泡沫分离水中微量锌离子及宏观动力学研究

论文摘要

目前含锌废水的处理方法主要有混凝沉淀法、硫化沉淀法、铁氧体法、电解法、离子交换法和吸附法等。前三种方法，虽然在工程上有了应用，处理效果也较明显，但由于化学药剂的添加，导致产生大量的废渣，而这些废渣目前尚无较好的处置办法。电解法不适用于处理较低浓度的废水。离子交换法和吸附法处理费用较高，投资太大。另一方面锌是一种两性元素，在整个pH值的范围内以Zn2+、Zn（OH）2、ZnO22-形态存在，其中Zn2+，ZnO22-以离子形态存在于溶液中，Zn（OH）2是以絮凝沉淀的形式存在，因此，上述方法很难使其从水溶液中有效分离，如何选用一种既经济又高效的分离方法成为解决处理含锌废水和环境保护的首要问题。泡沫分离法以其在低浓度下具有高的分离率以及可连续操作等优势成为解决此问题的首选方法。本文以分离水中微量的锌离子为研究体系，利用卧式、塔式加压溶气泡沫分离装置做了大量的泡沫分离实验，考察了表面活性剂种类及浓度、pH值、溶气压力、溶气水的流率、进料流率和硫酸铝的用量等因素的影响。实验结果表明：在锌离子初始浓度为10mg·L-1，表面活性剂为AOS，且其浓度为15mg·L-1，pH值为11，压力为0.24～0.26MPa，溶气水的流率为250L·h-1，进料流率为50～70L·h-1，硫酸铝的用量为25～75mg·L-1时，锌离子的去除率可达到98.37％。根据泡沫分离过程与化学反应过程在物理行为上的类似性，将化学反应过程理论应用于泡沫分离过程，引入等效速率常数，对泡沫分离法去除水中的锌离子进行宏观动力学研究。结果表明，泡沫分离过程可等效为一级反应，其等效速率常数κ=0.448min-1。通过停留时间分布测定及分析，得知其平均停留时间tm=10.29min，方差σθ2=0.578；结合相应的实验数据拟合确定了停留时间分布密度函数，研究了流体流动对泡沫分离过程去除率的影响并对该过程的数学模型进行了分析讨论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 泡沫分离技术的国内外研究进展
• 1.2.1 泡沫分离技术的应用及研究现状
• 1.2.2 泡沫分离的模型研究状况
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 基本原理
• 2.1 泡沫分离原理
• 2.2 泡沫体系
• 2.2.1 泡沫的形成
• 2.2.2 泡沫的结构
• 2.2.3 泡沫的破坏机制
• 2.2.4 泡沫的稳定机制
• 2.3 表面活性剂的分子结构特点及性质
• 2.4 颗粒在气泡上的吸附
• 2.5 本章小结
• 第3章 实验部分
• 3.1 实验装置、仪器及药品
• 3.1.1 泡沫分离装置
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 实验药品
• 3.2 去除锌离子的实验步骤及检测方法
• 3.2.1 去除锌离子的实验步骤
• 3.2.2 锌离子浓度的检测
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 表面活性剂种类的影响
• 3.3.2 表面活性剂浓度的影响
• 3.3.3 pH值的影响
• 3.3.4 溶气压力的影响
• 3.3.5 溶气水流量的影响
• 3.3.6 进料流率的影响
• 3.3.7 硫酸铝用量的影响
• 3.3.8 卧式和塔式设泡沫分离装置比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 宏观动力学分析
• 4.1 平均停留时间和方差
• 4.2 去除锌离子的动力学分析实验
• 4.3 等效反应级数及等效速率常数
• 4.4 数学模型
• 4.5 停留时间分布密度函数方程
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