu)ABR反應(yīng)器水力特性的研究畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料之二（1）安徽工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專 業(yè)： 環(huán)境工程 題 目： 新型軟結(jié)構(gòu)ABR反應(yīng)器水力特性的研究 作 者 姓 名： 導(dǎo)師及職稱： （教授） 導(dǎo)師所在單位： 生物與化學(xué)工程學(xué)院 2011年 6 月 日安徽工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 2011 屆 生物化學(xué)工程 學(xué)院 環(huán) 境 工 程 專業(yè)學(xué)生姓名： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目中文：新型軟結(jié)構(gòu)ABR反應(yīng)器水力特性的研究英文：Study on the New soft structure ABR reactor hydraulic Characteristics 原始資料1. 林長(zhǎng)松,袁旭峰,王小芬等. 炭纖維載體固

2、定床厭氧發(fā)酵啟動(dòng)運(yùn)行效果實(shí)驗(yàn). 環(huán)境工程學(xué)報(bào).2009,3(9) :15571562. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)內(nèi)容1. 課題研究的意義目前國(guó)內(nèi)數(shù)百家焦化廠和煤氣廠，年廢水排放量達(dá)1億噸以上。焦化廢水一直是環(huán)境監(jiān)測(cè)站重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象。焦化廠廢水主要有間接冷卻水、除塵洗滌水和酚氰廢水三類，其中酚氰廢水是焦化廠主要污染源。酚氰廢水主要由蒸氨、焦油精制、苯粗精加工、煤氣終冷等工藝環(huán)節(jié)產(chǎn)生的，因含有揮發(fā)酚，硫化物和氰化物等有毒有害污染物，同時(shí)還含有高濃度氨氮，還存在一些難生物降解的雜環(huán)和稠環(huán)化合物（如吡啶、萘、吲哚、喹啉等），如不經(jīng)處理直接排放水體，會(huì)使水生生物中毒甚至死亡；灌溉農(nóng)田會(huì)使作物減產(chǎn)或枯死；人飲用

3、被其污染的水或食用被污染的魚(yú)類和農(nóng)作物，會(huì)引起慢性中毒，出現(xiàn)頭暈、嘔吐、貧血等癥狀。據(jù)國(guó)家冶金局的統(tǒng)計(jì)，90%以上的焦化企業(yè)對(duì)焦化廢水的處理效果不理想，難以達(dá)標(biāo)排放，其中最為突出的是COD去除率80%，氨氮去除率僅為60%左右，因水質(zhì)波動(dòng)引起系統(tǒng)失效20多天難以恢復(fù)，為國(guó)家行業(yè)重點(diǎn)解決的技術(shù)難題。本課題是安徽省自然科學(xué)基金重點(diǎn)課題“利用選煤廠洗水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)焦化廢水零排放新工藝基礎(chǔ)研究”的部分內(nèi)容。為解決焦化廠焦化廢水處理達(dá)標(biāo)提出有效途徑進(jìn)行應(yīng)用基礎(chǔ)研究。本研究的意義在于提出新型軟結(jié)構(gòu)厭氧折流板反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的設(shè)想，以焦化廢水為研究對(duì)象，研究新反應(yīng)器對(duì)焦化廢水的處理效果，解決目前焦化行業(yè)中出水超標(biāo)的問(wèn)

4、題。為提高焦化廢水處理效果，實(shí)現(xiàn)焦化廢水零排放新工藝提供理論支持。2. 本課題研究的主要內(nèi)容（1）自制折流反應(yīng)器，以活性炭纖維氈為反應(yīng)器內(nèi)部主體材料的新型軟結(jié)構(gòu)折流反應(yīng)器，尋找反應(yīng)器最佳結(jié)構(gòu)。（2）清水實(shí)驗(yàn)以有機(jī)玻璃板為反應(yīng)器內(nèi)擋板，用活性艷紅作為示蹤劑，進(jìn)行清水實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)反應(yīng)器內(nèi)部流體運(yùn)動(dòng)參數(shù)，確定流體的水力特性；以活性炭纖維氈為反應(yīng)器內(nèi)部擋板，進(jìn)行清水實(shí)驗(yàn)，比較兩種條件下，反應(yīng)器內(nèi)部流體水力特性的差異。3. 提交的成果（1）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）正文；（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄；（3）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；（4）外文文獻(xiàn)及其譯文；（5）主要參考文獻(xiàn)的題錄及提要。指導(dǎo)教師（簽字） 教研室主任（簽字）批 準(zhǔn) 日 期接

5、受任務(wù)書日期完 成 日 期接受任務(wù)書學(xué)生（簽字）新型軟結(jié)構(gòu)ABR反應(yīng)器水力特性的研究摘要厭氧折流板(ABR)反應(yīng)器是一種新型高效的厭氧生物反應(yīng)器，但是目前國(guó)內(nèi)對(duì)于其機(jī)理分析方面的研究較少。本課題主要是設(shè)計(jì)活性炭纖維氈為反應(yīng)器內(nèi)部主體材料的新型軟結(jié)構(gòu)ABR反應(yīng)器，對(duì)常規(guī)ABR反應(yīng)器和新型軟結(jié)構(gòu)ABR反應(yīng)器進(jìn)行清水實(shí)驗(yàn)，測(cè)試其水力特性，尋找反應(yīng)器的最佳結(jié)構(gòu)。本次實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果：以有機(jī)玻璃為ABR反應(yīng)器內(nèi)部擋板時(shí)，在沒(méi)有污泥的時(shí)候的反應(yīng)器停留時(shí)間分布只與反應(yīng)器本身構(gòu)造相關(guān)；當(dāng)隔室數(shù)一定時(shí)，隨著HRT的增大由推流向完全混流轉(zhuǎn)變。當(dāng)以活性炭纖維氈為反應(yīng)器內(nèi)部擋板時(shí)，活性炭纖維氈擋板對(duì)ABR反應(yīng)器的水力停留

6、時(shí)間分布影響沒(méi)有一定的規(guī)律；當(dāng)隔室數(shù)一定時(shí)，隨著HRT的曾由推流向完全混流轉(zhuǎn)變。在隔室數(shù)一定及HRT相同的條件下，以活性炭纖維氈為反應(yīng)器內(nèi)部擋板比以有機(jī)玻璃為擋板的出現(xiàn)的曲線峰值高，且以活性炭纖維氈為反應(yīng)器內(nèi)部擋比以有機(jī)玻璃為擋板的推流現(xiàn)象有所減弱。關(guān)鍵詞：ABR 清水實(shí)驗(yàn) 水力停留時(shí)間AbstractAnaerobic Baffled (ABR) reactor is a new and efficient anaerobic reactor, but at present the mechanism for its analysis of the domestic research les

7、s. The main subject is the design of activated carbon fiber felt is main material of the reactor internal structure of the new soft ABR reactor, conventional ABR reactor and a new structure of ABR reactor soft water experiments to test its hydraulic characteristics, find the best structure for the r

