膜吸收脱除废水中氨氮及盐体系对氨传质性能影响的研究

论文摘要

氨氮是常见的水体污染源,对生态环境和人类健康都会产生极大的危害。传统的氨氮废水处理技术存在二次污染、高能耗、占地面积巨大等缺点,支撑气膜膜吸收技术作为先进的氨氮分离技术具有许多显著的环境和经济优势。但由于复杂体系下的传质理论研究尚不完善,对于一些操作条件还存在争议,膜材料的成本和寿命限制等因素,气膜膜吸收脱氨技术的尚未得到工业化普及,在国内更是仍停滞于研究阶段。本课题采用两种不同制膜方法得到的膜材料进行了研究实验,对脱氨操作条件进行了系统化的试验研究和理论论证,对常见无机盐在气膜膜吸收过程中可能产生的盐效应进行探讨。通过传质方程的求解得到膜吸收过程中氨在各相的分传质系数,更深一步的从影响机理上阐述不同操作条件和溶液体系对氨传质的影响过程。实验结果表明:操作温度对氨的传质有巨大的影响,近似于存在指数关系,45℃时两组件传质效率分别比常温时高出400%和200%;而流速和初浓度对传质系数的影响并不大,影响都在3%以内。在常见无机盐对氨盐效应的研究中发现:氯化钠、硝酸钠、硫酸钠、硫酸铵对氨具有不同程度的盐析效应,其中硫酸钠最为明显,在120g/L浓度时两组件的膜相传质系数分别达到纯水体系时的1.4倍和2.6倍;而氯化铵和硝酸铵对氨具有轻微的盐入效应,160g/L的氯化铵使两组件膜相传质分别降低了14%和21%,而同浓度的硝酸铵使其分别降低了28%和13%;氯化钙则表现出明显的盐入效果,当浓度为160g/L时,组件1的传质速率降低了30%,组件2更是降到了原来的1/6。且研究发现,温度变化会对盐效应产生显著的影响,例如硫酸铵的盐析效应在高温时逐渐被粘度影响所掩蔽,在50℃下,在浓度超过80g/L时总传质系数产生回落现象;而氯化钙的盐入效果随着温度的升高而减弱,例如在50℃下160g/L时的膜相传质系数反而比120g/L时高出30%。本课题的研究方法和实验结果将为支撑气膜膜吸收处理氨氮废水的理论研究及工业化应用提供方法指导和数据支持,尤其为处理含盐氨氮废水时操作条件的选择提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 氨氮污染及氨氮废水处理技术研究进展
• 1.1.1 氨氮废水的主要来源
• 1.1.2 氨氮污染的危害
• 1.1.3 氨氮废水处理技术研究进展
• 1.2 支撑气膜膜吸收法脱除废水中的氨氮
• 1.2.1 膜材料与制膜技术
• 1.2.2 膜接触器与气膜膜吸收脱氨技术
• 1.2.3 气膜分离技术的理论研究
• 1.2.4 氨传质过程的影响因素
• 1.3 本论文课题的提出及研究内容
• 第二章 基础理论与计算
• 2.1 理论模型
• 2.1.1 传质方程的建立
• 2.1.2 方程中参数的确定
• 2.2 计算方法
• 2.2.1 总传质系数K
• 2.2.2 膜相传质系数kM
• 2.2.3 液相传质系数kL及入口段长度
• 第三章 实验方法
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 试剂与仪器
• 3.1.2 膜接触器
• 3.2 实验操作
• 3.2.1 实验装置
• 3.2.2 试验流程
• 3.3 氨含量测定方法
• 3.3.1 盐酸中和滴定
• 3.3.2 纳氏比色法
• 第四章 试验结果与分析
• 4.1 操作条件对膜吸收过程的影响
• 4.1.1 流速影响
• 4.1.2 初浓度影响
• 4.1.3 温度影响
• 4.2 含盐体系对膜吸收脱氨过程的影响
• 4.2.1 氯化钠
• 4.2.2 硝酸钠
• 4.2.3 硫酸钠
• 4.2.4 氯化铵
• 4.2.5 硝酸铵
• 4.2.6 硫酸铵
• 4.2.7 氯化钙
• 4.3 温度对硫酸铵与氯化钙盐效应的影响
• 4.3.1 硫酸铵
• 4.3.2 氯化钙
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录一
• 附录二
• 附录三
• 致谢