电催化耦合纳滤处理有机废水的数值模拟和实验研究

发布时间：2017-10-02 03:35

  本文关键词：电催化耦合纳滤处理有机废水的数值模拟和实验研究

  更多相关文章： 浓差极化 计算流体动力学 有机废水 电催化氧化 纳滤

【摘要】：目前,对难生物降解类有机污染废水的处理是国内外的研究热点之一。电催化氧化耦合纳滤过程处理有机废水技术保留了电催化氧化和纳滤过程的多项优点:不产生重金属离子和沉淀物、截留率高、无二次污染等,是一项非常有发展前景的新技术。本文将具有催化活性的DSA电极置于纳滤膜表面,研究电催化氧化降解作用对浓差极化的影响,建立耦合过程数学模型从机理上研究电催化氧化降解作用对耦合过程的影响,并通过实验对该模型进行了验证,得到了一些有意义的结论。本文中通过实验研究发现,酸性大红和盐酸四环素作为难生物降解类有机废水的代表污染物,其被电催化氧化的降解过程均符合一级反应动力学规律,电催化氧化反应常数随着电流密度的增加而增大。在使用电催化氧化耦合纳滤技术进行水处理过程中,酸性大红和盐酸四环素废水的浓差极化层阻力占总的渗透阻力的比例较大,而凝胶层的阻力占总的渗透阻力的比例较小。故在本文中对该耦合过程建立数学模型时,认为凝胶层厚度恒定且忽略电催化氧化对该层的影响。实验结果还表明,在本文的实验条件范围内,电渗、电泳作用相对电催化氧化作用对渗透通量的贡献较小,在本文中的数学模型中予以忽略。在本文的实验条件范围内,耦合过程对酸性大红、盐酸四环素的截留率均达到95%以上。在这些实验结果与分析假设的基础上,文中结合二维浓差极化模型和层流状态下N-S方程建立一般情况下耦合过程模型,对这种耦合过程的流动和传质性能进行了数值模拟和较系统的实验研究验证。模型预测和实验结果均表明,耦合过程中电催化氧化对减弱浓差极化阻力起积极作用,在本文的实验条件范围内,电催化作用可以将浓差极化阻力最多减弱85%。电催化氧化通过氧化浓差极化层的有机污染物降低纳滤过程的渗透阻力,从而使渗透通量增加,其渗透通量的计算结果与实验结果的变化一致。本文中还将耦合过程应用于实际工业废水处理,结果表明耦合技术在废水处理方面有较好的应用前景。
【关键词】：浓差极化 计算流体动力学 有机废水 电催化氧化 纳滤
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703;TQ028.8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-26
• 1.1 污水的来源、特点和危害9-11
• 1.2 几种传统水处理方法11-19
• 1.2.1 分解类水处理技术11-16
• 1.2.2 分离类水处理技术16-18
• 1.2.3 混合类水处理技术18-19
• 1.3 膜分离过程联合其他水处理方法的研究进展19-22
• 1.3.1 对物料进行预处理19-20
• 1.3.2 膜表面改性20
• 1.3.3 改善膜面的流体力学条件20-21
• 1.3.4 超声强化技术21
• 1.3.5 电场强化技术21-22
• 1.4 计算流体力学模拟膜分离过程的研究进展22-24
• 1.5 本文的研究意义和研究内容24-26
• 1.5.1 研究意义24-25
• 1.5.2 主要研究内容25-26
• 第二章 数值模拟方法和实验分析测试指标26-37
• 2.1 实验仪器和实验材料26-28
• 2.1.1 实验仪器26-27
• 2.1.2 实验材料27-28
• 2.2 CFD模拟方法原理28-31
• 2.2.1 数值方法28-29
• 2.2.2 计算步骤29
• 2.2.3 计算平台29-31
• 2.3 实验装置及分析方法31-37
• 2.3.1 电催化氧化降解实验31-32
• 2.3.2 耦合实验装置32-33
• 2.3.3 测试指标和分析方法33-37
• 第三章 电催化氧化耦合纳滤过程的数值模拟37-67
• 3.1 纳滤过程传质机理模型37-43
• 3.1.1 浓差极化模型37-39
• 3.1.2 渗透压模型39-41
• 3.1.3 凝胶层模型41-42
• 3.1.4 细孔模型42-43
• 3.2 电催化氧化耦合纳滤过程模型的建立43-52
• 3.2.1 耦合过程作用机理43-45
• 3.2.2 耦合过程的渗透压和电催化降解速率45-48
• 3.2.3 网格划分和计算方式48-52
• 3.3 耦合过程的简化模型52-55
• 3.4 耦合过程模型的验证与分析55-65
• 3.5 本章小结65-67
• 第四章 电催化氧化耦合纳滤过程处理盐酸四环素废水67-74
• 4.1 电催化氧化耦合纳滤处理盐酸四环素废水的参数测定67-71
• 4.1.1 电催化氧化降解盐酸四环素废水的反应速率67-69
• 4.1.2 耦合过程处理盐酸四环素废水时各层阻力69-70
• 4.1.3 耦合过程处理盐酸四环素废水的截留率70-71
• 4.2 电催化氧化耦合纳滤过程处理盐酸四环素废水的通量验证71-73
• 4.3 本章小结73-74
• 第五章 电催化氧化耦合纳滤处理实际废水74-77
• 5.1 电催化氧化处理实际废水74-75
• 5.2 耦合过程处理实际废水75-76
• 5.3 本章小结76-77
• 第六章 结论77-79
• 参考文献79-94
• 发表论文和参加科研情况说明94-95
• 符号表95-97
• 致谢97-98

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本文编号：957372