8、eactor .The experimental results: the glass as the ABR reactor internal baffle, in the absence of sludge when the reactor residence time distribution only structure associated with the reactor itself; When a certain number of compartments, with the push of HRT increases the flow completely mixed by

9、the change. When activated carbon fiber felt as the internal baffle reactor, the activated carbon fiber felt baffle the ABR reactor hydraulic residence time distribution does not necessarily affect the law; When a certain number of compartments, with the HRT, the flow was fully mixed by a push chang

10、e. Compartment and in a certain number of HRT under the same conditions, activated carbon fiber felt for the reactor internal baffle plate than to the emergence of plexiglass for the high peak of the curve, and the activated carbon fiber felt internal gear ratio for the reactor to plexiglass pushed

11、for the tailgate of the flow phenomenon has been weakened.Keywords: ABR Experimental of clean water HRT朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音字典名詞 summaryabstract目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc296164723 引言 PAGEREF _Toc296164723 h - 1 - HYPERLINK l _Toc296164724 第1章 緒論 PAGEREF _Toc296164724 h - 2 - HYPERLINK l _Toc296164

12、725 1.1 課題背景 PAGEREF _Toc296164725 h - 2 - HYPERLINK l _Toc296164726 1.1.1 課題來(lái)源 PAGEREF _Toc296164726 h - 2 - HYPERLINK l _Toc296164727 課題研究的目的及意義 PAGEREF _Toc296164727 h - 2 - HYPERLINK l _Toc296164728 焦化廢水概述 PAGEREF _Toc296164728 h - 2 - HYPERLINK l _Toc296164729 焦化廢水的來(lái)源 PAGEREF _Toc296164729 h -

13、2 - HYPERLINK l _Toc296164730 焦化廢水的特點(diǎn)及危害 PAGEREF _Toc296164730 h - 3 - HYPERLINK l _Toc296164731 1.2.3 現(xiàn)代焦化廢水處理技術(shù)概況 PAGEREF _Toc296164731 h - 3 - HYPERLINK l _Toc296164732 1.3 折流板反應(yīng)器的研究發(fā)展 PAGEREF _Toc296164732 h - 5 - HYPERLINK l _Toc296164733 1.3.1 折流板反應(yīng)器的工作原理 PAGEREF _Toc296164733 h - 5 - HYPERLIN

14、K l _Toc296164734 1.3.2 厭氧折流板反應(yīng)器的特點(diǎn)： PAGEREF _Toc296164734 h - 5 - HYPERLINK l _Toc296164735 1.3.3 厭氧折流板反應(yīng)器的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc296164735 h - 6 - HYPERLINK l _Toc296164736 1.4 課題研究的主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc296164736 h - 7 - HYPERLINK l _Toc296164737 清水實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc296164737 h - 7 - HYPERLINK l _Toc2961647

15、38 停留時(shí)間分布函數(shù)的測(cè)定 PAGEREF _Toc296164738 h - 7 - HYPERLINK l _Toc296164739 1.4.3 模型的擬合及建立 PAGEREF _Toc296164739 h - 7 - HYPERLINK l _Toc296164740 第2章 實(shí)驗(yàn)裝置與方案 PAGEREF _Toc296164740 h - 8 - HYPERLINK l _Toc296164741 2.1 實(shí)驗(yàn)裝置 PAGEREF _Toc296164741 h - 8 - HYPERLINK l _Toc296164742 2.2 實(shí)驗(yàn)方案 PAGEREF _Toc2961

16、64742 h - 9 - HYPERLINK l _Toc296164743 試驗(yàn)測(cè)定技術(shù) PAGEREF _Toc296164743 h - 9 - HYPERLINK l _Toc296164744 2.2.2 實(shí)驗(yàn)方法 PAGEREF _Toc296164744 h - 10 - HYPERLINK l _Toc296164745 2.3 實(shí)驗(yàn)主要儀器與藥品 PAGEREF _Toc296164745 h - 10 - HYPERLINK l _Toc296164746 第3章 ABR反應(yīng)器中物料混合狀態(tài)分析方法 PAGEREF _Toc296164746 h - 11 - HYPER

17、LINK l _Toc296164747 3.1 停留時(shí)間分布 PAGEREF _Toc296164747 h - 11 - HYPERLINK l _Toc296164748 停留時(shí)間分布密度 PAGEREF _Toc296164748 h - 11 - HYPERLINK l _Toc296164749 停留時(shí)間分布函數(shù) PAGEREF _Toc296164749 h - 11 - HYPERLINK l _Toc296164750 階躍法 PAGEREF _Toc296164750 h - 12 - HYPERLINK l _Toc296164751 3.2 停留時(shí)間分布的數(shù)字特征 PA

18、GEREF _Toc296164751 h - 12 - HYPERLINK l _Toc296164752 數(shù)學(xué)期望 PAGEREF _Toc296164752 h - 13 - HYPERLINK l _Toc296164753 方差 PAGEREF _Toc296164753 h - 13 - HYPERLINK l _Toc296164754 對(duì)比時(shí)間 PAGEREF _Toc296164754 h - 14 - HYPERLINK l _Toc296164755 非理想流動(dòng)模型 PAGEREF _Toc296164755 h - 14 - HYPERLINK l _Toc296164

19、756 多釜串聯(lián)模型 PAGEREF _Toc296164756 h - 14 - HYPERLINK l _Toc296164757 軸向擴(kuò)散模型 PAGEREF _Toc296164757 h - 15 - HYPERLINK l _Toc296164758 第四章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 PAGEREF _Toc296164758 h - 16 - HYPERLINK l _Toc296164759 4.1 艷紅溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線 PAGEREF _Toc296164759 h - 16 - HYPERLINK l _Toc296164760 清水實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析 PAGEREF _Toc296164

20、760 h - 16 - HYPERLINK l _Toc296164761 4.2.1 有機(jī)玻璃擋板實(shí)驗(yàn)的停留時(shí)間分布結(jié)果的分析 PAGEREF _Toc296164761 h - 16 - HYPERLINK l _Toc296164762 4.2.2 活性炭纖維氈擋板實(shí)驗(yàn)的停留時(shí)間分布結(jié)果的分析 PAGEREF _Toc296164762 h - 18 - HYPERLINK l _Toc296164763 4.2.3 兩次清水實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較 PAGEREF _Toc296164763 h - 20 - HYPERLINK l _Toc296164764 結(jié)論與展望 PAGEREF _To

21、c296164764 h - 23 - HYPERLINK l _Toc296164765 致謝 PAGEREF _Toc296164765 h - 24 - HYPERLINK l _Toc296164766 參考文獻(xiàn)： PAGEREF _Toc296164766 h - 25 - HYPERLINK l _Toc296164767 附錄1 實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc296164767 h - 26 - HYPERLINK l _Toc296164768 附錄2 外文翻譯 PAGEREF _Toc296164768 h - 33 - HYPERLINK l _Toc2961647

