脉冲电浮成套环保装置的理论和实验研究

论文摘要

近年来，应用电化学方法在治理环境污染方面受到了广泛的关注。其中电凝聚法和电浮法已在工业废水和城市生活污水处理方面得到了应用。电浮法被称为“环境友好的绿色技术”，受到广泛的关注，降低电浮法的能耗，减小环流影响，提高处理效果更成为目前的研究热点。针对这些问题，本文提出脉冲电浮法，在降低能耗、提高处理效果等方面进行了深入的研究和实验。 为了提高脉冲电浮的处理效果，本文详细分析了絮凝过程对最终处理效果的影响，根据紊流水动力特征，分析了影响絮凝的两大动力因素；旋涡运动和离心惯性力。认为旋涡运动产生的剪切力和离心惯性力是絮凝颗粒产生接触碰撞的主要作用力，而旋涡剪切力是絮凝反应的主导动力。根据这种观点和自激振荡脉冲射流理论，首次提出和研制出一套自激振荡管道式絮凝器。实验室实验表明，采用自激振荡管道式絮凝器后，大大提高了脉冲电浮水处理法的处理效果。 关于电浮处理过程中自由粒子的去除过程，作者以钢球模型的简化方式建立了去除率与时间关系的数学模型和电浮处理池大小的数学模型，它们对电浮处理容器的设计和处理工艺设计有较好的指导意义。 本文设计和研制成功的脉冲电浮水处理成套设备具有结构简单、操作方便、对有机物的去除率高，对废水的适应范围广等特点，与常规的电浮法相比较，能节约能耗40％-60％，处理效果很好（如处理皮革废水，达到了预期的效果，COD降至90）。国内相关资料表明，将皮革废水COD降至100以下，目前尚无报道。本文还系统分析了影响脉冲电浮水处理效果的诸多因素，并对相关因素进行了优化，从而使脉冲电浮水处理成套设备各元、部件的配置获得比较满意的结果。 本课题的研究内容主要包括： ①脉冲电浮水处理的参数分析：将影响脉冲电浮水处理效果的参数分别进行了详细的分析。 ②脉冲电浮水处理池的设计：通过数学建模提出了脉冲电浮水处理池的几何参数，并设计了脉冲电浮水处理装置的配套结构； ③自激振荡管道式絮凝器的设计：介绍了脉冲电浮水处理过程中絮凝剂投加量的确定原则；通过对絮凝动力学和运动学的研究，根据自激振荡脉冲发生机理，设计出新型自激振荡管道式絮凝器； ④对设计的管道式絮凝器进行实验研究。实验证明：设计的管道式絮凝器的性能优于同型号的絮凝器。 ⑤对该脉冲电浮水处理成套设备的实验研究。介绍了制革废水和餐饮污水的

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 微气泡浮选法
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 产生微气泡的方法
• 1.3 电化学处理废水技术
• 1.3.1 内电解法
• 1.3.2 电催化氧化法
• 1.3.3 电凝聚气浮法
• 1.4 电浮法理论
• 1.4.1 气泡产生
• 1.4.2 影响电浮处理效果的因素
• 1.5 脉冲电解处理废水的研究
• 1.5.1 脉冲电解基础
• 1.5.2 国内研究进展
• 1.5.3 国外研究进展
• 1.6 本课题的内容
• 1.6.1 脉冲电浮法
• 1.6.2 新型管道式絮凝器
• 1.6.3 总结
• 2 电浮单元中的絮凝过程
• 2.1 理论基础
• 2.1.1 多相流理论基础
• 2.1.2 废水中的颗粒物
• 2.1.3 絮凝动力学理论发展阶段
• 2.2 絮凝过程的化学基础
• 2.3 絮凝沉降阶段过程
• 2.3.1 凝聚阶段
• 2.3.2 絮凝阶段
• 2.3.3 沉降阶段
• 3 微气泡产生、粘附和浮起过程
• 3.1 微气泡产生机理及构造
• 3.1.1 微气泡形成机理
• 3.1.2 微气泡内部构造
• 3.2 微气泡和颗粒的粘附作用
• 3.2.1 影响气泡与颗粒物的相互作用的因素
• 3.2.2 微气泡和颗粒物的粘附过程
• 3.2.3 微气泡和颗粒物的碰撞模型
• 3.3 气泡上浮的多相流过程
• 3.3.1 气液两相流动
• 3.3.2 带气絮粒的上浮
• 4 自激振荡管道式絮凝器的设计
• 4.1 基于微涡漩理论的絮凝动力学分析
• 4.1.1 絮凝过程的能量扩散
• 4.1.2 涡漩运动规律
• 4.1.3 涡漩理论在絮凝反应中的应用
• 4.2 絮凝器研究现状
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 管道絮凝器
• 4.2.3 新型折板絮凝器
• 4.2.4 投药方式
• 4.3 自激振荡脉冲射流机理及模型
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 自激振荡脉冲机理
• 4.3.3 振荡腔内涡漩与碰撞壁的相互作用的数学模型
• 4.4.4 几何参数变化和碰撞壁形状变化对振荡脉冲射流的影响
• 4.4 自激振荡管道絮凝器设计
• 4.4.1 自激振荡腔室的设计原理
• 4.4.2 自激振荡管道絮凝器的总体设计
• 4.5 对比实验
• 4.5.1 废水来源及水质
• 4.5.2 仪器及试剂
• 4.5.3 结论
• 4.6 本章小结
• 5 脉冲电浮数学建模
• 5.1 电浮处理过程运动学的数学模型
• 5.2 脉冲电浮处理池数学模型的建立
• 5.2.1 电浮过程基本公式
• 5.2.2 处理时间及处理池容积
• 5.2.3 处理池高度
• 6 脉冲电浮处理装置设计
• 6.1 脉冲电浮处理池的设计
• 6.1.1 脉冲电浮池的工作区
• 6.1.2 撇渣器:
• 6.1.3 电极块:
• 6.2 斜板沉淀池
• 6.3 电源及控制部分的设计
• 6.3.1 脉冲电浮水处理池的供电参数
• 6.3.2 电源控制部分
• 7 脉冲电浮装置的水处理实验
• 7.1 污水水质指标对脉冲电浮水处理装置的影响
• 7.1.1 水质指标简述
• 7.1.2 水质指标对脉冲电浮水处理的影响
• 7.2 絮凝剂选择及最佳投药量分析
• 7.2.1 絮凝剂简介
• 7.2.2 絮凝剂溶液的制备
• 7.2.3 最佳投药量
• 7.3 脉冲电浮法处理皮革废水的实验研究
• 7.3.1 概述
• 7.3.2 絮凝沉降实验
• 7.3.3 现场实验
• 7.3.4 实验结果分析
• 7.4 脉冲电浮法对餐饮废水处理的实验
• 7.4.1 概述
• 7.4.2 实验准备
• 7.4.3 脉冲电浮—曝气—二次电浮处理实验
• 7.4.4 脉冲电浮与传统电浮的对比实验
• 7.4.5 能耗分析
• 7.5 脉冲电浮水处理装置的成本分析
• 7.6 本章小结
• 8 结论和展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 独创性声明
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