一体式膜—生物反应器(Submerged Membrane Bioreactor,以下简称SMBR),是在气升式内循环反应器基础上改进的一种高效的生物处理与膜分离技术结合的反应器。 通过分析反应器流体力学特性的重要特征参数:气含率、液体循环速度和液相体积传质系数及影响它们的相关因素:结构参数、操作参数和混合液参数,并结合工程放大中的实际要求,对反应器的结构进行了优化改进设计。 通过对SMBR的曝气装置优化的试验,结果表明:(1)流态特性试验:反应器的流态特性非常近似于完全混合流。相比之下,孔径较小的穿孔管条件下的反应器的流态与完全混合流偏离较大。(2)充氧性能试验:三种穿孔管充氧性能相差不大,与一般中孔曝气管的性能相当。孔径较大的穿孔管充氧性能要优于孔径小的穿孔管。(3)清水动力学试验:三种穿孔管条件下,膜间液体上升流速随着升流区曝气强度的增大呈现先上升后趋于稳定值的现象,低曝气强度时开孔直径越大膜间上升流速越高,高曝气强度时三种穿孔管的膜间上升流速趋于一致;从提高膜间上升流速控制膜污染的角度来看,孔径较大的穿孔管较优;本反应器存在一个经济曝气强度,约为100m~3/m~2/h,与之对应的膜间上升流速稳定值约为0.43m/s。(4)高通量膜过滤试验:大孔径的穿孔管更有利于防止污泥在膜面的沉积,从而减轻膜污染。 对SMBR中试装置中的膜组件,通过在不同曝气强度和不同污泥浓度条件下的临界通量试验,得出:(1)在特定的反应器结构和一定的污泥浓度条件下,曝气强度是影响临界通量的主要参数。当曝气强度小于经济曝气强度时,临界通量随曝气强度的增大而增大;反之,临界通量趋于稳定。(2)在一定的曝气强度条件下,临界通量随污泥浓度的增大呈现逐渐下降趋势,但在一定污泥浓度范围内,临界通量变化不大。(3)在一定的污泥浓度条件下,反应器的结构成为影响临界通量的主要因素。 根据连续性方程、动量方程和能量方程,利用Fluent软件对SMBR进行了流动状况模拟,获得了反应器升流区、降流区及局部区域的静压分布、液体循环速度和气含率的变化规律及对反应器性能的影响,确定了大概的取值范围。通过模拟值与实际值的比较,证实CFD模型可以较准确地描述中试系统中曝气强度与膜间液体上升流速的关系。