22、69 附錄3 PAGEREF _Toc296164769 h - 47 -插圖清單 TOC h z c 圖表 HYPERLINK l _Toc296006044 圖 21折流板反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖 PAGEREF _Toc296006044 h - 8 - HYPERLINK l _Toc296006045 圖 22折流板反應(yīng)器實(shí)物圖 PAGEREF _Toc296006045 h - 9 - HYPERLINK l _Toc296006046 圖41艷紅溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線 PAGEREF _Toc296006046 h - 16 - HYPERLINK l _Toc296006047 圖 42清水實(shí)驗(yàn)（1

23、）不同HRT條件下ABR反應(yīng)器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 PAGEREF _Toc296006047 h - 18 - HYPERLINK l _Toc296006048 圖 43清水實(shí)驗(yàn)（2）不同HRT條件下ABR反應(yīng)器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 PAGEREF _Toc296006048 h - 19 - HYPERLINK l _Toc296006049 圖 44不同擋板5號(hào)隔室實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較 PAGEREF _Toc296006049 h - 21 -表格清單 TOC h z c 表格 HYPERLINK l _Toc296005669 表 41清水實(shí)驗(yàn)（1）結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 PAGEREF _Toc296005669 h

24、- 18 - HYPERLINK l _Toc296005670 表 42清水實(shí)驗(yàn)（2）結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 PAGEREF _Toc296005670 h - 20 - HYPERLINK l _Toc296005671 表 43不同擋板情況下方差比較 PAGEREF _Toc296005671 h - 21 -引言目前國(guó)內(nèi)數(shù)百家焦化廠和煤化廠，年廢水排放量達(dá)1億噸以上。焦化廢水一直是環(huán)境監(jiān)測(cè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象。焦化廠廢水主要有間接冷卻水、除塵洗滌水河酚氰廢水三類，其中酚氰廢水是焦化廠主要污染源。酚氰廢水主要由蒸氨、焦油精制、苯粗精加工、煤氣終冷等工藝環(huán)節(jié)產(chǎn)生的，因含有揮發(fā)酚，硫化物和氰化物等有毒有害污染物

25、，同時(shí)還含有高濃度氨氮，還存在一些難生物降解的雜環(huán)和稠環(huán)化合物（如吡啶、萘、吲哚、喹啉等），如不經(jīng)處理直接排放水體，會(huì)使水生生物中毒甚至死亡；灌溉農(nóng)田會(huì)使作物減產(chǎn)或枯死；人引用被其污染的水或食用被污染的魚(yú)類和農(nóng)作物，會(huì)引起慢性中毒，會(huì)出現(xiàn)頭暈、嘔吐、貧血等癥狀。 據(jù)國(guó)家冶金局的統(tǒng)計(jì)，90%以上的焦化企業(yè)對(duì)焦化廢水的處理效果不理想，難以達(dá)標(biāo)排放，其中最為突出的是COD去除率80%，氨氮去除率僅為60%左右，因水質(zhì)波動(dòng)而引起的系統(tǒng)失效20多天難以恢復(fù)，為國(guó)家行業(yè)重點(diǎn)解決的技術(shù)難題。自70年代初開(kāi)始焦化廢水的治理工作，通過(guò)多年的不懈努力，焦化廢水治理已取得了較大的進(jìn)展，污染基本得到控制了；高濃度的酚

26、氰廢水進(jìn)處理濃度有所降低，出水COD也有所降低，但是離達(dá)標(biāo)排放仍有一段距離。為了探索ABR反應(yīng)器處理焦化廢水的效果，本文對(duì)ABR的水力特性進(jìn)行了研究。焦化廢水之所以難于生物降解，主要是廢水中含有大量的高濃度生物難降解物質(zhì)，甚至是生物毒性物質(zhì)。所以，一方面，降低廢水的生物抑制作用或生物毒性，提高廢水的可生化性就成為問(wèn)題的關(guān)鍵所在；另一方面，尋求除生物法以外的其他處理方法或可與生物法聯(lián)合的方法，往往也可達(dá)到同樣的目的甚至取得更好的效果。現(xiàn)今，國(guó)內(nèi)外污水處理界之所以大量采用生物法處理廢水，主要是由于生物法較之其他方法成本低廉，產(chǎn)物對(duì)環(huán)境基本無(wú)影響甚至可以回收副產(chǎn)物，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。而其他方法，比如化學(xué)

27、法、物理化學(xué)法、電化學(xué)法、土地處理法等，存在運(yùn)行成本較高，產(chǎn)物會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大的影響，在操作運(yùn)行上依賴于現(xiàn)有資源條件或難于控制等諸多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。但是，在很好解決這些方法的附帶問(wèn)題后，其中的一些方法在其適用范圍內(nèi)有著較好的處理效果。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,廢水排放量逐年增加,水環(huán)境受到嚴(yán)重污染,急需建設(shè)大批水處理設(shè)施,但卻面臨著資金和技術(shù)上的困難。ARB作為一種新型高效厭氧處理工藝,結(jié)合了第二代反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn),并克服了一些反應(yīng)器的不足之處,如厭氧濾池所需的成本較高的濾料和UASB反應(yīng)器所需的工藝復(fù)雜的三相分離器,因而ARB具有工藝簡(jiǎn)單,造價(jià)較低的優(yōu)點(diǎn)。另外,ARB還具有生物截留能力強(qiáng),運(yùn)行管理方便,

28、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。因此,ARB在我國(guó)高濃度工業(yè)有機(jī)廢水(如釀造、造紙、制革廢水等)的污染控制中有很好的研究開(kāi)發(fā)價(jià)值和推廣應(yīng)用前景。但對(duì)于ABR反應(yīng)器在實(shí)際工程中進(jìn)一步推廣之前,仍需要進(jìn)行大量的試驗(yàn),結(jié)合機(jī)理分析,以便深入地了解其工藝特性。例如,關(guān)于反應(yīng)器構(gòu)造的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,以及反應(yīng)器內(nèi)生物的分布狀況還需要進(jìn)一步深入探討。目前尤為缺乏的是對(duì)ABR處理工藝的機(jī)理研究。第1章 緒論1.1 課題背景1.1.1 課題來(lái)源本課題是安徽省自然科學(xué)基金重點(diǎn)課題“利用選煤廠洗水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)焦化廢水零排放新工藝基礎(chǔ)研究”部分內(nèi)容。為解決焦化廠焦化廢水的處理達(dá)標(biāo)提出有效途徑進(jìn)行應(yīng)用基礎(chǔ)研究。目前國(guó)內(nèi)數(shù)百家焦化廠和煤化廠，

