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第1章 生物流化床的发展与应用1

1.1 生物流化床的发展沿革1

1.1.1 流化床的基本条件2

1.1.2 理论与方法4

1.2 流化床技术在水处理中的应用9

1.2.1 流化床的早期应用10

1.2.2 生物流化床的发展与应用15

第2章 三相生物流化床的流化原理22

2.1 三相流化床中的流化机理和气相特性22

2.1.1 初始流化22

2.1.2 气体扩散的一般特性23

2.1.3 大颗粒流化床体中的气体分散25

2.1.4 液-气间传质系数28

2.2 三相流化床流体力学的总体行为30

2.2.1 压力降30

2.2.2 流型32

2.2.3 初始流化34

2.2.4 压力脉动37

2.3 三相流化床的相含率38

2.3.1 总固含率及其经验关联38

2.3.2 总含气率44

2.3.3 自由空间区的固含率47

2.3.4 自由空间区的气含率47

2.3.5 颗粒可润湿性的影响48

2.4 三相流化床中的混合特性49

2.4.1 描述反应器液相流态特征的模型49

2.4.2 液龄分布曲线的测定51

2.5 多尺度的能量最小化方法应用于气-液-固三相流化床的模型研究54

2.5.1 引言54

2.5.2 模型组成54

2.5.3 模型验证58

第3章 内循环三相生物流化床及其特性63

3.1 内循环三相生物流化床的液相流态特征63

3.1.1 ITFB液相流态特征的研究概况63

3.1.2 液体循环速度、循环时间和混合时间64

3.1.3 液体循环速度理论分析66

3.2 内循环三相生物流化床的气含率特征69

3.2.1 总平均气含率69

3.2.2 载体性质对总平均气含率的影响69

3.2.3 升降流区面积比对总平均气含率的影响69

3.2.4 εgt、εr和εd关系分析70

3.2.5 依据两相drift-flux的模型71

3.2.6 依据流体力学的模型71

3.2.7 气相含率εg的测定方法72

3.2.8 升流区与降流区气含率关系理论分析73

3.2.9 气含率与反应器其他性能参数的关系74

3.3 内循环三相生物流化床的氧转移特性76

3.3.1 氧转移基本规律及特性参数76

3.3.2 充氧速度的测定方法78

3.3.3 影响反应器充氧效率的因素78

3.3.4 反应器充氧特性模型描述80

3.4 内循环三相生物流化床的改进设计81

3.4.1 流化床应用中存在的问题81

3.4.2 反应器结构分析82

3.4.3 反应器的气-液-固三相分离83

3.4.4 好氧HSBCR反应器开发84

3.4.5 好氧-缺氧HSBCR反应器开发87

3.4.6 迷宫型载体分离器的研究90

3.4.7 HSBCR反应器氧转移特性91

3.5 关于美国环境保护署对流化床生物处理工艺的研究及思考93

3.5.1 背景93

3.5.2 试验94

第4章 流化床的生物载体104

4.1 生物载体材料及其特性104

4.1.1 概述104

4.1.2 载体颗粒的类型105

4.2 附着生物膜及其厚度与微生物量的计算109

4.2.1 载体颗粒的性质109

4.2.2 具有稳定生物量的流化床反应器115

4.3 微生物的固定与载体材料的选择125

4.3.1 微生物的固定方法125

4.3.2 固定化微生物载体126

4.3.3 载体材料的选择方法128

4.4 内循环生物流化床反应器载体流化规律129

4.4.1 载体循环流化的基本规律129

4.4.2 载体流化规律的测定方法131

4.4.3 影响载体流化的因素分析132

第5章 运用CFD对生物流化反应器的数值模拟研究135

5.1 CFD技术和Fluent软件介绍135

5.1.1 CFD技术概况135

5.1.2 Fluent软件的主要特点136

5.2 CFD模拟方程138

5.2.1 混合物连续性方程138

5.2.2 混合物动量方程139

5.2.3 混合物能量方程139

5.2.4 相对（滑移）速度和漂移速度139

5.2.5 第二相的体积分数方程140

5.3 反应器形式及模拟条件140

5.3.1 实际反应器基本尺寸要求140

5.3.2 反应器形式141

5.3.3 基本假设141

5.4 HSBCR反应器内流动状况的模拟143

5.4.1 模拟反应器尺寸及参数143

5.4.2 反应器内静压力分布144

5.4.3 反应器内液体循环速度分布146

5.4.4 反应器内气含率分布148

5.5 不同结构参数HSBCR反应器的模拟150

5.5.1 高径比对反应器水力学的影响151

5.5.2 降流区与升流区面积比对反应器水力学的影响154

5.5.3 底隙高度对反应器水力学的影响156

5.6 不同形式气体分布器对HSBCR反应器的影响158

5.6.1 气体分布器形式及安装位置158

5.6.2 静压力分布159

5.6.3 气含率分布160

5.6.4 液体循环速度161

第6章 高效分离生物流化复合反应器处理生活污水163

6.1 HSBCR反应器中的附着相微生物与悬浮相微生物163

6.1.1 试验装置与测试方法163

6.1.2 进水容积负荷对生物膜生长的影响165

6.1.3 MLSS浓度对生物膜生长的影响166

6.1.4 反应器流态对生物膜生长的影响167

6.2 好氧HSBCR反应器处理生活污水168

6.3 一体化好氧-缺氧HSBCR反应器处理生活污水170

6.3.1 装置及处理流程171

6.3.2 气浮装置的运行参数173

6.3.3 处理生活污水的效果分析178

6.3.4 反应器的化学强化除磷187

