电催化氧化反应器中流动和传质的实验与模拟研究

发布时间：2020-09-09 13:02

　　工业有机废水造成环境问题日益突显,而电催化氧化技术作为有效的处理手段,一直都是环保技术研究的重点。本文以对甲氧基苯酚(PMP)作为模型污染物,采用计算流体力学(CFD)数值模拟技术,研究了电化学反应器中降解氧化过程的气泡效应、流动和传质行为,为反应器设计和最佳操作条件选择提供理论依据。本文采用紫外吸收光谱技术研究对甲氧基苯酚降解过程,结合相关降解动力学文献,利用MATLAB非线性拟合得到表观非均相速率常数k_(app)和吸附-解吸平衡常数K,为后续数值模拟提供降解反应信息。采用高速摄像机记录降解反应的4-5 min过程,从拍摄照片分析了阳极表面气泡群的运动行为,利用ImageJ统计了气泡的尺寸信息,得到气泡的平均直径为0.125 mm。将降解过程图片经过反相、图像二值化处理,得到电极反应区表面气相分率,结合摄影景深得到电极反应区的气相分率。实验与模拟结果吻合性良好,表明数值模拟的数学模型的正确性。模拟计算中采用欧拉-欧拉方法描述了降解过程的两相气泡流,为了准确预测电解槽中的两相气泡流,采用界面面积浓度模型来计算气泡尺寸效应,且对比恒定尺寸和变化尺寸气泡表明气泡的尺寸效应对气相运动有重要的影响。模拟得到不同条件的流动情况、PMP浓度分布情况和气相分率分布情况,表明反应器进口缓冲区存在滞留区,气泡层对PMP分布有较大的阻力效应;相比其他条件,电极间距对流动和PMP分布有着较大影响;从减小气泡效应角度,最佳操作条件为I=45 A/m~2,u_(in)=0.07 m/s,δ=8 mm。通过分析不同条件的阳极表面的舍伍德数分布情况,得到降解反应和气泡效应对阳极表面的传质有重要作用,且传质区域大多处于28-50%的传质效率。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O646.54;X703
【部分图文】：

工艺流程图,有机废水处理,生物技术,工艺流程图

避免了盐对微生物菌群的不利影响，尤其去除效率表现显著。Woolard 和 Irvine[15]等人盐废水体系，实验中采用了间歇操作的生物膜物膜间歇反应器（SBBR），结果表明此体系的不受苯酚浓度变化影响，可产生稳定、高质量反应器处理性能。此外，厌氧生物法处理废水式厌氧污泥床、厌氧接触系统等多种处理反应氧滤池对鱼粉工业废水研究，在有机负载率（水 COD 去除率高达 80%，结果表明厌氧滤池利用上流式厌氧污泥床技术处理有机废水，研留时间（HRT）、NaCl 含量、营养物添加量等R=13.8 g/(L d)和 HRT=3）。目前，生物法处理流程过程可看到生物法在有机废水领域内应，有待于后期实验研究。

两相流,流型,电化学反应器

图 1-2 两相流的流型分类图表[58]Fig. 1-2 Different regimes for two-phase flows[气泡流在许多电化学工程过程应用相当递过程和电极电位都会产生重要的影为活性自由基或离子转移到电极上，反，电极上溶解的气体局部浓度超过饱和饱和电解液溶解气体转移电极表面，表气泡达到足够的尺寸，这些气泡就会离气泡发生向上和轴向运动，在电极表面层[59, 60]。像这样具有析气效应的垂直电化学反应器[61]（Vertical Plane ElectPERGE）。垂直平板析气电化学反应器分为：（1）强制对流装置反应器，电解极间距中循环流动；（2）自然对流循环起电解质溶液的流动；（3）无净流动装

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电解液的再循环减小电体分率。循环电解质溶液程，而减小气相分率增加极的旧式隔膜式氯气电池解质溶液。在配备箱式解液的降液管。箱式电循环，从而减少隔膜一侧如高压下的电解，可减过程在其它精细技术领域法模拟了高孔隙表面的在石墨烯的金属催化剂

【参考文献】