29、年廢水排放量達(dá)1億噸以上。焦化廢水一直是環(huán)境監(jiān)測(cè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象。焦化廠廢水主要有間接冷卻水、除塵洗滌水河酚氰廢水三類，其中酚氰廢水是焦化廠主要污染源。酚氰廢水主要由蒸氨、焦油精制、苯粗精加工、煤氣終冷等工藝環(huán)節(jié)產(chǎn)生的，因含有揮發(fā)酚，硫化物和氰化物等有毒有害污染物，同時(shí)還含有高濃度氨氮，還存在一些難生物降解的雜環(huán)和稠環(huán)化合物（如吡啶、萘、吲哚、喹啉等），如不經(jīng)處理直接排放水體，會(huì)使水生生物中毒甚至死亡；灌溉農(nóng)田會(huì)使作物減產(chǎn)或枯死；人引用被其污染的水或食用被污染的魚(yú)類和農(nóng)作物，會(huì)引起慢性中毒，會(huì)出現(xiàn)頭暈、嘔吐、貧血等癥狀。 據(jù)國(guó)家冶金局的統(tǒng)計(jì)，90%以上的焦化企業(yè)對(duì)焦化廢水的處理效果不理想，難以達(dá)標(biāo)

30、排放，其中最為突出的是COD去除率80%，氨氮去除率僅為60%左右，因水質(zhì)波動(dòng)而引起的系統(tǒng)失效20多天難以恢復(fù)，為國(guó)家行業(yè)重點(diǎn)解決的技術(shù)難題。 本研究的意義在于提出新型軟結(jié)構(gòu)厭氧折流板反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的設(shè)想，以焦化廢水為研究對(duì)象，研究新反應(yīng)器對(duì)焦化廢水的處理效果，解決目前焦化行業(yè)中出水超標(biāo)的問(wèn)題。為提高焦化廢水處理效果，實(shí)現(xiàn)焦化廢水零排放新工藝提供理論支持。焦化廢水是在煤高溫裂解得到焦炭和煤氣的生產(chǎn)過(guò)程中回收焦油、苯等副產(chǎn)品而產(chǎn)生的，其主要來(lái)源有：（1）煤高溫干餾和荒煤氣冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的剩余氨水；（2）煤氣凈化過(guò)程中產(chǎn)生的煤氣終冷水及粗苯分離水；（3）粗焦油加工、苯精制、精酚生產(chǎn)及古馬隆生產(chǎn)等過(guò)程產(chǎn)

31、生的污水；（4）接觸煤、焦粉塵等物質(zhì)的廢水。這幾種廢水中，一般剩余氨水占廢水總量的5070，是焦化廢水處理的重點(diǎn)。對(duì)于典型的焦化廢水，其水質(zhì)具有如下特點(diǎn)及危害：（1）成分復(fù)雜、濃度高。焦化廢水所含污染物可分為無(wú)機(jī)物和有機(jī)物兩大類，無(wú)機(jī)物一般以銨鹽形式存在，包括（NH4）2CO3、（NH4）HCO3、（NH4）2SO4、NH4Cl、NH4CN、NH4HS、NH4SCN、（NH4）2S2O3等，它們是焦化廢水中NH4N的一部分；有機(jī)物以酚類化合物為主，包括苯酚、酚的同系物以及萘、蒽、苯并比等多環(huán)類化合物，另外還有雜環(huán)類化合物，包括二氮雜苯、氮雜苊、氮雜菲、吡啶、喹啉、吲哚等。典型焦化廢水的CODC

32、r一般為2 500 mg/L4 500 mg/L，甚至更高，BOD5為1200mg/L2000mg/L，NH4N為400mg/L1000 mg/L。另外，焦化廢水中的油分、酚、氰化物、硫化物也分別高達(dá)200mg/L1 000 mg/L、150 mg/L200 mg/L、10 mg/L20 mg/L、6 mg/L15mg/L。（2）含有大量的難降解及有毒有害物質(zhì)。焦化廢水中有多種有機(jī)成分、無(wú)機(jī)成分，其中大部分是生物難降解甚至生物毒性物質(zhì)，這些物質(zhì)對(duì)微生物尤其是硝化菌和反硝化菌的生長(zhǎng)繁殖具有較強(qiáng)的抑制作用。（3）NH4N濃度大。典型焦化廢水中的NH44N一般為400mg/L1 000 mg/L。N

33、H4N濃度太高，會(huì)嚴(yán)重抑制硝化菌的活性發(fā)揮，且NH4N經(jīng)硝化生成NO4N、NO4N，消耗水中的溶解氧，會(huì)造成水體缺氧使水質(zhì)惡化，并且NO3N也是一種致癌物質(zhì)。（4）含有危害水生生物和人體的劇毒及致癌物質(zhì)。劇毒物質(zhì)包括一些氰化物和硫氰化物，通過(guò)反應(yīng)可以轉(zhuǎn)化為HCN，以低濃度致死；或者轉(zhuǎn)化為NH4N，對(duì)硝化菌產(chǎn)生抑制作用。廢水中的不少多環(huán)芳烴和雜環(huán)化合物是“三致”物質(zhì)，危害人體健康。（5）可生化性較差。典型焦化廢水的m（BOD5/CODC）r值較低，約為0.30.4或更低；氰化物一般在10 mg/L20 mg/L之間，在毒物抑制條件下更增加了生物處理難度。陳啟斌等人對(duì)經(jīng)預(yù)處理的焦化廢水水解酸化10

34、 h后，其m（BOD5/CODC）r值由原來(lái)的0.270.29提高到0.320.39，可平均提高14。但在焦化廢水的生物處理實(shí)踐中，仍有諸多技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題需深入研究。1.2.3 現(xiàn)代焦化廢水處理技術(shù)概況1. 化學(xué)法與物理化學(xué)法（1） Fenton試劑法Fenton試劑是Fe2和H2O2混合得到的一種強(qiáng)氧化劑（可產(chǎn)生氧化能力很強(qiáng)的OH自由基），對(duì)于難生物降解的有機(jī)廢水，該法具有反應(yīng)迅速、溫度和壓力等反應(yīng)條件易于滿足、無(wú)二次污染等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注并給予較為廣泛的研究。劉紅等人采用Fenton試劑催化氧化混凝法處理焦化廢水，結(jié)果表明，將廢水溫度控制在80左右，投加0.6 g/L的

35、Fe2及7.2 g/L的H2O2，反應(yīng)1.5 h后，調(diào)pH值到7.6左右，投加10mL/L的混凝劑聚硅硫酸鋁混凝沉降，廢水中CODCr的去除率可達(dá)96.7。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)enton試劑有自動(dòng)將廢水反應(yīng)體系的pH值調(diào)到2.53.0的特性，從而減少了處理的藥劑成本與設(shè)備投資，簡(jiǎn)化了運(yùn)行操作。(2) TiO2光催化氧化法TiO2光催化法是一項(xiàng)新興的廢水治理技術(shù)，其可將廢水中的多種生物難降解有機(jī)物，甚至是一些低價(jià)毒性金屬氧化物，完全礦化為二氧化碳、水和無(wú)毒性的氧化物，而且反應(yīng)過(guò)程操作簡(jiǎn)便、設(shè)備易得、無(wú)二次污染、具有良好的經(jīng)濟(jì)性。徐長(zhǎng)城等人采用TiO2光催化法降解含酚焦化廢水，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在550下焙燒Ti

