气升式环流反应器具有结构简单、能耗小、剪切速率低、混合性能好、传质效率高、流体力学性能优良等优点,近年来在环境工程领域的生物处理工艺中得到了广泛应用。 为了为气升式内环流生物反应器的设计、放大以及操作条件的确定提供量化依据以及理论工具,本研究在一体积为0.026m~3的气升式内环流反应器内,结合实际生物处理工艺的具体情况,分别以空气-CMC非牛顿流体两相体系和空气-水-活性炭颗粒三相体系作为研究对象,对反应器内的流体力学、混合、传质特性进行了实验研究和理论探讨。 在实验研究工作中,应用先进的在线自动测控技术,采用常规压差法、电导脉冲示踪法、动态通气法分别对相应体系的气含率、液体循环速度,循环时间、混合时间以及体积传质系数进行了测量,考察了液相性质、固含率、表观气速等体系和运行变量的改变对上述参数的影响规律,实现结果表明,对于空气-CMC两相体系,随着液相表观粘度的增加,升流区和降流区气含率、液体循环速度、体积传质系数降低,循环时间和混合时间增大;对于空气-水-活性炭颗粒三相体系,随着固含率的增加,升流区和降流区气含率、液体循环速度、体积传质系数降低,循环时间增大。固体颗粒的加入对气含率和液速径向分布产生了复杂影响作用,导致混合时间随固含率的增加曾现出较为复杂的变化趋势,表现出一定的随机性;上述两种体系的气含率、液体循环速度、体积传质系数均随表观气速的增加而增大,而循环时间和混合时间则随表观气速的增大而降低。 根据实验测试结果,分别使用Fr准数、Ga准数以及无因次颗粒浓度C_s建立了升流区和降流区气含率、液体循环速度,混合时间、循环时间,体积传质系数与操作条件、液相性质、固含率之间的量化关联式。 此外,根据对实验结果的分析,结合已有的能量守恒和漂移通量理论,建立了预测相应体系液体循环速度的流体力学模型,实验值与模型预测值取得了较好的吻合。