电催化耦合纳滤处理有机废水的数值模拟和实验研究

摘要

目前，对难生物降解类有机污染废水的处理是国内外的研究热点之一。电催化氧化耦合纳滤过程处理有机废水技术保留了电催化氧化和纳滤过程的多项优点：不产生重金属离子和沉淀物、截留率高、无二次污染等，是一项非常有发展前景的新技术。本文将具有催化活性的DSA电极置于纳滤膜表面，研究电催化氧化降解作用对浓差极化的影响，建立耦合过程数学模型从机理上研究电催化氧化降解作用对耦合过程的影响，并通过实验对该模型进行了验证，得到了一些有意义的结论。
　　本文中通过实验研究发现，酸性大红和盐酸四环素作为难生物降解类有机废水的代表污染物，其被电催化氧化的降解过程均符合一级反应动力学规律，电催化氧化反应常数随着电流密度的增加而增大。在使用电催化氧化耦合纳滤技术进行水处理过程中，酸性大红和盐酸四环素废水的浓差极化层阻力占总的渗透阻力的比例较大，而凝胶层的阻力占总的渗透阻力的比例较小。故在本文中对该耦合过程建立数学模型时，认为凝胶层厚度恒定且忽略电催化氧化对该层的影响。实验结果还表明，在本文的实验条件范围内，电渗、电泳作用相对电催化氧化作用对渗透通量的贡献较小，在本文中的数学模型中予以忽略。在本文的实验条件范围内，耦合过程对酸性大红、盐酸四环素的截留率均达到95％以上。在这些实验结果与分析假设的基础上，文中结合二维浓差极化模型和层流状态下N-S方程建立一般情况下耦合过程模型，对这种耦合过程的流动和传质性能进行了数值模拟和较系统的实验研究验证。模型预测和实验结果均表明，耦合过程中电催化氧化对减弱浓差极化阻力起积极作用，在本文的实验条件范围内，电催化作用可以将浓差极化阻力最多减弱85%。电催化氧化通过氧化浓差极化层的有机污染物降低纳滤过程的渗透阻力，从而使渗透通量增加，其渗透通量的计算结果与实验结果的变化一致。
　　本文中还将耦合过程应用于实际工业废水处理，结果表明耦合技术在废水处理方面有较好的应用前景。

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第一章 绪论

1.1 污水的来源、特点和危害

1.2 几种传统水处理方法

1.3 膜分离过程联合其他水处理方法的研究进展

1.4 计算流体力学模拟膜分离过程的研究进展

1.5 本文的研究意义和研究内容

第二章 数值模拟方法和实验分析测试指标

2.1 实验仪器和实验材料

2.2 CFD模拟方法原理

2.3 实验装置及分析方法

第三章 电催化氧化耦合纳滤过程的数值模拟

3.1纳滤过程传质机理模型

3.2电催化氧化耦合纳滤过程模型的建立

3.3耦合过程的简化模型

3.4耦合过程模型的验证与分析

3.5本章小结

第四章 电催化氧化耦合纳滤过程处理盐酸四环素废水

4.1电催化氧化耦合纳滤处理盐酸四环素废水的参数测定

4.2电催化氧化耦合纳滤过程处理盐酸四环素废水的通量验证

4.3本章小结

第五章 电催化氧化耦合纳滤处理实际废水

5.1电催化氧化处理实际废水

5.2耦合过程处理实际废水

5.3本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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