36、O2薄膜玻片60 min、高壓汞燈光照5 h、廢水pH值在2.0左右，廢水中的苯酚可得到較好的去除；而且，廢水的初始濃度較低時(shí)苯酚光解率較高，投加氧化劑（如H2O2）可大幅提高廢水中苯酚的光解率。(3) 催化濕式氧化法催化濕式氧化技術(shù)一般是指在一定的溫度（高溫150350）和壓力（高壓0.5 MPa20 MPa）下，在催化劑作用下，用氧氣將廢水中的有機(jī)物和氨氮等污染物氧化，最終轉(zhuǎn)化為CO2和N2等無(wú)害物質(zhì)的技術(shù)。該技術(shù)具有氧化速度快、處理效率高、設(shè)備體積小、二次污染小等諸多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)處理高濃度難降解有機(jī)廢水有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但同時(shí)也要注意催化劑的溶出，以及對(duì)反應(yīng)設(shè)備耐高溫、高壓和酸腐蝕的要求。朱靜

37、等人采用載銀活性炭/過(guò)氧化氫催化氧化法對(duì)焦化廢水進(jìn)行處理后發(fā)現(xiàn)，用5.0的AgNO3溶液浸泡活性炭，在250下活化作為吸附催化劑；并在pH值為3的條件下，用3.4的H2O2溶液作氧化劑，可使焦化廢水的，CODCr去除率達(dá)87.67以上。2電化學(xué)方法近年來(lái)，電化學(xué)方法被證明是一種快捷、有效的污水處理方法，它可以高效處理多種高濃度、難（生物）降解有機(jī)廢水。目前，較多研究的用于處理難降解廢水的電化學(xué)方法主要有3類：超聲波及其與其他方法（生物、物化等）的組合方法，脈沖放電方法和微電解方法。(1) 超聲波及其組合方法用超聲波輻照處理廢水，可使廢水中的易降解有機(jī)物降解，并使部分難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化成易降解有機(jī)

38、物，并使惰性有機(jī)物量減少，生物毒性物質(zhì)喪失毒性。寧平、徐金球等人在應(yīng)用超聲空化效應(yīng)結(jié)合活性污泥法預(yù)處理焦化廢水的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)焦化廢水，CODCr初始值為807mg/L時(shí)，pH值為8.17，水溫T為25，經(jīng)聲能密度為0.220 W/m3的超聲波輻照并曝氣240 min后，CODCr的降解率達(dá)到76.9。(2) 脈沖放電法脈沖放電等離子體用于廢水處理是基于：超窄脈沖電暈放電產(chǎn)生的非平衡等離子體是一種無(wú)需輻射屏蔽的高能電子源，其具有形成自由基所需的能量；而且，超窄脈沖電暈上升時(shí)間短，其能量基本上不消耗在對(duì)產(chǎn)生自由基無(wú)用的離子加速遷移上，而是作用在電子上，使電子獲得充足的能量，促進(jìn)激發(fā)裂解或電離，產(chǎn)

39、生自由基；同時(shí)，該技術(shù)不僅利用放電所產(chǎn)生的高能電子，還利用放電所產(chǎn)生的紫外線和臭氧，形成高能電子、紫外線、臭氧的綜合作用效果。何正浩等人采用脈沖電暈放電非平衡等離子體技術(shù)對(duì)焦化廢水進(jìn)行處理，研究發(fā)現(xiàn)，焦化廢水噴霧形式的脈沖電暈放電對(duì)廢水中氰化物的脫除率達(dá)90以上，酚的脫除率接近70，對(duì)NH4N和COD的脫除效果不明顯，但可使廢水的可生化性得到提高。(3) 微電解法微電解法（也稱內(nèi)電解法或鐵屑過(guò)濾法）是利用金屬腐蝕原理，以FeC形成原電池對(duì)廢水進(jìn)行處理的工藝。其主要反應(yīng)和作用有：陽(yáng)極鐵與陰極Fe3C雜質(zhì)的原電池反應(yīng)；Fe2和廢水中有機(jī)物的氧化還原反應(yīng)；鐵與碳化鐵雜質(zhì)原電池的電化學(xué)附集作用；鐵屑的

40、物理吸附作用；鐵離子的絮凝作用；Fe（OH）3對(duì)硫化物（S2）和CN等有機(jī)物的沉淀作用。張文藝等人采用微電解法對(duì)焦化廢水進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)果表明，微電解法不僅能去除廢水中的COD、酚、氰、硫化物等有機(jī)污染物，而且還能提高廢水的可生化性。當(dāng)進(jìn)水，CODCr為2 200mg/L2 400 mg/L、pH值為3.03.2、微電解水力停留時(shí)間為55min65 min、Fe/C體積比為11.5時(shí)，CODCr的去除率可達(dá)70左右；酚、氰、硫化物的去除率分別為76.8、65.9、70.3，m（BOD5/CODC）r可由0.28提高到0.54。1.3 折流板反應(yīng)器的研究發(fā)展1.3.1 折流板反應(yīng)器的工作原理對(duì)不同

41、種類化合物的厭氧消化過(guò)程和反應(yīng)器技術(shù)的新理解就將會(huì)發(fā)展出有前景的新一代反應(yīng)器。在展望先進(jìn)的厭氧處理技術(shù)時(shí)，Lettniga提出了階段化多相厭氧(staged Multi-Phase Anaerobi。，簡(jiǎn)稱SMPA)反應(yīng)器1，它不僅能夠在更高的負(fù)荷率下提供更好的處理效率，而且還適應(yīng)于極端的環(huán)境條件和具有抑制性化合物的條件特點(diǎn)。在ABR反應(yīng)器內(nèi)使用了一系列擋板使含有機(jī)污染物的廢水從流入到流出順擋板自下而上流，這些擋板將反應(yīng)器分隔成串聯(lián)的幾個(gè)反應(yīng)室，每個(gè)反應(yīng)室自下而上流，這些擋板將反應(yīng)器分隔成串聯(lián)的幾個(gè)反應(yīng)室，每個(gè)反應(yīng)室都相當(dāng)于一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的上流式污泥床系統(tǒng)(UpnowAnaerobiesludg

42、eBed，簡(jiǎn)ASB)，廢水進(jìn)入反應(yīng)器后沿導(dǎo)流板自下而上折流前進(jìn)，順序通過(guò)每個(gè)反應(yīng)室的污泥床，廢水中的有機(jī)基質(zhì)與每格室的微生物充分接觸而得到降解。廢水流動(dòng)和處理過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣使反應(yīng)器內(nèi)的微生物在折流板所形成的格室內(nèi)作膨脹和沉淀作用，但是由于導(dǎo)流板的阻擋和污泥自身的沉降性能，污泥在水平方向的流速極其緩慢，從而大量的厭氧污泥被截留在反應(yīng)室中2一4。由此可見(jiàn)，ABR反應(yīng)器是一種由多個(gè)格室組成的連續(xù)式結(jié)構(gòu)，雖然在構(gòu)造上可看作是多個(gè)UASB的簡(jiǎn)單串聯(lián)，但在工藝上與單個(gè)UASB有著顯著的不同，ABR反應(yīng)器整體上更接近于推流反應(yīng)器5一6。ABR反應(yīng)器獨(dú)特的分格式結(jié)構(gòu)使得每個(gè)反應(yīng)室中可以馴化培養(yǎng)出與該反應(yīng)室中

