猪场沼液镁阳极双室电解除磷工艺研究
发布时间：2020-06-15 01:24
【摘要】：针对传统磷酸铵镁(MAP)处理法需要添加镁源和提高pH等复杂操作,以及使用化学试剂导致成本高等问题,本论文提出了牺牲镁阳极电解工艺来实现镁源和pH的同步添加,并通过引入离子交换膜实现电解过程中pH稳定,验证了序批式运行模式及连续式运行模式的可行性,利用单因素试验和响应表面法优化了两种运行模式的关键参数,分析了两种运行模式的处理效果。此外,论文还对双室电解工艺中存在的膜污染特征进行了初步研究,分析了膜污染的情况与影响,为牺牲镁阳极双室电解处理法的长效运行提供参考依据。论文获得以下主要结论:(1)在序批式运行模式下,随着阳极液pH从8.0升高至9.5,模拟沼液中磷去除率先上升后下降,而随着电流密度从11.1 A m-2升高至44.4 Am-2,模拟沼液中磷去除率随之逐渐升高,但初始的电流效率随之下降。综合考虑磷去除效果与经济性,确定序批式运行模式的较优参数为阳极液pH 8.5和电流密度22.2 Am-2。在该条件下,通过阴-阳分段序批处理方式替代化学试剂,将实际沼液的pH从7.4提升至8.5-8.6之间,实现93%磷的稳定去除,同时将处理成本控制在$81.6 kg-1 P(换算成人民币为522.2元 kg-1P)。(2)利用响应表面法对连续式运行模式的关键参数进行了优化,建立沼液磷去除率与电流密度、水力停留时间的二次响应曲面模型,发现电流密度及水力停留时间均对磷去除率有极显著的影响。为在最短水力停留时间内实现最高的磷去除率,通过模型预测获得了最优参数为电流密度78.2 A m-2和水力停留时间40 min,在此条件下实际沼液的磷去除率在多次运行过程中始终保持85%以上,运行成本约为$71.7kg-1 P(换算成人民币为458.9元kg-1P)。(3)通过对镁阳极双室电解法处理猪场沼液的序批式和连续式两种运行模式下处理效果和成本分析的比对可知,序批式运行模式下的磷去除效率比连续式运行模式下的磷去除率高约8%,但同时序批式运行模式的处理成本比连续式也高14%。在实际应用中,应根据猪场实际情况对运行模式进行选择。(4)通过扫描电镜-能谱仪及电化学阻抗谱等方法对比了沼液浸泡、MAP结晶法和镁阳极电解法等处理后膜污染情况及其对磷去除率的影响,同时对多次电解处理对膜污染作用进行了分析。结果表明,沼液浸泡处理和MAP结晶法处理仅使得少量颗粒物吸附在膜表面,未严重污染膜表面;而镁阳极电解法则使得阴极室一侧的离子交换膜膜表面形成明显的MAP结晶污染层,从而造成严重的膜污染。同时,多次电解处理扩大了膜表面污染层的覆盖面积,促进污染层的晶体颗粒增大,却使得污染层结构变得疏松易脱落,从而未对磷去除率造成影响。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S216.4
【图文】：
图１．１技术路线图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｒｏｕｔｅ逡逑
的长Ｘ宽Ｘ高：８0ｘ８0ｘ８０ｍｍ），双室电解池由体积相同的阳极室和阴极室，以及逡逑夹在其中的离子交换膜组成，其中k胃龅ナ业挠行寤担埃板澹恚蹋匝樽爸萌珏义贤迹玻彼尽Ｊ匝楦萘姿犸窘峋Щ厥帐钡乃璧募钚蕴跫砸趵胱咏换荒ゅ义希ǎ幔睿椋铮铄澹澹悖瑁幔睿纾邋澹恚澹恚猓颍幔睿澹澹粒牛停澹蹋牛龋铮粒湾澹牵颍椋铮铄澹保玻埃矗贾萋毯匣繁Ｓ邢薰义纤荆泄┖脱衾胱咏换荒ぃǎ悖幔簦椋铮铄澹澹悖瑁幔睿纾邋澹恚澹恚猓颍幔睿澹澹茫牛停澹危幔妫椋铮铄澹保保罚贾蒎义下毯匣繁Ｓ邢薰荆泄┙醒≡瘛５缂牧暇保担埃担埃常恚淼某し叫推藉义习澹溆行婊矗担悖恚病Ｆ渲校艏牧衔叽慷鹊模粒冢梗保拿竞辖鸢澹跫义喜牧鲜牵常埃床恍飧职濉Ａ娇榈缂逶谀さ牧讲嗝娑悦娑猿品胖茫缂涞募渚噱义衔常靛澹悖怼Ｎ搜艏夯旌系母泳鵕蔽嘶竦酶玫牧姿犸窘峋Ч义显谑匝楣讨欣玫缍涟杵鳎ǎ剩剩保粒姿卤σ瞧鞒В泄┒匝艏航薪铃义习
本文编号：2713676
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S216.4
【图文】：
图１．１技术路线图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｒｏｕｔｅ逡逑
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本文编号：2713676
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