第7章 生物流化反应器处理含氮废水192

7.1 高浓度氨氮废水的脱氮处理192

7.1.1 引言192

7.1.2 反应器设计192

7.1.3 驯化和固定化192

7.1.4 合成废水193

7.1.5 温度对NOx-N去除率的影响194

7.1.6 pH对NOx-N去除率的影响194

7.1.7 C/N比对NOx-N去除率的影响195

7.1.8 HRT对NOx-N去除率的影响196

7.1.9 气体流速对NOx-N去除率的影响196

7.1.10 最佳操作条件下连续生物过程效果196

7.1.11 最佳操作条件下NOx-N和COD的局部分布197

7.2 生物流化反应器中硝化与反硝化的结合198

7.2.1 引言198

7.2.2 生物膜反应器中硝化反硝化作用199

7.2.3 异养细菌层对反硝化速率的影响201

7.2.4 以亚硝酸盐作为脱氮过程中间产物202

7.2.5 有害中间产物的形成203

7.3 新型气升式高效脱氮反应器CIRCOX？204

7.3.1 引言204

7.3.2 试验过程206

7.3.3 反应器的性能207

7.3.4 系统评价211

7.4 气升式生物流化反应器中水力停留时间对硝化作用的影响211

7.4.1 引言211

7.4.2 试验过程212

7.4.3 水力停留时间对硝化作用的影响213

7.5 金属回收工业废水的生物脱氮215

7.5.1 引言215

7.5.2 试验过程216

7.5.3 脱氮效果217

7.5.4 数学分析219

第8章 生物流化反应器处理工业废水224

8.1 处理丙烯酸废水的中试224

8.1.1 试验概况224

8.1.2 试验结果分析与讨论225

8.1.3 流化床出水的好氧后处理232

8.1.4 处理丙烯酸废水的建议方案234

8.2 处理石化废水的试验研究235

8.2.1 试验概况235

8.2.2 试验结果分析与讨论236

8.2.3 流化床出水的气浮效果242

8.3 厌氧生物反应器—好氧流化床工艺处理抗生素制药废水243

8.3.1 试验概况243

8.3.2 试验结果分析与讨论244

8.3.3 流化床出水的混凝效果248

8.4 流化床处理油漆废水的中试249

8.4.1 试验目的与研究内容249

8.4.2 试验流程249

8.4.3 流化床处理油漆废水的试验250

8.4.4 流化床运行中存在与遗留的问题257

8.4.5 推荐流化床处理油漆废水工艺流程259

8.4.6 运行费用分析259

8.5 低密度生物质载体三相流化床处理炼油厂废水261

8.5.1 应用流化床生物反应器处理废水研究261

8.5.2 试验与处理效果262

第9章 内循环三相流化床的设备型式及结构设计270

9.1 内循环三相生物流化床设计概述270

9.1.1 反应区的设计270

9.1.2 三相分离器的设计274

9.1.3 辅助结构的设计277

9.2 高效分离生物流化反应器（HSBFR）设计概述278

9.2.1 高效分离生物流化反应器的特点278

9.2.2 反应区设计280

9.2.3 载体分离器设计285

9.2.4 气浮分离器设计285

9.2.5 高效分离生物流化反应器放大设计中的注意事项285

第10章 生物流化床处理生活污水的工程应用287

10.1 常州某污水处理工程287

10.1.1 工程简介287

10.1.2 污水处理工艺及设计参数287

10.1.3 污水处理运行效果287

10.2 宜兴市周铁镇污水处理厂289

10.2.1 工程简介289

10.2.2 污水处理工艺及设计参数291

10.2.3 污水处理效果295

10.3 永嘉县上塘镇中心城区污水处理站296

10.3.1 工程简介296

10.3.2 污水处理工艺及设计参数297

10.3.3 污水处理站土建与设备表300

10.3.4 污水处理的效果301

10.4 深圳市蛇口海关污水处理站工程302

10.4.1 工程简介302

10.4.2 污水处理工艺及设计参数302

10.4.3 主要构筑物及设备304

10.4.4 平面布置307

10.5 四川高县污水处理厂工程308

10.5.1 工程简介308

10.5.2 污水处理工艺及设计参数308

10.5.3 单体构筑物设计及设备309

10.5.4 污水厂平面布置313

第11章 生物流化床处理工业废水的工程应用315

11.1 天津市中央药业有限公司制药废水处理站315

11.1.1 项目概况315

11.1.2 处理工艺315

11.1.3 污水处理站的土建与设备表317

11.2 北京南顺油脂厂废水处理站318

11.2.1 工程简介318

11.2.2 油脂生产废水319

11.2.3 废水处理工艺及设计参数320

11.2.4 废水处理运行效果322

11.3 浙江龙盛集团废水处理工程326

11.3.1 浙江龙盛集团废水处理工程概况326

11.3.2 设计水质与水量326

11.3.3 设计标准327

11.3.4 工艺流程327

11.3.5 浙江龙盛集团污水处理厂部分实景图327

11.4 厌氧和好氧生物流化反应器处理Enschede市高胜啤酒厂废水329

11.4.1 设计背景329

11.4.2 主要技术329

11.4.3 运行结果333

11.5 生物流化床反应器处理Paulaner啤酒厂及Hulshof制革厂废水338

11.5.1 引言338

11.5.2 Paulaner啤酒厂338

11.5.3 Paulaner啤酒厂的运行结果340

11.5.4 Hulshof皇家制革厂342

11.5.5 Hulshof皇家制革厂废水处理系统的运行结果343

参考文献345