内循环流化床吸附—膜分离饮水除氟工艺研究

发布时间：2017-10-02 12:17

  本文关键词：内循环流化床吸附—膜分离饮水除氟工艺研究

  更多相关文章： 活性 Al_2O_3 吸附-膜分离 膜污染 F-浓度 模型

【摘要】：氟作为人体不可或缺的微量营养元素,对人体的健康起着重要作用。但长期摄入过高的氟元素则会导致氟中毒。中国广大的农村居民居住地较为分散,而高氟水地区分布较广,远离城市供水管网,若通过改水降氟或集中供水工程解决,铺设管路任务艰巨,投资较大,因此研发适用于解决广大农村安全饮水技术和水处理设备,提高广大农村饮水安全成为迫切需要。在已报道众多除氟技术中,吸附法运行,维护成本相对较低,具有较好应用前景,尤其适合我国广大农村地区。关于吸附除氟已有大量研究,但多集中在吸附材料研究,而关于吸附反应器与设备的研究报道较少。本文将内循环吸附与膜分离技术联合,开发一种新型饮水除氟工艺—内循环流化床吸附-膜分离饮水除氟工艺,为明确工艺特性,以模拟高氟水为试验原水,首先通过对三种吸附材料的对比研究选出最适宜吸附剂,在此基础上开展工艺的小试研究,主要结论如下:(1)通过对活性Al_2O_3,活性MgO和改性活性Al_2O_3三方面的对比实验,改性活性Al_2O_3为内循环流化床吸附-膜分离饮水除氟工艺运行的最佳吸附材料。考虑到粉体工程实际应用中材料粒径分布范围越窄,加工难度越高,且0.042-0.048mm和0.048-0.075mm的k2值和qmax相差较小,因此,选择粒径分布较宽的0.048-0.075mm活性Al_2O_3为工艺运行的吸附材料。(2)当pH值在4.5-9.5范围内时,所选活性Al_2O_3均能达到很好的除氟效果,PH值在6.5-7.5范围时,除氟效果最佳。pH值过高或过低,活性Al_2O_3的除氟效果均显著降低;随着温度的升高,活性Al_2O_3吸附量略微增大,35℃时的吸附量是15℃的110.39%,吸附量相差0.40mg·g-1,与25℃的吸附量相差仅0.11mg·g-1,说明温度对活性Al_2O_3吸附效果影响较小;改性活性Al_2O_3的除氟效果受共存阴离子的影响均有不同程度的降低,CO_3~(2-)对除氟效果的影响最大。SO_4~(2-)、NO_3~-和Cl~-对吸附剂的除氟效果影响较小。H_2PO_4~-对氟离子吸附效果影响较大。竞争离子由强到弱的的影响顺序为CO_3~(2-)H_2PO_4~-SO_4~(2-)Cl~-NO_3~-。(3)由内循环流化床吸附-膜分离饮水除氟工艺的单因素试验知,增大曝气量可促进吸附进行程度,但非常有限;在一定范围内增大HRT可促进吸附进行程度,进而延长产水周期;增加吸附剂投加量可提高反应器的吸附反应速率,减缓出水浓度上升速度,进而可提高总产水量,但同时也使吸附剂总投加量增多;通过响应面法,确定内循环流化床吸附-膜分离饮水除氟工艺的最佳运行参数为吸附剂投加量为0.5g·L-1,HRT=3.2h。(4)在最佳运行参数条件下,在利用原生吸附剂时,一个运行周期ZCV为1.17L·g-1,MCV是1.37L·g-1,经过五次吸附剂的再生利用,ZCV为5.13 L·g-1,MCV是6.69 L·g-1;再生次数越多,除氟的性能越差;膜污染短期内主要受膜孔堵塞的影响,长期运行主要为滤饼层污染。(5)基于吸附等温线模型、吸附动力学模型、反应器物料平衡方程建立工艺连续流动态数学模型。应用所建数学模型模拟HRT=4h,活性Al_2O_3投加量为5g·L-1,曝气量为1m3·h-1情况下工艺出水氟浓度的动态变化,结果表明,模型模拟得出的出水氟浓度的动态变化过程与实测曲线较为一致,模拟值相对实测值的平均误差为16.5%,模拟值整体上略高于实测值。
【关键词】：活性 Al_2O_3 吸附-膜分离 膜污染 F-浓度 模型
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU991.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 高氟水的形成及危害9-14
• 1.2.1 高氟水的形成9-13
• 1.2.2 高氟水的危害13-14
• 1.3 高氟地下水处理方法研究现状14-20
• 1.3.1 化学沉淀法14-15
• 1.3.2 吸附交换法15-16
• 1.3.3 混凝沉淀法16-17
• 1.3.4 膜分离法17-19
• 1.3.5 其它方法19-20
• 1.4 本文研究背景20
• 1.5 研究的内容与意义20-22
• 1.5.1 研究的内容20-21
• 1.5.2 研究的意义21-22
• 第2章 实验材料和实验方法22-26
• 2.1 技术路线图22
• 2.2 实验材料与方法22-26
• 2.2.1 吸附剂及制备22-23
• 2.2.2 实验原水23
• 2.2.3 主要仪器23
• 2.2.4 化学试剂23-24
• 2.2.5 检测方法24
• 2.2.6 吸附等温线测定24
• 2.2.7 吸附动力学的研究24
• 2.2.8 内循环流化床吸附-膜分离饮水除氟设备连续流试验装置24-26
• 第3章 吸附剂比选及吸附特性研究26-35
• 3.1 吸附剂的比选26-29
• 3.1.1 活性Al_2O_3的选择26
• 3.1.2 活性Al_2O_3的改性26-27
• 3.1.3 活性MgO的选择27
• 3.1.4 最优吸附剂的比选27-29
• 3.2 不同粒径吸附特性研究29-31
• 3.2.1 吸附动力学29-30
• 3.2.2 吸附等温线30-31
• 3.3 环境因子对活性Al_2O_3除氟性能的影响31-33
• 3.3.1 pH值对除氟效果的影响31-32
• 3.3.2 温度对除氟效果的影响32-33
• 3.3.3 共存离子对除氟效果的影响33
• 3.4 小结33-35
• 第4章 工艺设备除氟效能研究35-56
• 4.1 工艺影响因素及参数优化35-45
• 4.1.1 单因素影响研究36-38
• 4.1.2 HRT与活性Al_2O_3投加量响应曲面优化38-45
• 4.2 最优条件下工艺运行特性研究45-55
• 4.2.1 工艺除氟效能分析45-47
• 4.2.2 出水溶出离子变化47-48
• 4.2.3 膜污染特性及机理研究48-55
• 4.3 小结55-56
• 第5章 工艺连续流动态数学模型研究56-59
• 5.1 工艺连续流动态数学模型建立56-57
• 5.1.1 模型的假设和限定56
• 5.1.2 工艺连续流动态数学模型建立56-57
• 5.2 模型的求解57
• 5.3 工艺数学模型的验证57-58
• 5.4 小结58-59
• 第6章 结论与建议59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 建议60-61
• 参考文献61-66
• 致谢66-67
• 个人简历67-68
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果68
• 参加的科研项目68