43、的污水水質(zhì)、環(huán)境條件相適應(yīng)的微生物群落，使厭氧反應(yīng)產(chǎn)酸段和產(chǎn)甲烷段得到分離，使ABR反應(yīng)器在整體性能上相當(dāng)于一個(gè)兩段厭氧處理系統(tǒng)。通常認(rèn)為，兩段厭氧工藝通過(guò)產(chǎn)酸段和產(chǎn)甲烷段的分離，兩大類厭氧群落可以各自生長(zhǎng)在最適宜的環(huán)境條件下，有利于充分發(fā)揮厭氧群落的活性，提高系統(tǒng)的處理效果和運(yùn)行的穩(wěn)定性。1.3.2 厭氧折流板反應(yīng)器的特點(diǎn)：(1)上下多次折流，有良好的水力條件,混合效果良好，反應(yīng)器死區(qū)少，使得廢水中有機(jī)物與厭氧生物充分接觸,有利于有機(jī)物的分解。ABR是一種各格室趨于CSTR完全混合流態(tài)而整體趨于推流流態(tài)復(fù)合流態(tài)反應(yīng)器。進(jìn)水有機(jī)物濃度及HRT對(duì)水力流態(tài)均有影響，而前者為主要因素。進(jìn)水有機(jī)物濃度

44、高各格室的流態(tài)越好，ABR可在較低的上下流速下運(yùn)行。當(dāng)各格室去除有機(jī)物量相同時(shí)，HRT越長(zhǎng)則其混合流態(tài)越趨于完全混合流態(tài)。(2)穩(wěn)定的生物固體截留能力。ABR反應(yīng)器對(duì)微生物固體具有良好而穩(wěn)定的截留能力，同時(shí)對(duì)進(jìn)水中高濃度的懸浮固體(SS)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和處理效能。應(yīng)用ABR工藝處理含SS質(zhì)量濃度在3 40068 900 mg/L的制酒廢水的研究表明，該工藝對(duì)進(jìn)水中的SS的波動(dòng)具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，出水SS的去除率可高達(dá)91%左右,出水中SS波動(dòng)較小。Boopathy等應(yīng)用ABR工藝處理處理高濃度的制糖廢水的研究結(jié)果表明，該反應(yīng)器對(duì)SS有好的截留能力，出水中無(wú)污泥流失問(wèn)題，即使在高負(fù)荷下也是如此

45、。(3)易于形成顆粒污泥。反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥的形成與廢水水質(zhì)、運(yùn)行條件和ABR工藝的構(gòu)造等因素有關(guān)。在應(yīng)用ABR工藝處理垃圾滲濾混合廢水的研究時(shí)，沈耀良等人的研究發(fā)現(xiàn)，滲濾液中含有較高的堿度及其他堿金屬離子，有利于污泥的顆粒化。當(dāng)反應(yīng)器運(yùn)行至COD容積負(fù)荷為4. 71 kg/(m3d-1)時(shí)，各反應(yīng)室中形成外觀由灰白色至灰黑色、粒徑大小不等(0. 55 mm)的棒狀及球狀顆粒污泥；分析表明，顆粒污泥具有良好的沉降性能，其SVI為7. 514. 2 mg/L；第一個(gè)反應(yīng)室內(nèi)的顆粒污泥較輕，呈灰色，第3個(gè)反應(yīng)室內(nèi)的顆粒污泥則沉降性能良好,呈深灰色；在運(yùn)行過(guò)程中，第一個(gè)反應(yīng)室內(nèi)的顆粒污泥大部分處于懸浮

46、狀態(tài)，泥水混合液較為粘稠，而后面幾個(gè)反應(yīng)室中的污泥則在反應(yīng)室底部形成稠密的污泥層7。(4)具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，ABR反應(yīng)器較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力來(lái)源于對(duì)廢水中固體較強(qiáng)的截留能力和微生物種群的合理分布。ABR反應(yīng)器有利于產(chǎn)酸段和產(chǎn)甲烷段的進(jìn)行，減弱了由于高負(fù)荷條件下引起的低pH值對(duì)產(chǎn)甲烷菌的抑制作用，在上流室不同格室中形成性能穩(wěn)定、種群良好的微生物鏈，使反應(yīng)器具有抗沖擊負(fù)荷能力。(5)構(gòu)造方面：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單;沒(méi)有移動(dòng)部分；無(wú)需動(dòng)力攪拌設(shè)備；基建費(fèi)用低；空隙高；大大降低反應(yīng)器發(fā)生堵塞的可能性；可以大幅度降低污泥床發(fā)生膨脹的可能性維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用低。1.3.3 厭氧折流板反應(yīng)器的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀厭氧折流

47、板反應(yīng)器(Anaerobic Baffled Reactor,ABR)是美國(guó)McCarty和Bachmann等人于1982年，在總結(jié)了各種第二代厭氧反應(yīng)器處理工藝性能的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)和研制的一種新型高效厭氧污水生物處理技術(shù)。ABR工藝的一個(gè)突出特點(diǎn)是設(shè)置了上下折流板，而在水流方向形成依次串聯(lián)的隔室，從而使其中的微生物種群沿水流方向的不同隔室，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷相的分離，在單個(gè)反應(yīng)器中達(dá)到兩相或多相運(yùn)行。研究表明，兩相工藝中產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的活性要比單相運(yùn)行時(shí)高出4倍，并可使不同的微生物種群在各自適宜的條件下生存，從而便于有效管理，提高處理效果，利于能源的利用。目前，有關(guān)ABR工藝的研究正在不斷深人

48、之中，主要方向?yàn)锳BR工藝的優(yōu)化及其在有機(jī)(尤其是高濃度)廢水處理中的效果。此外，ABR對(duì)低濃度有機(jī)廢水處理的效果已逐漸引起重視。折流板厭氧生物接觸反應(yīng)池(ABRF，即HABR)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使它在高濃度廢水處理中具有很好的前景。Boopathy等人對(duì)用HABR處理高濃度制糖廢水進(jìn)行了研究，并將其投人實(shí)際應(yīng)用。反應(yīng)器由三個(gè)隔室和一個(gè)沉淀池組成，在前兩個(gè)隔室的頂部設(shè)置了一層10 cm厚的塑料填料(筍38 mm的鮑爾環(huán))，在第三個(gè)隔室的上部設(shè)置了定型波紋板填料。這個(gè)反應(yīng)器可成功地在COD容積負(fù)荷為20 kg/(m3-d)時(shí)處理高濃度的復(fù)雜糖漿廢水，其C00去除率可達(dá)/1/0，而且表現(xiàn)出很好的污泥截留

