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电吸附脱盐技术用于炼化企业污水二级处理出水深度处理研究

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摘要

第一章 引言

1.1 研究背景和意义

1.1.1 水资源概况

1.1.2 国内外污水再生利用的现状与意义

1.2 水处理除盐常用处理技术

1.3 电吸附脱盐技术原理及其发展历程

1.3.1 电吸附脱盐原理与特点

1.3.2 双电层理论

1.3.3 电吸附脱盐技术与其它脱盐技术的比较

1.3.4 电吸附脱盐技术在国内外的研究现状与发展历程

1.3.4 电吸附技术中电极材料的研究进展

1.3.5 电吸附双电层理论基础

1.3.5 理论推导双电层电极界面饱和电荷量

1.4 课题的研究目的和内容

1.4.1 研究的目的和意义

1.4.2 研究内容

第二章 实验原理、方法和实验装置

2.1 实验路线

2.2 电吸附脱盐技术工作特性分析

2.2.1 电吸附脱盐技术的吸附再生过程

2.2.2 电吸附脱盐过程中电压和电流变化

2.3 电吸附脱盐设备与脱盐工作流程

2.3.1 电吸附脱盐设备的构造

2.3.1 电吸附脱盐工艺流程

2.4 水样分析测试方法

2.5 实验方法

2.6 实验原水浓度分析测定方法

2.6.1 测定NaCl溶液中离子的浓度与电导率线性关系

2.6.2 测定MgCl2溶液中离子的浓度与电导率线性关系

第三章 不同工作条件下电吸附设备除盐性能研究

3.1 操作电压对NaCl、MgCl2去除效果的影响

3.1.1 不同操作电压对NaCl、MgCl2去除的影响

3.1.2 不同操作电压对出水pH值的影响

3.1.3 不同操作电压与离子去除率及能耗变化关系

3.2 NaCl、MgCl2进水浓度对去除效果的影响

3.2.1 NaCl、MgCl2进水浓度对去除率的影响

3. 3进水流量对NaCl及MgCl2的去除效果影响

3.3.1 不同进水流量对NaCl及MgCl2去除效果的影响

3.3.2 不同进水流量下出水离子平均去除率

3.3.3 不同进水流量对能耗的影响

3.4 本章小结

第四章 电吸附脱盐工艺吸附动力学与吸附热力学研究

4.1 电吸附脱盐装置在不同电压下的吸附等温线与吸附等温方程

4.1.1 吸附等温线模型

4.1.2 不同电压下的吸附等温线

4.1.3 不同电压下电吸附脱盐装置吸附容量

4.2 动力学实验

4.2.1 动力学模型

4.2.2 扩散模型

4.3 本章小结

第五章 电吸附对兰州某炼化企业污水二级处理出水深度处理实验研究

5.1 实验条件

5.1.1 实验水质

5.1.2 实验设备

5.1.3 试验操作参数与流程

5.2 电吸附脱盐实验对各种指标的去除效果

5.2.1 对二级处理出水浊度的平均去除效果

5.2.2 对二级处理出水色度的平均去除效果

5.2.3 对二级处理出水CODcr的去除效果

5.2.4 对二级处理出水NH3-N的去除效果

5.2.5 二级处理出水电导率的变化

5.2.6 对二级处理出水总硬度的去除效果

5.2.7 对二级处理出水总铁的去除效果

5.3 本章小结

第六章 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果

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摘要

淡水是全世界公认的宝贵资源,目前淡水资源的匮乏已经成为制约社会经济发展的重要因素之一。因此,解决淡水资源短缺的主要途径就是要提高污水再生回用率。而对于工业废水回用时含盐量是主要的限制指标之一,因此废水脱盐是废水回用过程中必不可少的工艺环节。电吸附脱盐技术是一种新型的脱盐技术,其具有高除盐率、低能耗、无需化学再生及抗污染能力强等优点。
  电吸附脱盐机理是在极板两端施加一定的电压,使得极板与溶液的接触面产生双电层,溶液中的离子受到电牵引力的作用向双电层进行迁移,从而使得离子富集在双电层中,最终达到脱盐的目的。
  本文自制电吸附脱盐装置采用活性炭纤维作为电吸附极板,实验思路:前期采用人工配水对电吸附脱盐技术的最佳工作参数、脱盐性能及脱盐机理进行深入的研究,最后验证对兰州某炼化企业污水二级处理出水进行深度处理的净化效果,以期替代反渗透-离子交换树脂-混合离子交换床高纯水制备工艺中的反渗透工艺作为离子交换树脂前预处理工艺。
  论文的主要研究内容与创新点总结如下:
  1、在极板电压为1.3V~1.6V的范围内,随着极板电压的升高电吸附脱盐装置对离子的去除率也随之增加,与此同时单位制水能耗也会随之增加,得出电吸附最佳工作电压为1.5V。
  2、在进水离子浓度为250mg/L~850mg/L的范围内,随着进水浓度的增加,电吸附对离子的吸附量也就越大,但是当浓度增加达到一定程度时(进水离子浓度大于850mg/L),电吸附对离子的吸附量趋于平稳,进水离子浓度对电吸附吸附量的影响较小。
  3、在进水流量为15ml/min~30ml/min的范围内,随着进水流量的增加,电吸附对离子的平均去除率逐渐下降,单位制水能耗也会随之下降,当电吸附出水离子浓度满足要求时,可以适当提高进水流量来降低单位制水成本。
  4、对电吸附中双电层吸附离子的吸附等温线模型分别进行Langmuir吸附等温线模型与Freundich吸附等温线模型拟合。拟合结果表明:Langmuir吸附等温线模型与Freundich吸附等温线模型均可以很好的描述电吸附装置的吸附机理。电吸附对离子的吸附容量qe与最大吸附量qm均随着极板电压的升高而增加,且不同电压下1/n值均在0.1~0.6范围内,这说明双电层在该电压范围内对离子均有较高的吸附速率。
  5、对电吸附中双电层吸附离子的反应动力学模型分别进行Lagergren准一级反应动力学模型与Lagergren准二级反应动力学模型进行拟合。拟合结果表明:Lagergren准二级反应动力学模型可以很好的反映电吸附反应动力学机理。升高极板电压不仅有利于提高活性炭纤维对离子吸附速率(k2值升高),而且会提高其吸附容量qe值。
  6、对电吸附中离子迁移至双电层过程中的扩散模型分别进行Kannan颗粒内扩散模型与液膜扩散模型拟合。拟合结果表明:在整个双电层的吸附离子过程中离子受到液膜扩散与孔内扩散的双重控制。
  7、电吸附脱盐装置对离子交换树脂的进水水质所关注的几项指标均有较好的去除效果。进水电导率为1300μs/cm,出水平均电导率330μs/cm,平均脱盐率为75%,产水率为85%,单位制水能耗为1.9kWh/m3,因此电吸附脱盐技术具有普遍的推广价值。
  8、对电吸附双电层的脱盐机理进行吸附等温线模型、反应动力学模型及离子扩散模型全面分析研究,以此来研究电吸附技术的脱盐机理。

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