Реактор с воздушным лифтом — это революционный, экономичный и эффективный метод, который задал новое направление в области биореакторов с воздушным лифтом в микробной обработке. Когда мы говорим о биореакторах с воздушным лифтом, мы имеем в виду тип биореактора, который использует газ или воздух в культуральной среде для создания потока, способствующего перемешиванию и переносу кислорода.
Итак, вам нужны эффективные и действенные биологические процессы, как в очистке сточных вод? Таким образом, эрлифтные биореакторы являются практичным и устойчивым подходом к обработке таких процессов. В очистке воды они способствуют циркуляции кислорода и, таким образом, снижению химического потребления кислорода (ХПК) и биохимического потребления кислорода (БПК).
О том, как работают эрлифтные реакторы при очистке сточных вод и о сути их создания, вы узнаете в следующих разделах. В этой статье также рассматриваются их конструкция, преимущества, недостатки и другие смежные области.
Что такое эрлифтный реактор?
Как уже отмечалось, биореакторы — это сосуды, используемые для культивирования биохимических жизненных процессов, таких как очистка и обработка воды в различных областях — промышленности, медицине или охране окружающей среды.
Однако большинство из вас, возможно, не знают, что существует более одного типа биореактора, который можно использовать для различных целей. Ну, у нас есть биореактор с воздушным лифтом. Этот тип биореактора перемешивает питательную среду с помощью потока сжатого газа. Газ заставляет жидкость двигаться, и это заставляет питательные вещества и газы хорошо смешиваться.
Типы реакторов для воздушных перевозок
Реакторы Airlift — это современное оборудование, применяемое в области очистки воды и биотехнологических процессов. Они также используют газовую циркуляцию жидкости для улучшения процессов переноса/смешивания. Существует две основные категории ALR:
1. Внешний петлевой эрлифтный реактор (ELALR)
Внешний петлевой эрлифтный реактор состоит из подъемной и опускной трубы, которые представляют собой два разных, но соединенных сосуда, облегчающих перемещение жидкости.
ELALR работает на основе разницы плотности между стояком и нисходящим потоком. Эта разница получается из-за того, что в стояке впрыскивается только газ. Это заставляет жидкость двигаться по кругу по схеме, напоминающей петлю.
В верхнем сепараторе происходит неполное разделение газа, что позволяет внешнему петлевому эрлифтному реактору улучшить смешивание, а также увеличить поток жидкости. Результатом является повышение эффективности циркуляции жидкости. Однако он имеет меньшую рециркуляцию газа и массоперенос по сравнению с внутренними конструкциями.
2. Внутренний петлевой эрлифтный реактор (ILALR)
Как и ELALR, внутренний эрлифтный петлевой реактор представляет собой форму биореактора, состоящую из двух частей: подъемной и опускной. Две части разделены вытяжной трубой или вертикальным барьером.
Ну, есть еще больше сходств в функциях ILALR и ELALR. Например, контур потока создается внутри реактора путем впрыскивания газа в стояк, как в реакторе с внешним контуром. Небольшая и эффективная конструкция реактора с внутренним контуром улучшает массоперенос за счет усиления рециркуляции газа.
Кроме того, внутренний петлевой эрлифтный реактор идеально подходит для процессов, требующих более улучшенного контакта между газом и жидкой фазой для его функциональности. Он лучше всего подходит для процедур ферментации и биологической очистки сточных вод.
Ключевые различия между реактором с внешним контуром и реактором с внутренним контуром
| Особенность | Внешний контур | Внутренний цикл |
| Разделение | Внешние отсеки | Внутренняя перегородка или вытяжная труба |
| Отключение газа | Почти всего | частичный |
| Циркуляция жидкости | Выше | Умеренный |
| Массоперенос | Ниже | Выше |
Хотя обе разновидности эрлифтных реакторов работают хорошо, их выбор осуществляется в соответствии с требованиями конкретных применений, включая массоперенос, интенсивность перемешивания и ограничения по пространству.
Проектирование реакторов для воздушных перевозок
Конструкция эрлифтного реактора существенно влияет на производительность и эффективность. Чтобы понять процессы, посредством которых функционируют эрлифтные ферментеры и биореакторы при очистке сточных вод, необходимо понять их конструкцию и принцип работы.
