三维电极反应器处理聚酯纤维废水的试验研究

摘要

随着国民经济的发展，工业迅速发展，随之而来的工业废水处理问题一直受到人们关注。聚酯纤维（涤纶）废水的处理是纤维工业废水处理领域的难点问题，聚酯纤维废水有机物浓度高，酸性大，有刺激性气味，直接排放对水体污染极其严重，所以聚酯纤维废水的处理问题是纤维工业长远发展的关键。传统的物理、化学和生化法处理聚酯纤维废水投资大、日处理费用高、容易造成二次污染，电化学技术因具有反应速率快、效能高、操作简单和环境友好等优势，可有效处理聚酯纤维废水。为了进一步提高电化学技术的反应效率、降低反应能耗，目前构建新型电化学反应系统成为废水处理领域的重要方向之一。本论文旨在为今后构建电化学反应体系提供试验理论指导，以期实现高效低耗地处理聚酯纤维工业废水，实现工业应用。 本论文采用自行设计的三维电极反应器，对江苏省某生产聚酯纤维工厂的废水进行电化学氧化降解处理。采用单因素试验重点分析了废水初始pH值、电流密度、电解时间、极板间距、活性炭填充比例和脉冲电流占空比对反应器废水COD去除率和反应器能耗的影响，采用了响应面分析试验优化了三维电极反应器处理工艺。基于以上试验操作和研究，探究了一种快速简便的COD测量方法。 单因素试验对比显示，初始pH值、脉冲电流占空比对废水COD去除率和能耗影响显著，电流密度、电解时间、极板间距和活性炭填充比例对反应器能耗影响比较明显。同时，在使用脉冲电流供电的情况下，既可以保证反应器废水COD的去除率，也可以大大降低反应器的能耗。控制其中五个因素不变，改变另一个因素的不同取值，得出:初始pH值为6，COD去除率最高同时反应器能耗最低，分别为43％和150kWh/kg;COD去除率会随着电流密度的增大而增大，电流密度为10mA/cm2，反应器能耗最低为100kWh/kg，此时COD去除率为55％;电解时间为30min，COD去除率最高同时反应器能耗最低，分别为45％和100kWh/kg;极板间距为10cm，COD去除率最高同时反应器能耗最低，分别为46％和70kWh/kg;随着活性炭填充量的增加COD去除率越好，综合考虑废水处理效率，当活性炭填充比例为50％，COD去除率为47％，反应器能耗为70kWh/kg;COD去除率随脉冲电流占空比的增大而增大，占空比为0.4时，反应器能耗最低为60kWh/kg，此时COD去除率为42％。通过Design-expert.V10.0软件分析，在废水初始pH值为5.349，电流密度为20mA/cm2，电解时间为30.076min，极板间距为9.695cm，活性炭填充比例为70％，脉冲电流占空比为0.446时，三维电极反应器对废水COD去除率最大，为58.593％。当废水初始pH值为6.418，电流密度为10mA/cm2，电解时间为35.91min，极板间距为8.632cm，活性炭填充比例为20.002％，脉冲电流占空比为0.411时，三维电极反应器能耗最小，为37.612kWh/kg。综合考虑两个评价指标，最终确定最佳工艺参数组合为:废水初始pH值为6.115，电流密度为20mA/cm2，电解时间为29.291min，极板间距为10cm，活性炭填充量为70％，脉冲电流占空比为0.451的条件下，此时反应器废水COD去除率为58.029％，反应器能耗为66.318kWh/kg。 通过采用电热恒温鼓风干燥箱对水样加热20min与传统的回流2h进行对比，结果表明，两种方法对高级氧化处理后的聚酯废水COD测量结果没有显著性差异。可以采用电热恒温鼓风干燥箱的方法进行COD测量，此方法方便简单、效率高、精确度高，可以大大减少实验的时间。

目录

声明

摘要

符号及缩略语说明

第一章绪论

1．1研究背景

1．1．1聚酯纤维废水的处理

1．1．2聚酯纤维废水处理技术研究现状

1．2电化学概述

1．2．1电化学水处理技术的定义与类型

1．2．2电化学氧化机理

1．2．3影响电化学水处理的因素

1．2．4电化学法在污水处理中的应用

1．2．5电化学在水处理应用中存在的问题

1．3三维电极氧化法的现状

1．3．1三维电极氧化法的应用现状

1．3．2三维电极氧化法废水处理存在的问题

1．4研究目的及内容

1．4．1研究目的

1．4．2研究内容

1．4．3技术路线

第二章三维电极反应器机理分析

2．1三维电极技术概述

2．2三维电极的特点

2．3三维电极反应器的组成和分类

2．4三维电极反应器的导电机理分析

2．5三维点反应器的传质机理分析

2．6三维电极反应器的反应机理分析

第三章三维电极反应器处理聚酯纤维废水试验研究

3．1试验材料

3．1．1试验废水来源及水质特征

3．1．2试验仪器与试剂

3．1．3试验装置组成

3．2试验方法与步骤

3．2．1试验方法

3．2．2试验步骤

3．3废水COD浓度的测定

3．3．1传统回流2h法测定废水COD浓度

3．3．2采用电热恒温鼓风干燥箱测定COD浓度方法的探究

3．4三维电极反应器处理聚酯纤维废水的试验结果分析

3．4．1废水初始pH值的影响

3．4．2电流密度的影响

3．4．3电解时间的影响

3．4．4极板间距的影响

3．4．5活性炭填充量的影响

3．4．6脉冲电源电流占空比的影响

第四章三维电极反应器处理聚酯纤维废水的响应面试验研究

4．1．2BBD试验设计结果

4．2三维电极反应器废水COD去除率试验结果的响应面分析

4．2．1回归分析

4．2．2方差分析

4．2．3诊断分析

4．2．4响应面分析

4．2．5扰动分析

4．3三维电极反应器废水处理能耗的响应面分析

4．3．1回归分析

4．3．2方差分析

4．3．3诊断分析

4．3．4响应面分析

4．3．5扰动分析

4．4三维电极反应器处理聚酯纤维废水的工艺优化

4．4．1三维电极反应器处理聚酯纤维废水的工艺优化分析

4．4．2验证试验结果

第五章结论和建议

5．1结论

5．2建议

参考文献

致谢