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘柏谦,魏高升,崔畅林;循环流化床传热的实验室研究和工程研究的某些差别[J];锅炉技术;2001年10期

2 裴建国;谈如何降低循环流化床炉的烟尘排放浓度[J];中国甜菜糖业;2001年03期

3 赵旭东,马春元,李振山,项光明,陈昌和;循环流化床烟气脱硫装置对袋式除尘器影响的实验研究[J];环境工程;2005年05期

4 ;全国循环流化床发电机组安全与经济运行研讨会召开[J];中国电机工程学报;2005年24期

5 程亮;刘宇;李华民;仝利娟;申琪;;循环流化床脱硫技术在我国的应用[J];江西能源;2008年01期

6 李萃斌;苏达根;;循环流化床粉煤灰的组成形貌与性能研究[J];水泥技术;2010年03期

7 王纯良;;循环流化床国内外现状分析[J];节能技术;2011年02期

8 王怀彬,陈崇枢,张子栋,刘文铁,何伟才;内循环流化床及其粒子带出率的试验研究[J];热能动力工程;1991年06期

9 刘德昌;郑洽余;黄国权;;第三届循环流化床国际学术会议评述[J];东方电气评论;1991年03期

10 ;循环流化床燃炼技术的优点[J];浙江电力;1999年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 郭东彦;孙立;Harold Boerigter;;造纸废料在循环流化床内气化实验研究[A];2005年中国生物质能技术与可持续发展研讨会论文集[C];2005年

2 朱治平;那永洁;吕清刚;包绍麟;孙运凯;贺军;;循环流化床加压煤气化试验台的设计[A];中国动力工程学会第三届青年学术年会论文集[C];2005年

3 王勤辉;骆仲泱;吴学成;岑可法;;循环流化床床内颗粒运动特性的图像测试[A];中国颗粒学会2006年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2006年

