连续铁电絮凝过程中多相流控制下的污染物和吸附絮体传质机理研究

作     者：程兴隆 

作者单位：江苏科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陆君

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：电絮凝 传质 停留时间分布 可视化 

摘      要：电絮凝（EC）是一种高效、环保的水处理方法,其原理是电解产生的絮体通过吸附、网捕卷扫和共沉淀反应等作用去除废水中的污染物。现代工业中多采用连续的EC工艺,其以设备简易、操作简单且易于自动化等优势被广泛关注。在连续EC工艺中,絮体通过与污染物的混合达到去除目的,而污染物和絮体在反应器中的停留时间会影响混合的效果。吸附了气泡的絮体在浮力和流体流动的作用下从本体溶液中浮到表面。该过程加速了絮体的迁移,缩短了絮体的停留时间,进而削弱了絮体与污染物的混合。因此,本文对传质过程和多相流体的流动特性进行了研究。本文中主要使用停留时间分布（RTD）和可视化的方法来研究污染物的传质和絮体的迁移,进而试图找到一条优化连续EC的途径。本文以反应工程上的管式反应器和釜式反应器为基础,设计了三种不同的连续EC反应器:连续EC管式反应器-立式通道（CEC-VC）、连续EC管式反应器-卧式通道（CEC-HC）和连续EC釜式反应器（CEC-T）,并选择氟化钠和甲基橙作为污染物示踪剂。本文研究了CEC-VC中分散气泡相、絮体相和连续液相对污染物的传质影响。结果表明,气泡相会使得污染物的停留时间缩短,进而加快污染物的传质,而且电解产生的气泡比曝气产生的气泡更能增加流体的湍流程度。此外,絮体相会阻碍污染物的传质,但是影响不大。随着流量增大,污染物的RTD变窄,而且峰值处的E（t）值增大。本文在同样的影响因素下探究了CEC-VC中絮体的运移,其RTD是絮体浊度与时间的曲线。结果发现,絮体的迁移基本受对流通量的控制,流速越高,传质接近平推流模式（PFR）。絮体吸附气泡后停留时间缩短,且更容易吸附电解产生的小气泡。本文研究了三种连续EC反应器中的传质过程。结果表明,污染物的停留时间在CEC-HC中最长,CEC-VC中次之,CEC-T（搅拌）中最短。絮体在CEC-HC中的停留时间比在CEC-VC中的长。可视化的结果表明,CEC-HC中污染物与絮体分布不均,然而CEC-VC中污染物与絮体分布均匀,CEC-T中物质的混合模式接近全混流模式（CSTR）。因此,连续EC管状反应器（CEC-VC、CEC-HC）中应避免返混的产生,而在连续EC釜式反应器（CEC-T）中需要最大的搅拌和返混。本文也研究了絮体对污染物的吸附效率,不同反应器种污染物的去除效率排序为:CEC-T（搅拌）CEC-VCCEC-T（无搅拌）CEC-HC。这说明了絮体对污染物的吸附效率与二者的传质过程是密不可分的,因此通过控制污染物的传质和絮体的迁移来优化EC的效率是一种可行的办法。