EGSB生物制氫反應器流場數(shù)值模擬與優(yōu)化.pdf

1、氫氣是清潔、高效、可再生能源，也是化石燃料的理想替代品之一。生物制氫具有回收能源和凈化環(huán)境的雙重功效。提高生物產(chǎn)氫能力、降低制氫成本是生物制氫技術發(fā)展的關鍵因素。當前，關于生物制氫機理與產(chǎn)氫菌的研究報道甚多，但是鮮見關于生物制氫反應器物理性質(zhì)的研究報道。研究和了解生物制氫反應器的運行機理是成功開展反應器設計與運行的先決條件。對于一個已經(jīng)確定的生物處理過程，反應器必須能夠提供最佳的剪切效應，良好的傳質(zhì)與混合環(huán)境，包括pH、溫度和基質(zhì)濃度的

2、合理調(diào)控。目前，雖然已有很多的生物制氫反應器投入使用，但是絕大多數(shù)都是由半經(jīng)驗公式設計而成，關于此類反應器流體力學參數(shù)的定量分析甚少涉及。
　　針對以上問題，本論文以EGSB生物制氫反應器為研究對象，借助計算流體力學工具，首次構建了EGSB反應區(qū)三相流體力學模型和EGSB全反應器三相流體力學-反應動力學耦合模型。并借助模型，開展EGSB生物制氫反應器流場數(shù)值模擬與優(yōu)化研究。
　　為獲取反應器優(yōu)質(zhì)流場，提高生物產(chǎn)氫效能，選取合

3、適的水力停留時間，至關重要。當水流上升流速適中時，顆粒污泥之間的相互擾動和軸向脈動較小，但同較低液面上流速度相比，液體的混合和紊動程度較好，同較高液面流速度相比，液體的混合和紊動程度又較差，此時流動狀態(tài)處于推流與混合之間。氣-液-固三相系統(tǒng)存在一定的非均勻性，其中伴隨著污泥簇團的形成與潰散。泥團的形成，涉及到氣-固、固-固和固-壁之間的相互作用，這是一個非常復雜的過程。生物氣體氣泡的產(chǎn)生、釋放，以及氣泡大小的變化，都是影響反應器中污泥循

4、環(huán)與泥團形成的關鍵因素。在實際工程運行調(diào)控時，可選擇0.5mm/s作為EGSB反應器廢水進口最佳上升流速控制值。在上升流速0.5mm/s條件下，能夠保證污泥顆粒與液體間充分接觸和混合，加速生化反應過程，生物氫氣在合理的剪切擾動下，更容易從污泥中得到釋放；該條件下，預測最大潛在產(chǎn)氫速率為預測最大潛在產(chǎn)氫速率為1.052（L/L·h），預測實際產(chǎn)氫速率達到0.815（L/L·h）。提出來了所建立的兩個模型的應用范圍和局限性，并為后續(xù)模型發(fā)展