1. Базовая структура
В эрлифтном реакторе есть две зоны — подъемная и опускная. Подъемная — это точка, куда вливается газ, чтобы вызвать восходящее движение жидкости, с другой стороны, опускная обеспечивает канал, по которому жидкость стекает вниз. Циркуляция возможна за счет разумной разницы высот этих зон, поддерживая петлю в реакторе.
2. Газовый барботер
Газовый барботер опускает газ в систему в нижней части стояка. Геометрия барботера играет центральную роль в создании небольших пузырьков газа, которые улучшают смешивание и перенос кислорода. Метод наиболее эффективен там, где пузырьков мало. Создание большого количества пузырьков увеличивает площадь поверхности раздела газ-жидкость, делая процесс неэффективным.
3. Внутренний или внешний контур
В зависимости от конструкции контуров эрлифтные реакторы можно разделить на две основные категории:
Реакторы с внутренним контуром
Эти реакторы имеют стояк и нисходящий трубопровод, которые встроены в один сосуд. Хотя эта конструкция более компактна и проста, она не может обеспечить четкого разделения, как в системах с внешним контуром.
Реакторы с внешним контуром
В реакторе с внешним контуром подъемная и опускная трубы представляют собой отдельные сосуды или трубы.
Хотя он занимает больше места и может быть более дорогим на начальных этапах, такая конструкция позволяет вам иметь максимальный контроль над циркуляцией и взаимодействием.
4. Вытяжная труба
Некоторые эрлифтные реакторы имеют установленную внутри них тяговую трубу. Тяговая труба представляет собой цилиндрическую конструкцию, которая помогает циркуляции. Многие конструкции размещают тяговую трубу на пути потока, что увеличивает скорость восходящего и нисходящего движения. Исключение стационарных зон особенно полезно в эрлифтных реакторах с внутренним контуром.
5. Управление циркуляцией жидкости
Скорость циркуляции жидкости зависит от объема впрыскиваемого газа, высоты реактора и плотности жидкости. Затем операторы могут регулировать эти параметры для достижения высоких уровней интенсивности смешивания, а также скорости циркуляции, если это необходимо.
6. Датчики и мониторинг
Вы поймете, что многие современные эрлифтные реакторы оснащены датчиками для мониторинга таких переменных, как температура, pH, концентрация биомассы и растворенный кислород. Операторы могут поддерживать идеальные условия для микробной активности и очистки сточных вод, используя эти данные для управления своими модификациями.
Хотя воздушные ферментеры, такие как Многоступенчатый промышленный ферментер объемом 2000 л из нержавеющей стали are frequently employed in industrial settings to produce goods like biofuels and medications, airlift bioreactors and fermentors share similar fundamental design components. This design’s adaptability enables adaptation according to particular wastewater treatment objectives.
Использование эрлифтных реакторов для очистки сточных вод
Эрлифтные реакторы демонстрируют гибкость и адаптивность в различных отраслях промышленности, поскольку их можно использовать в широком спектре сценариев очистки сточных вод:
1. Очистка городских сточных вод
Некоторые из органических загрязнителей, обнаруженных в городских сточных водах, включают фосфор и азот. Микробные популяции, необходимые для удаления этих загрязнителей, поддерживаются реакторами-эрлифтами. Они экономичны для крупных городских предприятий из-за энергетической выгоды и высокой скорости переноса кислорода.
2. Очистка промышленных сточных вод
Конкретный сектор, который генерирует сточные воды с высоким биохимическим потреблением кислорода, включает химическую, пищевую и фармацевтическую промышленность. Такие стоки можно эффективно очищать путем модификации эрлифтных реакторов, особенно реакторов с внешним контуром. Из-за высокого содержания биомассы сложные органические соединения больше распадаются в этих типах реакторов.
3. Удаление питательных веществ
Водоемы загрязняются и становятся эвтрофными из-за дисбаланса питательных веществ, особенно азота и фосфора. Реакторы эрлифта также позволяют удалять вышеуказанные питательные вещества, поскольку система содержит микробные сообщества, которые решают эту проблему.
4. Анаэробная очистка сточных вод
Реакторы Airlift могут работать без кислорода. Главное преимущество анаэробных методов заключается в том, что они могут производить биогаз, который можно использовать в качестве источника энергии. Это полезно при очистке сточных вод с высокими значениями БПК и ХПК.
5. Переработка токсичных отходов
Некоторые токсичные химикаты, обнаруженные в определенных промышленных сточных водах, негативно влияют на обычные аэробные бактерии. Реакторы Airlift все еще безопаснее, а также представляют собой более эффективный механизм обработки, включающий использование специализированных микробных консорциумов для деградации этих токсичных соединений.
