电吸附除盐技术及其在炼化企业二级出水深度处理中的应用研究

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水资源的严重匮乏和水污染的日益加剧,成为了阻碍经济社会发展和提高人们生活水平的重要影响因素。解决水资源匮乏和水污染防治的重要措施是污、废水资源化回用。常规的物理、化学、生物方法都可以达到降解水中污染物的目的,但对水中含盐量的去除效果不甚明显,因此污、废水资源化过程中,除盐是重要的工艺组成部分。传统的除盐方法在实际应用中易产生二次污染、材料分离回收或再生困难和能耗高等问题。电吸附除盐技术是一种新型的除盐技术,通过电极表面电压的控制,对水溶液中的污染物进行吸附和脱附,通过反接或短接再生的方式吸附饱和的吸附剂。该技术具有高除盐率、低能耗、无需化学再生和抗污染能力强等优点,已表现出独特的优势和较大的发展空间。
　　本实验自制电吸附除盐装置,采用304不锈钢板复合活性炭纤维(ACF)作为电极极板材料。实验前期是配制NaCl模拟水溶液,对电吸附除盐的影响因素做详细研究,以期确定工艺最佳控制参数,随后试验模拟水中浊度、氨氮、苯酚等污染物对电吸附装置除盐效果的影响;中期是深入研究电吸附除盐的机理及吸附特性分析,后期是验证炼化企业二级出水的除盐效果,以期达到替换反渗透前处理工艺的目的。
　　论文主要工作及结论如下:
　　(1)电吸附除盐装置经过改进后具有如下优点:装置产水量提高了一倍;电极极板选用不锈钢板复合活性炭纤维,吸附容量大,吸附性能较好,电流利用效率提高,增强了除盐效果;装置内部串联孔道式的结构有利于装置小型化并提高出水水质,且不锈钢板共用电极有利于节省装置的成本;采用网状隔板有利于形成扰流,提高传质效果,从而提高除盐率。
　　(2)电吸附单因素实验中,对于特定的电吸附装置,电极电压、流速、初始浓度有最佳的实验参数组合,在电源施加电压为2.2V时,进水电导率为1200uS/cm,流速为30ml/min,进水pH为6.80,电吸附的平均除盐率为46.17％。
　　(3)电吸附正交实验中,根据极差R的大小可以判断,影响电吸附装置平均除盐率因素的主次顺序为:初始浓度>电压>pH>流速。正交实验数据采用SPSS Statistics17.0软件进行Durbin-Watson模型模拟,由标准化方程可以看出,最主要的影响因子是电压和初始浓度,该模拟结果与正交实验极差分析结果相符。流速和pH值的影响不及电压和初始浓度对除盐效果的影响。
　　(4)电压分别为1.4V,1.8V,2.2V,2.6V时,Langmuir和Freundlich吸附等温线都有较高的拟合度。对于Langmuir吸附等温模型,当电压增大时,KL随之增大,说明电压增大,吸附速度随之加快,但qmax却没有相应的增大,说明随着含盐量的增大,吸附能力没有增强。对于 Freundlich吸附等温模型,当电压增大时,1/n值随之减小,说明随着含盐量的增加,电极吸附容量增加的速度减慢;但 KF却随之增大,说明电压增大,吸附容量是随之增大的。综合考虑活性炭纤维的特性参数,84%的孔径分布在1nm以下,因此,电吸附更好的符合Langmuir单分子层吸附等温模型。
　　(5)在电源施加电压分别为1.4V、1.8V、2.2V、2.6V时,三种反应动力学模型拟合程度均较高,但 Elovich方程拟合相关系数R2均高于Lagergren准一级反应动力学模型和二级反应动力学模型,拟合效果较好。对于Elovich模拟方程,在最佳施加电压2.2V条件下,b值最大为10.204,说明吸附速率下降较慢,确保长时间维持较低的出水电导率。对于Lagergren准一级反应动力学模型,随着电压的增大,吸附速率K1值随之增大,吸附达到饱和的时间较短。对于二级反应动力学,随着电压的增大,初始吸附速率增大,二级吸附速率常数K2也随之增大。
　　(6)电吸附除盐装置用于炼化污、废水深度处理,对水中的污染物(浊度、含盐量、氨氮、CODcr、UV254)均有较好的去除效果,因此电吸附除盐工艺替代反渗透前处理工艺是可行的。

著录项

作者
李娜;
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作者单位

兰州交通大学;

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授予单位兰州交通大学;
学科市政工程
授予学位硕士
导师姓名张国珍;
年度 2014
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类技术方法;
关键词
炼化企业; 二级出水; 深度处理; 电吸附除盐技术;

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