在填料塔模型基质去除
16.1.1简化的假设
通过一定的简化假设,有效性因素的方法可以用来研究填料塔的理论性能,这已由格雷迪和老林。因此,他们的方法将在这里。第一个假设是,电子受体存在于过剩的捐赠者行为作为一个单一的限制营养。第二个是,只有一种类型的微生物存在;异养生物,如果捐赠者是有机质和自养生物氨氮。结果将在异养生物去除可溶性化学需氧量(COD),但他们将定性类似自养生物去除氨氮的异养生物的缺失。第三,稳态条件为准,这样微生物从生物膜表面的剪切速率等于它们的增长,导致生物膜的厚度。第四个假设是生物膜的厚度在整个塔是恒定的。厚度是一个输入参数和不计算模型。第五个假设是分离生物质是携带液体流动和导致基质去除。第六个假设是,只有澄清废水循环塔周围,澄清器是完美的,这样再循环不含生物量。第七假设是流应用统一整个塔截面和液体流薄板的厚度在整个塔深度。最后的假设是,流经塔符合完美的平推流特征。所有这些假设有重要影响的输出建模工作,防止模型作为定量设计工具。然而,输出足够定性准确,允许观察填料塔的主要特点和理解。
15.2.2有效性因素的方法开发的部分被认为是生物膜特征厚度L是平的,。因为媒体的性质在填料塔,然而,生物膜的表面是很少平。因此,乍一看似乎整个有效性因素为填料塔的方法是无效的。然而,仔细调查情况显示,情况并非如此。活性生物膜的厚度在100 p的顺序。米虽然支持媒体的等效半径大于30毫米。“因此,生物膜可以看着一个环的厚度极小相比,其总半径,这样它可以近似为一个相同的平板厚度。换句话说,尽管生物膜的表面不是平的,它可能是看着一个平板,从而使生物膜内的质量平衡方程衬底用平面几何。即使这平板近似不可能被使用,但是,总体有效性因素仍然可以被使用,因为它已发现的有效性因素的数值曲线形状像圆柱体和球体非常接近的平板如果适当的值的特征长度,L。使用。1 The proper value for arbitrary shapes is:
因此,即使表面不能被视为行为完全像一个平板,适当的选择,将减少错误,从而允许我们考虑内部和外部质量传递的影响通过使用整体有效性因素的方法与r) L()的值由图15.9给出。
16.1.2外部质量传递
填料塔内流动模式是非常复杂的,反映流体之间的交互元素流动在不同支持表面,可用的横截面积变化流随机包装、违规行为造成的通灵,短路由于水滴从突起的生物膜。”Because of these complex flow patterns it has been necessary to develop empirical correlations for the liquid phase传质系数,k,在这样的塔。我一个常见的关联关系的传质系数施密特数(Sc = | x p„„。/ Dw)和雷诺数(Re = vpwd / p、w), p。、流体粘度、p„是它的密度,v是散装液体速度穿过生物膜,底物在水中的扩散系数,d是一个维度描述媒体。认识到产品的速度和流体的密度是质量速度,M,雷诺数往往写成Md / p,„。使用这个概念,威尔逊和Geankoplis”报道下面的相关性为传质液体在填料床:
生物膜量
外部表面反应物渗透
k =(0.25米/ ep„) Sc”“Rc k =(1.09米/ epJSc”“是
这些方程是局限于0.35 < e < 0.75, e是媒体元素之间的空隙空间床总额的一小部分,我。e,孔隙度。由于雷诺数成正比,Eq。16.2预测,传质系数随M”“y,当M是基于整个床的表面质量速度横截面积正常流动的方向。不幸的是,大多数塑料媒体在填料塔用于废水处理无效分数的0.95,因此也需要类似的相关性预测k,在这样的系统。量纲分析,以及上面的方程,建议使用相关的形式:
,取决于流体的性质和媒体而b取决于使用的流量范围。这种相关性的一般实用程序是一个悬而未决的问题,因为生物填料塔的传质影响强烈的存在和特征生物膜/”将在很大程度上取决于降解底物的性质和浓度。然而,现在很清楚的是,传质系数测量用干净的媒体不准确地反映在塔包含生物膜传质,和所需的研究将不容易执行。然而,机械理论模型高度增长的持续改进系统要求他们做的事情。尽管疲软Grady Lim,所使用的质量传递相关的有价值的信息可以从模拟和他们将获得。
16.1.3一般模型
填料塔的示意图如图16.1所示。废水流速度F含有可溶性底物浓度SM,流动的塔是混杂在一起的循环废水澄清器包含残留基质浓度Sv,从而稀释浓度影响。,,。这是应用浓度。学生的价值,可能从质量平衡计算混合点:
1 +的分数,是循环的渗透。总的流量通过塔是F(1 + 1)和应用统一,不断在整个横截面积,,。流体流动的横截面积是f.vA。f v的分数是由液膜塔横截面积占据。废水被认为是缺乏生物量、循环流动。因此,没有生物进入塔。然而,由于塔的生物膜被认为是在稳态,生物质是不断从它的表面,通过澄清器的塔。这意味着生物量的浓度悬浮增加随着流体穿过塔,给浓度X, u。在流进入澄清器。悬浮生物量将有助于基质去除,但附加的生物膜将负责。
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