49、性能，污泥顆?；俣瓤臁８导捂碌热酥性囉玫腁BRF由5格組成，第1格比其他4格寬，主要控制在水解酸化階段，5.3 h，后4格內(nèi)置針狀聚乙烯彈性填料，ABRF對(duì)SS的截留和去除能力強(qiáng)，平均SS去除率可達(dá)73.4%，最高可達(dá)93%8。張林生等的研究也表明，在ABR中裝載聚醋紡粘長(zhǎng)絲布填料，可有效控制污泥流失現(xiàn)象，水解酸化效果也有所提高9。ABR作為高效的厭氧生物處理技術(shù)，與好氧生物處理技術(shù)相結(jié)合的A/0工藝，可以取得更好的廢水處理效果。Lettinga等指出，由于厭氧處理反應(yīng)器中存在一定數(shù)量的“喜氧”甲烷菌，這些甲烷菌可在有氧的條件下保持良好的活性，而同時(shí)由于污泥床的阻隔作用，可保持污泥床的良好厭

50、氧環(huán)境，因而對(duì)于具有分段特性的ABR而言，有可能將好氧組合到該反應(yīng)器之中，這對(duì)諸如煤加工廢水、石油工業(yè)廢水及紡織廢水的處理，具有良好的應(yīng)用價(jià)值10。胡小兵進(jìn)行厭氧折流反應(yīng)器+好氧處理豆腐生產(chǎn)廢水的試驗(yàn)研究結(jié)果表明，厭氧條件為35時(shí)，COD和TKN總?cè)コ史謩e達(dá)到了97.9%和97.4%，出水可達(dá)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)7。在處理電泳涂膜廢水的研究中，鞠宇平等人采用ABR - SBR工藝也取得了良好的處理效果，當(dāng)進(jìn)水1.5留L,ABR反應(yīng)時(shí)間為5 h,SBR反應(yīng)時(shí)間為4h時(shí)，對(duì)COD和P04P的去除率均可達(dá)92%以上11。1.4 課題研究的主要內(nèi)容以有機(jī)玻璃板為反應(yīng)器內(nèi)擋板，進(jìn)行清水實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)反應(yīng)器內(nèi)部流體

51、運(yùn)動(dòng)參數(shù)，確定流體的水力特性；以活性炭纖維氈為反應(yīng)器內(nèi)部擋板，進(jìn)行清水實(shí)驗(yàn)，比較兩種條件下，反應(yīng)器內(nèi)部流體水力特性的差異及對(duì)反應(yīng)器的停留時(shí)間的初步認(rèn)識(shí)。采用階躍法測(cè)量反應(yīng)器的停留時(shí)間分布。即向反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)注入額定濃度的艷紅染料，測(cè)量反應(yīng)器內(nèi)染料濃度隨時(shí)間的變化情況。以此來(lái)分析反應(yīng)器內(nèi)水流變化情況，從而擬合水力停留時(shí)間分布模型。1.4.3 模型的擬合及建立選用軸向擴(kuò)散模型和多釜串聯(lián)模型進(jìn)行擬合RTD實(shí)測(cè)曲線，分析擬合偏差以推斷反應(yīng)器內(nèi)部的流態(tài)和混合特性。第2章 實(shí)驗(yàn)裝置與方案2.1 實(shí)驗(yàn)裝置折流板反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，折流板反應(yīng)器的實(shí)物圖如圖2-2所示。多隔室厭氧折流反應(yīng)器(ABR)用有機(jī)玻

52、璃制造的，有機(jī)玻璃厚度為5mm，尺寸為60cm*50cm*15cm，總?cè)莘e為45L，有效容積L。反應(yīng)器分隔成5個(gè)反應(yīng)室，每室由一個(gè)下流室和上流室組成，下流室擋板高均為45cm，距底部高為3cm。上流室最高擋板為45cm，其他上流室擋板依次為43cm、41cm、39cm、37cm。下流室與上流室寬度之比為1：3。圖 2 SEQ 圖表 * ARABIC s 1 1折流板反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖圖 2 SEQ 圖表 * ARABIC s 1 2折流板反應(yīng)器實(shí)物圖2.2 實(shí)驗(yàn)方案用一定的方法將示蹤物加到反應(yīng)器進(jìn)口，然后在反應(yīng)器出口物料中檢驗(yàn)示蹤物信號(hào)，以獲得示蹤物在反應(yīng)器中停留時(shí)間分布規(guī)律的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。示蹤劑的選擇

53、：常用示蹤劑有光學(xué)示蹤劑、電學(xué)示蹤劑、化學(xué)示蹤劑、放射性示蹤劑等，如向物料中加入少量有色顏料，然后用光電比色儀測(cè)定流出液顏色的變化，采用何種示蹤物，要根據(jù)物料的物態(tài)、體系，以及反應(yīng)器的類型等情況而定。示蹤劑除了不與主流體發(fā)生反應(yīng)外，其選擇一般還應(yīng)遵循下列原則：示蹤劑應(yīng)當(dāng)易于和主流體溶為一體，除了顯著區(qū)別于主流體的某一可檢測(cè)性質(zhì)外，兩者應(yīng)具有盡可能相同的物理性質(zhì)。示蹤劑濃度很低時(shí)也能夠檢測(cè)，這樣可使示蹤劑用量減少而不影響主流體流動(dòng)。用于多項(xiàng)系統(tǒng)檢測(cè)的示蹤劑不發(fā)生由一相轉(zhuǎn)移到另一相的情況，如氣體示蹤劑不能被液體吸收，液相示蹤劑不能揮發(fā)到氣相中去，各種示蹤劑都不被器壁或催化劑顆粒吸附：示蹤劑本身應(yīng)具

54、有或易于轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)或光信號(hào)的特點(diǎn)，從而能在實(shí)驗(yàn)中直接使用現(xiàn)代儀器或計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)作實(shí)時(shí)分析，以提高實(shí)驗(yàn)的速度與精度。根據(jù)示蹤劑輸入方式的差異，停留時(shí)間分布測(cè)定的方法主要有兩種：階躍注入法，脈沖注入法。階躍法。當(dāng)設(shè)備內(nèi)流體達(dá)到穩(wěn)態(tài)流動(dòng)后，自某瞬間起連續(xù)加入某種示蹤劑物質(zhì)，然后分析出口流體中示蹤劑濃度隨時(shí)間的變化，以確定停留時(shí)間分布。脈沖法。當(dāng)反應(yīng)器中流體達(dá)到定態(tài)流動(dòng)后，在某個(gè)極短的時(shí)間內(nèi)，將示蹤劑脈沖注入進(jìn)料中，然后分析出口流體中的示蹤物隨時(shí)間的變化，以確定停留時(shí)間分布。2.2.2 實(shí)驗(yàn)方法根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件本實(shí)驗(yàn)采用階躍法，選用艷紅染料為本實(shí)驗(yàn)的示蹤劑，測(cè)量流體在ABR反應(yīng)器中的停留時(shí)間分布。分