6. Уменьшение объема шлама
Осадок очень часто наблюдается как конечный продукт очистки сточных вод, и его удаление является проблемой. Реакторы с воздушными лифтами более эффективно разрушают органические вещества и приводят к меньшему образованию осадка, что облегчает утилизацию.
Как работают эрлифтные реакторы при очистке сточных вод?
Вам, вероятно, интересно, как работают эрлифтные реакторы. По сути, воздух вводится в тяговую трубу, создавая пузырьки, которые транспортируют жидкость наверх. Это приводит к замкнутой схеме циркуляции из-за непрерывного восходящего потока жидкости. Ниже приводится подробный обзор того, как работают эрлифтные реакторы:
1. Аэрация и перемешивание
In the reactor’s riser section, air is supplied. As the gas rises, the liquid in the riser moves upward, and the downcomer then flows downward. Because of the extensive mixing provided by this circulation, the reactor’s gasses and nutrients is distributed evenly.
2. Микробное разложение
Сточные воды содержат органические вещества, которые микроорганизмы питают в определенном реакторе. Этот процесс уменьшает химическое и биохимическое потребление кислорода (БПК и ХПК).
3. Отделение шлама
После фазы микробной обработки часть биомассы падает и оседает на дне реактора. Когда очищенная вода переходит на следующий уровень очистки, осевшую биомассу или шлам можно легко собрать для дальнейшей обработки или утилизации.
Airlift Reactors’ Benefits for Treating Wastewater
Эрлифтные реакторы популярны в различных областях применения, поскольку они обеспечивают ряд преимуществ при очистке сточных вод:
1. Эффективный перенос кислорода
Как мы заметили, в зонах подъема и спуска всегда существует противоточная циркуляция. В результате эрлифтные реакторы обеспечивают более высокую передачу кислорода по сравнению с реакторами с мешалкой.
Вы работали с аэробными системами очистки сточных вод? Если да, то вы должны знать, что эффективная передача газа необходима для всех методов аэробной очистки, поскольку кислород необходим для микробных процессов.
2. Снижение потребности в энергии
По сравнению с другими реакторами, реакторы с воздушными лифтами также относительно энергоэффективны, поскольку механическое перемешивание не требуется. Поскольку большая часть процесса связана с циркуляцией, происходит замедление использования энергии и эксплуатационных расходов.
3. Улучшение массопереноса и смешивания
Важной особенностью реакторов с воздушными лифтами является возможность обеспечить полное перемешивание по всему реактору, чтобы исключить мертвые зоны, которые могут негативно повлиять на кинетику реакции. Для очистки сточных вод это делает их очень эффективными, поскольку процесс зависит от постоянного распределения газа и питательных веществ.
4. Минимальное касательное напряжение
Механическое перемешивание может быть губительным для микроорганизмов в Биореакторы промышленного масштаба где важна микробная жизнеспособность. Рост микроорганизмов и эффективность удаления загрязняющих веществ улучшаются за счет относительно благоприятных условий и меньшего напряжения сдвига.
5. Гибкость применения
Благодаря своей гибкости, эрлифтные реакторы используются для любого биологического процесса, представляющего интерес. Они особенно подходят для очистки сточных вод в аэробных и анаэробных условиях. Они одинаково подходят для очистки промышленных вод и стоков.
6. Сокращение потребности в обслуживании
Реакторы Airlift также имеют менее механическую конструкцию, чем насосы. По этой причине они менее сложны, чем другие типы реакторов, что делает их более простыми в обслуживании.
Недостатки воздушных перевозок
Реакторы эрлифта имеют следующие недостатки, которые могут снизить эффективность очистки сточных вод:
1. Ограниченное удержание газа
Хотя вы будете наслаждаться эффективностью переноса кислорода в эрлифтных реакторах, существуют обстоятельства, когда количество газа, которое может фактически удерживаться в жидкости, ограничено. По мере того, как это происходит, подача кислорода может уменьшаться, особенно в действиях, требующих большого количества энергии. В конечном итоге это может повлиять на общую эффективность микробов.
Вы занимаетесь крупномасштабной очисткой сточных вод? Если да, то эрлифтные реакторы могут оказаться не идеальным выбором. Эрлифтные реакторы эффективно работают при скромном масштабе очистки сточных вод. Поддержание правильного смешивания и циркуляции, необходимых в таких системах, становится сложным по мере расширения системы.
