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《北京石油化工学院》 2019年
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内循环式铁碳微电解反应器结构优化与性能研究

张雷  
【摘要】:近年来,随着能源化工行业的发展,高浓度、难降解废水占工业废水排放量的比例越来越大,此类废水往往需要进行预处理才能进行生化处理。铁碳微电解是一种理想的难降解废水预处理技术,可以有效地提高废水的可生化性、降低废水的色度和毒性。然而,在实践过程中发现铁碳微电解长期运行会出现铁碳填料钝化、板结,从而降低工艺效率。为了解决该问题,本论文将气升式内循环反应器(ILAR)与微电解技术相结合形成新型的内循环式铁碳微电解(ICE)反应器。由于结构参数和操作参数对内部多相流动有较大的影响,并且未能形成系统的设计理论,使得内循环反应器的研究多停留在实验室水平,限制了反应器在工业中的应用。本文从ICE反应器结构优化与性能两方面进行研究。首先,基于计算流体力学(CFD)的研究方法,利用气液两相与气液固三相模型对ICE反应器进行结构优化。气液两相采用VOF模型,以液相速度及气含率径向分布参数为指标,研究结构参数(高径比、直径比、底隙高度和布水管数目等)对内部气液流动状态的影响。气液固三相采用欧拉-欧拉-欧拉多相流模型,气液曳力采用Schiller-naumannl模型,气固和液固均采用Gidspow模型,以固相径向分布与气含率径向分布等流体力学参数为指标,优化ICE反应器的结构参数。其次,通过模拟溶解氧浓度场分布,探讨了气含率与溶解氧的相关性,证实了在反应器内部能实现污染物的同步氧化与还原处理。通过模拟获得的最佳结构参数为:高径比4:1、直径比为7:1、底隙高度为90 mm、采用均匀布水和4根布水管。基于上述优化参数设计的实验规模的ICE反应器应用于模拟废水及实际工业废水处理。首先,以化学需氧量(COD)及苯胺去除率作为评价指标,对模拟废水展开实验研究,探讨曝气量、处理时间、pH及铁碳比等参数对处理效果的影响。在单因素实验的基础上,采用响应曲面法对不同参数进行优化,获得模拟苯胺废水的最佳工艺参数。最佳处理条件下,通过液相色谱、红外光谱、离子色谱和气相色谱-质谱(GC-MS)等检测方法分析苯胺的降解途径。其次,利用相同的实验方法,对实际焦化废水展开实验研究。获得的最佳工艺参数为:曝气量为0.13 m~3/h、铁碳比为1:1、pH为2.3及反应时间为90 min,其平均COD去除率为67.77%,色度去除率为93.75%。处理后废水的COD浓度均达到80 mg/L以下,满足焦化废水排放标准。在最佳工艺条件下,进行动态连续实验,反应器连续运行4个月并未出现填料板结钝化的现象。最后,根据模拟优化参数和实验结果,设计出用于工业废水处理规模的内循环式铁碳微电解反应器。
【学位授予单位】:北京石油化工学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:X703;TQ151

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【参考文献】
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