55、別測(cè)量ABR反應(yīng)器在HRT為1、3、5h的運(yùn)行情況。進(jìn)行清水實(shí)驗(yàn)，待ABR反應(yīng)器進(jìn)清水運(yùn)行2-3個(gè)周期設(shè)備內(nèi)流體達(dá)到穩(wěn)定流態(tài)后，開(kāi)始連續(xù)加入一定濃度的艷紅染料。然后每隔一段時(shí)間從ABR反應(yīng)器取出樣品，測(cè)量其吸光度，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線，得出染料的濃度。分析ABR反應(yīng)器的內(nèi)部流體運(yùn)動(dòng)參數(shù)，確定流體的水力特性以活性炭纖維氈為反應(yīng)器內(nèi)部擋板，進(jìn)行清水實(shí)驗(yàn)，用同樣的方法測(cè)量ABR反應(yīng)器的運(yùn)行情況 ，與用有機(jī)玻璃為反應(yīng)器內(nèi)部擋板的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。2.3 實(shí)驗(yàn)主要儀器與藥品主要儀器：燒杯量筒玻璃棒FC1004N電子分析天平721E型可見(jiàn)光分光光度計(jì)藥 品：艷紅染料 第3章 ABR反應(yīng)器中物料混合狀態(tài)分析方法3.1

56、停留時(shí)間分布停留時(shí)間是指物料質(zhì)點(diǎn)從進(jìn)入反應(yīng)器開(kāi)始，到離開(kāi)反應(yīng)器為止，在反應(yīng)器中總共停留的時(shí)間，即質(zhì)點(diǎn)的壽命分布。停留時(shí)間分布12（RTD）-基于解釋示蹤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的近似方法。RTD方法因其實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單，應(yīng)用領(lǐng)域廣等優(yōu)點(diǎn)，幾十年來(lái)一直是氣相和液相流動(dòng)特性的主要研究方法之一。物料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間分布是一隨機(jī)過(guò)程，按照概率論，可用兩種概率分布規(guī)律來(lái)描述物料在流動(dòng)系統(tǒng)中的停留時(shí)間分布，即停留時(shí)間分布密度與停留時(shí)間分布函數(shù)。定義：同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器的N個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)中，停留時(shí)間介于t與tdt間的質(zhì)點(diǎn)所占分率為E(t)dt，E(t)稱為停留時(shí)間分布密度函數(shù)，此函數(shù)具有歸一化性質(zhì)。 3-1 定義：流過(guò)反應(yīng)器的物料中停

57、留時(shí)間小于t的質(zhì)點(diǎn)（或停留時(shí)間介于0t之間的質(zhì)點(diǎn)）的分率。 3-2t=0時(shí)，F(xiàn)(t)0時(shí)，F(xiàn)(t)1停留時(shí)間t0t0 停留時(shí)間F（t）與E（t）的關(guān)系，由定義可知： 3-3反映在圖上，E（t）曲線在某一t時(shí)的值就是F（t）曲線對(duì)應(yīng)點(diǎn)處切線的斜率，反之，若E（t）曲線已知，0t區(qū)間E（t）曲線下的曲面面積即為t時(shí)刻F（t）的值?？梢?jiàn)兩者之間可相互換算只須知其一即可。結(jié)果分析：停留時(shí)間為t時(shí)，出口物質(zhì)中示蹤劑的濃度為c，混合物流量為V，所以示蹤劑流出量為Vc，又因?yàn)樵谕Ａ魰r(shí)間t時(shí)流出的示蹤物，也就是在反應(yīng)器中停留時(shí)間小于t 的示蹤劑總和。按定義，物料中小于停留時(shí)間t0粒子所占的分率為F（t），因此

58、當(dāng)示蹤劑入口流量為VC0時(shí)，示蹤物出口流量為VC0F（t），即 故 下標(biāo)s表示輸入時(shí)階躍函數(shù)，由此可見(jiàn)，用階躍注入法測(cè)得的時(shí)停留時(shí)間分布函數(shù)。階躍函數(shù)可用如下數(shù)學(xué)式描述：C=0 t0本次實(shí)驗(yàn)測(cè)的數(shù)據(jù)為各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的F（t）值，應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件可得F(t)與t的關(guān)系式為: 3-4其中A1、A2、t0、dt可由計(jì)算機(jī)軟件直接得到。結(jié)合3-4式3-2與可得E（t）與F（t）的關(guān)系為： 3-53.2 停留時(shí)間分布的數(shù)字特征實(shí)測(cè)的停留時(shí)間分布曲線具有隨機(jī)性，將其與模擬流動(dòng)系統(tǒng)的模型方程相比較，兩條曲線的吻合度可以用實(shí)測(cè)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)來(lái)反映。常用的參數(shù)有蛇血期望（E(t)函數(shù)對(duì)原點(diǎn)的一階矩，表示平均停留時(shí)間）、

59、方差（對(duì)一階原點(diǎn)矩的二階矩，表示停留時(shí)間分布的展形）。停留時(shí)間分布的數(shù)學(xué)期望就是物料在反應(yīng)器中的平均停留時(shí)間tm。平均停留時(shí)間: 若V不變，則 tm指整個(gè)物料在設(shè)備內(nèi)的停留時(shí)間，而不是個(gè)別質(zhì)點(diǎn)的停留時(shí)間，tm與流型無(wú)關(guān)。流型只改變物料質(zhì)點(diǎn)的停留時(shí)間分布，卻不改變tm 3-6對(duì)于停留時(shí)間分布密度曲線，數(shù)學(xué)期望就是對(duì)于原點(diǎn)的一階矩，即為分布密度E（t）曲線下面這塊面積的重心在橫軸上的投影。 3-7對(duì)離散型測(cè)定值 (t相等) 3-8方差式是用來(lái)度量隨機(jī)變量與其均值的偏離程度，是E(t)曲線對(duì)平均停留時(shí)間的二階矩，其定義為： 3-9可見(jiàn)方差是停留時(shí)間分布離散程度的量度，愈小，愈接近平推流，對(duì)平推流反應(yīng)

60、器，系統(tǒng)中所有質(zhì)點(diǎn)的停留時(shí)間相等且等于,，故0對(duì)離散型實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，則 3-10采用無(wú)因次對(duì)比時(shí)間來(lái)表示停留時(shí)間分布的數(shù)字特征。平均對(duì)比停留時(shí)間 即： 3-11 對(duì)平推流 全混流一般實(shí)際流型：,接近于0，可作PFR，接近于1時(shí)，可作CSTR。非理想流型流體通常用多釜串聯(lián)模型或軸向擴(kuò)散模型進(jìn)行描述13。3.3.1多釜串聯(lián)模型假設(shè)流體返混程度接近全混流與N個(gè)等容量全混釜的串聯(lián)組合等效,可用多釜串聯(lián)模型進(jìn)行描述,釜數(shù)N即本模型的參數(shù)。 方差: 3-123.3.2軸向擴(kuò)散模型假設(shè)擴(kuò)散模型實(shí)際流體流型等價(jià)于平推流型中疊加一軸向擴(kuò)散,模型參數(shù)D1表征擴(kuò)散程度。停留時(shí)間分布可表示為參數(shù)D1的函數(shù),設(shè)垂直于流體流動(dòng)