2. Большие первоначальные инвестиции
Стоимость строительства эрлифтных реакторов, вероятно, будет выше, чем у обычных насосов из-за необходимости использования специальных материалов и методов строительства. Несмотря на экономию затрат на эксплуатацию, инвестиционные затраты на оборудование могут стать ограничивающим фактором, особенно для небольших объектов.
3. Возможное засорение
Реакторы эрлифта могут легко засориться при использовании сточных вод, содержащих взвешенные частицы. Это увеличивает необходимость в тщательном мониторинге и, возможно, других процедурах фильтрации подкласса.
4. Вязкие жидкости
Для высоковязких сточных вод производительность эрлифтных реакторов низкая. Почему? Циркуляция газа-жидкости может быть прервана вязкими жидкостями, что снижает эффективность очистки.
Другие методы очистки сточных вод
Очистка сточных вод может быть достигнута с помощью многих технологий, в зависимости от типа и концентрации удаляемых загрязняющих веществ, цели очистки и фактора стоимости. Варианты включают:
1. Физические методы лечения
Фильтрация часто является первым шагом в очистке сточных вод, где крупные частицы, такие как пластик и тряпки, удаляются механическими сетками. После этого взвешенные твердые частицы естественным образом опускаются на дно отстойников, чтобы их можно было удалить. Наконец, методы фильтрации, такие как песчаные фильтры, активированный уголь или сложные мембраны, удаляют загрязняющие вещества и мельчайшие частицы, гарантируя более чистую воду.
2. Метод химической обработки
Этот метод подразумевает использование химикатов, таких как хлорид железа или квасцы. Коагуляция и флокуляция образуют начальный этап и включают добавление веществ, таких как квасцы или хлорид железа, для группировки мелких частиц.
Затем для уничтожения всех видов патогенных организмов применяется хлорирование, ультрафиолетовое излучение или обработка озоном.
Наконец, путем добавления таких материалов, как известь, кальцинированная сода или кислоты, регулировка pH уравновешивает кислотность или щелочность воды и гарантирует ее соответствие требованиям безопасности для питья.
3. Биологическая очистка
При биологической очистке органические загрязнители минимизируются микробными культурами или аэротенками. Загрязнители уменьшаются биопленками, когда сточные воды проходят через слой среды.
Эта обработка включает в себя создание водно-болотных угодий. Водно-болотные угодья имитируют естественную влажную среду, где растения и микроорганизмы используются в процессе фильтрации воды.
4. Система анаэробной очистки
Системы анаэробной очистки способны разлагать органические загрязнители, когда нет кислорода. Например, анаэробные реакторы выделяют биогаз в процессе обработки мусора.
Кроме того, промышленные стоки высокой концентрации часто проходят очистку в реакторах Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB). Эти реакторы являются хорошей инвестицией, поскольку они способны контролировать отходы и даже вырабатывать электроэнергию.
5. Новые и гибридные технологии
Ряд передовых технологий повышают эффективность очистки сточных вод:
- Биопленочные реакторы с подвижным слоем (MBBR): эти реакторы значительно повышают эффективность очистки, способствуя образованию биопленки с использованием плавающей среды.
- Фотокатализ: этот метод разрушает загрязняющие вещества с помощью катализаторов и ультрафиолетового света, обеспечивая гигиеничный и эффективный вариант обработки.
- Нанотехнологии: токсины и следы загрязняющих веществ устраняются с помощью сложных фильтров и адсорбентов, созданных с использованием нанотехнологий, устраняя загрязняющие вещества, которые обычные методы могут не заметить.
Заключение
Реакторы Airlift являются передовым методом очистки сточных вод, поскольку они сочетают в себе устойчивость, гибкость и эффективность. Они удобны для биологической обработки сточных вод, поскольку их уникальная конструкция улучшает смешивание и перенос кислорода.
Несмотря на определенные недостатки, преимущества эрлифтных реакторов часто перевешивают недостатки, особенно в тех случаях, когда решающее значение имеют деликатное перемешивание и энергоэффективность.
В то время, когда потребность в чистой воде больше, чем когда-либо, такие инновации, как эрлифтный ферментер и биореактор, представляют собой жизнеспособные варианты для устойчивого управления сточными водами. Итак, вы ищете решения для очистки сточных вод? Проверьте наш реактор — мы предлагаем комплексные решения по очистке сточных вод.
Русский 
English 
简体中文 
Español