工业用水中电化学深度除硅的特性研究

摘要

在工业用水中，很多行业都受到水中硅的限制，从用水量最大的冷却系统到高精度的电子行业，都对硅含量制定了严格的标准，然而，要达到深度除硅却很困难。最常用的化学絮凝方法不仅引起二次污染，而且无法达到深度除硅；离子交换和膜法不仅价格昂贵而且对进水水质要求较高。因此，必须寻找一种高效、经济且洁净的除硅技术。本文利用电絮凝技术除硅，探索其机理，并研究了各个因素对除硅的影响，并与化学絮凝技术做了全面的比较，最后探索了一种除硅前预处理的新方法。
　　通过对电絮凝除硅连续工艺的研究发现，在恒流状态下，存在一个电压明显上升的转折点，这一转折点随着电流密度的增加而明显提前；经分析表明，电压的上升主要与电解过程中阳极的表面变化有关，阳极的过电势控制着整个电路电压的变化；通过对拐点处的数据分析得出，不同电流密度下拐点处的总电量在同一水平。经进一步研究表明，加入Cl-能有效延缓电压上升，并且在相同氯离子浓度下，阳离子对电压的上升特性无影响。与反转电极法相比，添加Cl-虽然不能提高除硅效率但能大大降低电絮凝除硅电耗。通过研究不同阴离子对电解中产生的絮体性质的影响得出：与其他体系相比，添加NO3-(10mM)+SO42-(10mM)的体系能够在消耗最少电极的情况下达到最大的去除率。
　　通过响应曲面法建立个各种因素与响应之间的关系，并且得到最优条件为：初始硅浓度60mg/L，极板间距1.0cm，电解时间71.67min，pH值7.5，电流密度3.18mA/cm2，极板浸没高度4.00cm，此时，总费用为1.64RMB/t，去除率为92.8％，经过实际实验验证结果得到总费用为1.68RMB/t，去除率为91.9%。在初始硅浓度为40-100mg/L范围内对电絮凝除硅的反应动力学模型进行拟合可知，一级反应动力学模型和粒子内部扩散模型相关系数均在0.99以上。通过温度的影响表明，除硅过程焓变为45.11kJ/mol，熵变为0.18kJ/mol，吉布斯自由能变化为负值，这说明电絮凝除硅过程是一个自发的、吸热的、熵增的吸附过程。
　　通过电絮凝与化学絮凝的比较得出结论，电絮凝技术不仅能够实现深度除硅（化学絮凝不能），而且产泥量小，能够维持溶液pH值中性，降低出水电导率，这说明电絮凝技术是一种既高效又洁净的技术。从机理上讲，电絮凝与化学絮凝效果的不同是由于电絮凝产生的絮体具有较负的Zeta电位和较大的粒径。与单独工艺相比，两阶段电化学法不仅能够降低产泥量而且能够降低费用。

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第一章 绪论

1.1工业用水的水质要求

1.2硅的种类与危害

1.3除硅技术

1.4电絮凝技术

1.5研究意义与内容

第二章 电絮凝除硅机理特性研究

2.1实验原料与装置

2.2电絮凝除硅极板行为特性研究

2.3电絮凝除硅铝絮体行为特性研究

2.4本章小结

第三章 电絮凝除硅参数优化与吸附动力学

3.1实验材料和设备

3.2参数优化

3.3电量指标

3.4吸附动力学

3.5温度的影响

3.6本章小结

第四章 电絮凝与化学絮凝比较

4.1实验设备和仪器

4.2结果与讨论

4.3本章小结

第五章 电絮凝除硅过程的前处理方法探索

5.1理论基础

5.2实验材料与方法

5.3结果与讨论

5.4本章小结

第六章 结论与建议

6.1结论

6.2创新点

6.3建议

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