中低放废液反渗透处理数学模型研究及验证

摘要

近年来在核电放射性废液处理领域，膜技术的研究越来越受到重视。研究工作中受安全和成本的限制，通常采用冷实验。现使用的放射性废水排放标准下(沿海为3700Bq/L，内陆为37Bq/L)，处理后达标的放射性废水浓度极低，在冷实验研究中检测困难。为便于检测，研究中通常采用高浓度，但不具代表性，研究价值不高。因此研究超低浓度的膜传质模型，对放射性废水的无公害排放和膜技术的应用具有至关重要的意义。
　　本文在研究反渗透技术处理中低放废液（以放射性核素中的钴作为研究处理对象）的实验基础上，结合溶解扩散模型和物料平衡，建立了可用于低浓度废水的渗透分离的模型。试验中分别考察了不同进料浓度、操作压力对反渗透性能的影响，并考察了连续工况下处理量对反渗透处理效果的影响。利用溶解扩散模型和物料平衡对反渗透去除钴离子的渗透行为进行模拟。
　　结果显示:(1)通过实验研究，考察了操作压力、进料浓度和处理量对膜通量和截留率的影响。在进料浓度较低的情况下，膜通量主要受操作压力的影响，膜通量与操作压力近视成线性关系。随着操作压力的增加，膜通量几乎呈线性增长，截留率也有小幅增加。浓度对膜通量和截留率的影响很小，随着浓度的增加，膜通量和截留率呈下降趋势。随着处理量的增加，对膜通量的影响不大，渗透浓度和渗透液平均浓度呈上升趋势，渗透浓度较渗透液平均浓度快。（2）应用溶解扩散模型预测反渗透去除放射性废水溶液中钴的渗透行为。研究低浓度钴离子的渗透行为，结合溶解扩散模型，推导出渗透分离的方程。通过拟合较高浓度钴离子渗透的实验数据求得模型相关参数，然后针对较低浓度钴离子的渗透实验数据，与模型预测数据进行对比。结果显示，实验数据与模拟数据相对误差不超过15％，该溶解扩散模型可以很好的预测较低钴离子浓度下的渗透行为。(3)结合物料平衡和膜传质模型建立反渗透系统模型。针对较低浓度钴离子的二次渗透实验数据，与模型预测数据进行对比。
　　结果显示,一次液进料浓度模拟值和实验值相对误差不超过5%，膜通量的模拟值和实验值相对误差不超过8%。渗透浓度和渗透液平均浓度的模拟值和实验值相对误差不超过10%。对二次液进行模拟，进料浓度相对误差不超过10%，膜通量模拟值和实验值很接近，相对误差不超过3%。数学模型可很好的运用于模拟膜技术分离中低浓度钴离子的过程，可以用于预测反渗透去除低浓度钴离子的效果。

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第一章 绪论

1.1核电发展和环境问题

1.2放射性废水的源项和组分

1.3放射性废水的处理方法

1.4课题研究意义及研究内容

1.5本章小结

第二章 反渗透膜分离技术

2.1反渗透原理

2.2物料平衡

2.3反渗透膜传质机理和模型

2.4操作因素的影响

2.5本章小结

第三章 试验装置及方法

3.1膜材料

3.2实验装置和流程

3.3实验方法及参数

3.4 钴离子的测定

3.5 本章小结

第四章 实验结果与讨论

4.1测定钴离子浓度标准曲线

4.2 压力和浓度的影响

4.3 处理量的影响

4.4 本章小结

第五章 数学模型的建立与验证

5.1模型的建立

5.2 模型参数的求解

5.3 模型的验证

5.4 本章小结

第六章 全文总结

6.1 主要结论

6.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的学术论文