本文關(guān)鍵詞：內(nèi)循環(huán)流化床吸附—膜分離飲水除氟工藝研究

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【摘要】：氟作為人體不可或缺的微量營(yíng)養(yǎng)元素,對(duì)人體的健康起著重要作用。但長(zhǎng)期攝入過(guò)高的氟元素則會(huì)導(dǎo)致氟中毒。中國(guó)廣大的農(nóng)村居民居住地較為分散,而高氟水地區(qū)分布較廣,遠(yuǎn)離城市供水管網(wǎng),若通過(guò)改水降氟或集中供水工程解決,鋪設(shè)管路任務(wù)艱巨,投資較大,因此研發(fā)適用于解決廣大農(nóng)村安全飲水技術(shù)和水處理設(shè)備,提高廣大農(nóng)村飲水安全成為迫切需要。在已報(bào)道眾多除氟技術(shù)中,吸附法運(yùn)行,維護(hù)成本相對(duì)較低,具有較好應(yīng)用前景,尤其適合我國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū)。關(guān)于吸附除氟已有大量研究,但多集中在吸附材料研究,而關(guān)于吸附反應(yīng)器與設(shè)備的研究報(bào)道較少。本文將內(nèi)循環(huán)吸附與膜分離技術(shù)聯(lián)合,開發(fā)一種新型飲水除氟工藝—內(nèi)循環(huán)流化床吸附-膜分離飲水除氟工藝,為明確工藝特性,以模擬高氟水為試驗(yàn)原水,首先通過(guò)對(duì)三種吸附材料的對(duì)比研究選出最適宜吸附劑,在此基礎(chǔ)上開展工藝的小試研究,主要結(jié)論如下:(1)通過(guò)對(duì)活性Al_2O_3,活性MgO和改性活性Al_2O_3三方面的對(duì)比實(shí)驗(yàn),改性活性Al_2O_3為內(nèi)循環(huán)流化床吸附-膜分離飲水除氟工藝運(yùn)行的最佳吸附材料�？紤]到粉體工程實(shí)際應(yīng)用中材料粒徑分布范圍越窄,加工難度越高,且0.042-0.048mm和0.048-0.075mm的k2值和qmax相差較小,因此,選擇粒徑分布較寬的0.048-0.075mm活性Al_2O_3為工藝運(yùn)行的吸附材料。(2)當(dāng)pH值在4.5-9.5范圍內(nèi)時(shí),所選活性Al_2O_3均能達(dá)到很好的除氟效果,PH值在6.5-7.5范圍時(shí),除氟效果最佳。pH值過(guò)高或過(guò)低,活性Al_2O_3的除氟效果均顯著降低;隨著溫度的升高,活性Al_2O_3吸附量略微增大,35℃時(shí)的吸附量是15℃的110.39%,吸附量相差0.40mg·g-1,與25℃的吸附量相差僅0.11mg·g-1,說(shuō)明溫度對(duì)活性Al_2O_3吸附效果影響較小;改性活性Al_2O_3的除氟效果受共存陰離子的影響均有不同程度的降低,CO_3~(2-)對(duì)除氟效果的影響最大。SO_4~(2-)、NO_3~-和Cl~-對(duì)吸附劑的除氟效果影響較小。H_2PO_4~-對(duì)氟離子吸附效果影響較大。競(jìng)爭(zhēng)離子由強(qiáng)到弱的的影響順序?yàn)镃O_3~(2-)H_2PO_4~-SO_4~(2-)Cl~-NO_3~-。(3)由內(nèi)循環(huán)流化床吸附-膜分離飲水除氟工藝的單因素試驗(yàn)知,增大曝氣量可促進(jìn)吸附進(jìn)行程度,但非常有限;在一定范圍內(nèi)增大HRT可促進(jìn)吸附進(jìn)行程度,進(jìn)而延長(zhǎng)產(chǎn)水周期;增加吸附劑投加量可提高反應(yīng)器的吸附反應(yīng)速率,減緩出水濃度上升速度,進(jìn)而可提高總產(chǎn)水量,但同時(shí)也使吸附劑總投加量增多;通過(guò)響應(yīng)面法,確定內(nèi)循環(huán)流化床吸附-膜分離飲水除氟工藝的最佳運(yùn)行參數(shù)為吸附劑投加量為0.5g·L-1,HRT=3.2h。(4)在最佳運(yùn)行參數(shù)條件下,在利用原生吸附劑時(shí),一個(gè)運(yùn)行周期ZCV為1.17L·g-1,MCV是1.37L·g-1,經(jīng)過(guò)五次吸附劑的再生利用,ZCV為5.13 L·g-1,MCV是6.69 L·g-1;再生次數(shù)越多,除氟的性能越差;膜污染短期內(nèi)主要受膜孔堵塞的影響,長(zhǎng)期運(yùn)行主要為濾餅層污染。(5)基于吸附等溫線模型、吸附動(dòng)力學(xué)模型、反應(yīng)器物料平衡方程建立工藝連續(xù)流動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用所建數(shù)學(xué)模型模擬HRT=4h,活性Al_2O_3投加量為5g·L-1,曝氣量為1m3·h-1情況下工藝出水氟濃度的動(dòng)態(tài)變化,結(jié)果表明,模型模擬得出的出水氟濃度的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程與實(shí)測(cè)曲線較為一致,模擬值相對(duì)實(shí)測(cè)值的平均誤差為16.5%,模擬值整體上略高于實(shí)測(cè)值。