4 刘兵;王怀成;王海兵;;电除尘器净化循环流化床锅炉烟气探讨[A];第十二届中国电除尘学术会议论文集[C];2007年

5 雷志军;李志;徐亮;;软计算方法在循环流化床优化燃烧中的研究[A];中国计量协会冶金分会2008年会论文集[C];2008年

6 雷志军;李志;徐亮;;软计算方法在循环流化床优化燃烧中的研究[A];2008全国第十三届自动化应用技术学术交流会论文集[C];2008年

7 余锦龙;王义俊;;300WM循环流化床机组协调控制系统[A];2010年全国发电厂热工自动化专业会议论文集[C];2010年

8 宋海英;;浅析循环流化床机组的协调优化[A];全国火电300MWe级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集[C];2010年

9 李登新;徐猛;吕俊复;刘青;张建胜;岳光溪;;循环流化床飞灰快速水化团聚及其反应活性研究[A];中国颗粒学会2002年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会会议论文集[C];2002年

10 陈永国;田子平;缪正清;熊天柱;李俊;;时频分析在循环流化床流型识别中的应用[A];首届信息获取与处理学术会议论文集[C];2003年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 傅光荣 本报记者　张志勇;建设循环流化床机组[N];江西日报;2006年

2 吴浩;世界首台60万千瓦循环流化床发电主机设备采购合同签字[N];中国经济导报;2009年

3 本报记者 冯义军;循环流化床发电技术迈进新时代[N];中国电力报;2014年

4 记者　田玉良 通讯员　李永利 周雪峰;首台国产循环流化床机组发电[N];河北经济日报;2006年

5 王润胜;循环流化床项目环保效果显著[N];国家电网报;2008年

6 刘星;循环流化床示范电站落户内江[N];四川日报;2008年

7 记者 许静;环保技改 白马一季度利润增3倍[N];四川日报;2009年

8 唐忠春 刘飞;CFB，内电人的骄傲[N];西南电力报;2003年

9 通讯员 王侠;赤峰热电循环流化床机组达一流[N];中国电力报;2010年

10 记者 李洪明 通讯员 傅光荣;既要金山银山 也要绿水青山[N];中国电力报;2004年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 范丽婷;循环流化床烟气脱硫过程建模与控制研究[D];东北大学;2014年

2 夏云飞;循环流化床锅炉水冷壁磨损机理与防止研究[D];浙江大学;2015年

3 孟磊;大型循环流化床机组节能优化运行技术研究[D];华北电力大学;2013年

4 闫涛;循环流化床焚烧炉中生活垃圾燃烧特性研究[D];清华大学;2004年

5 田凤国;内循环流化床气固流动数值模拟与试验研究[D];上海交通大学;2007年

6 范晓旭;循环流化床多联供系统试验研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2007年

7 石惠娴;循环流化床流动特性PIV测试和数值模拟[D];浙江大学;2003年

8 吕俊复;超临界循环流化床锅炉水冷壁热负荷及水动力研究[D];清华大学;2005年

9 刘耀鑫;循环流化床热电气多联产试验及理论研究[D];浙江大学;2005年

10 毛玉如;循环流化床富氧燃烧技术的试验和理论研究[D];浙江大学;2003年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 任永强;循环流化床气固两相流动力特性的三维数值模拟[D];华北电力大学;2000年

2 周祖旭;细粉碳燃料在循环流化床的流动特性研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2015年

3 吴松畔;高通量/高密度循环流化床提升管流动特性[D];华北电力大学;2015年

4 韩祺祺;循环流化床液固两相及气液固三相的CFD-DEM模拟[D];天津大学;2014年

5 毛明旭;循环流化床气固流动过程三维电容层析成像研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2016年

6 唐青;循环流化床内多组分颗粒流化特性的数值研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

7 张澄;锂电池储能技术参与循环流化床机组AGC调节的运用研究[D];华北电力大学(北京);2016年

8 齐云龙;基于单颗粒示踪法内循环流化床颗粒混合的研究[D];东南大学;2015年

9 景杰;循环流化床锅炉燃烧系统的建模与优化控制[D];华北电力大学;2016年

10 李欣;循环流化床灰用于干硬性混凝土掺合料的特性研究[D];重庆交通大学;2016年

，

本文编号：959566