【關(guān)鍵詞】：活性 Al_2O_3 吸附-膜分離 膜污染 F-濃度 模型
【學(xué)位授予單位】：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU991.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 高氟水的形成及危害9-14
• 1.2.1 高氟水的形成9-13
• 1.2.2 高氟水的危害13-14
• 1.3 高氟地下水處理方法研究現(xiàn)狀14-20
• 1.3.1 化學(xué)沉淀法14-15
• 1.3.2 吸附交換法15-16
• 1.3.3 混凝沉淀法16-17
• 1.3.4 膜分離法17-19
• 1.3.5 其它方法19-20
• 1.4 本文研究背景20
• 1.5 研究的內(nèi)容與意義20-22
• 1.5.1 研究的內(nèi)容20-21
• 1.5.2 研究的意義21-22
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)方法22-26
• 2.1 技術(shù)路線圖22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法22-26
• 2.2.1 吸附劑及制備22-23
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)原水23
• 2.2.3 主要儀器23
• 2.2.4 化學(xué)試劑23-24
• 2.2.5 檢測(cè)方法24
• 2.2.6 吸附等溫線測(cè)定24
• 2.2.7 吸附動(dòng)力學(xué)的研究24
• 2.2.8 內(nèi)循環(huán)流化床吸附-膜分離飲水除氟設(shè)備連續(xù)流試驗(yàn)裝置24-26
• 第3章 吸附劑比選及吸附特性研究26-35
• 3.1 吸附劑的比選26-29
• 3.1.1 活性Al_2O_3的選擇26
• 3.1.2 活性Al_2O_3的改性26-27
• 3.1.3 活性MgO的選擇27
• 3.1.4 最優(yōu)吸附劑的比選27-29
• 3.2 不同粒徑吸附特性研究29-31
• 3.2.1 吸附動(dòng)力學(xué)29-30
• 3.2.2 吸附等溫線30-31
• 3.3 環(huán)境因子對(duì)活性Al_2O_3除氟性能的影響31-33
• 3.3.1 pH值對(duì)除氟效果的影響31-32
• 3.3.2 溫度對(duì)除氟效果的影響32-33
• 3.3.3 共存離子對(duì)除氟效果的影響33
• 3.4 小結(jié)33-35
• 第4章 工藝設(shè)備除氟效能研究35-56
• 4.1 工藝影響因素及參數(shù)優(yōu)化35-45
• 4.1.1 單因素影響研究36-38
• 4.1.2 HRT與活性Al_2O_3投加量響應(yīng)曲面優(yōu)化38-45
• 4.2 最優(yōu)條件下工藝運(yùn)行特性研究45-55
• 4.2.1 工藝除氟效能分析45-47
• 4.2.2 出水溶出離子變化47-48
• 4.2.3 膜污染特性及機(jī)理研究48-55
• 4.3 小結(jié)55-56
• 第5章 工藝連續(xù)流動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型研究56-59
• 5.1 工藝連續(xù)流動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立56-57
• 5.1.1 模型的假設(shè)和限定56
• 5.1.2 工藝連續(xù)流動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立56-57
• 5.2 模型的求解57
• 5.3 工藝數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證57-58
• 5.4 小結(jié)58-59
• 第6章 結(jié)論與建議59-61
• 6.1 結(jié)論59-60
• 6.2 建議60-61
• 參考文獻(xiàn)61-66
• 致謝66-67
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷67-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果68
• 參加的科研項(xiàng)目68

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