【摘要】： 填充床電化學(xué)技術(shù)是有效治理高鹽分、高有機(jī)物濃度和高色度化工廢水的可行途徑;然而,反映床層流固耦合特征和有效預(yù)測(cè)有機(jī)污染物濃度變化規(guī)律模型的匱乏成為制約該工藝推廣應(yīng)用的主要瓶頸。本研究即以填充床電化學(xué)反應(yīng)器為研究對(duì)象,著重描述動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下床層各點(diǎn)污染物濃度、電勢(shì)、電流及反應(yīng)速率的分布規(guī)律,以期為反應(yīng)器工程設(shè)計(jì)提供合理的理論依據(jù);同時(shí),基于理論分析、數(shù)學(xué)建模、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和工程驗(yàn)證等手段主要獲得如下成果: (1)提出了“復(fù)相控制”的新概念用于描述陽極處于擴(kuò)散控制而粒子電極處于反應(yīng)控制狀態(tài)的過渡反應(yīng)步驟,完善了填充床電化學(xué)反應(yīng)器氧化有機(jī)物的反應(yīng)歷程。 (2)基于法拉第定律,得出了適合于描述填充床電化學(xué)反應(yīng)器電流效率的表達(dá)式;理論數(shù)值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較高的相關(guān)性。 (3)基于床層反應(yīng)控制、復(fù)相控制和擴(kuò)散控制狀態(tài)的綜合表征,提出了電化學(xué)反應(yīng)器氧化有機(jī)物的“階段反應(yīng)理論”。該理論利用極限電流密度與操作電流密度之間的關(guān)系界定有機(jī)物氧化反應(yīng)控制步驟,探究各種控制步驟下的動(dòng)力學(xué)特征,揭示有機(jī)物反應(yīng)進(jìn)程與操作條件、反應(yīng)介質(zhì)物化屬性以及反應(yīng)器構(gòu)型之間的定量函數(shù)關(guān)系,為床層各點(diǎn)有機(jī)物濃度的分布規(guī)律預(yù)測(cè)提供了完整、充分而精確的理論依據(jù)。 (4)建立了反應(yīng)器通用能量模型。能夠根據(jù)與廢水性質(zhì)相聯(lián)系的特征參數(shù)K1、K2的數(shù)值得出最佳極板間距;也能夠用于描述反應(yīng)控制、復(fù)相控制以及擴(kuò)散控制狀態(tài)下的有機(jī)物氧化動(dòng)力學(xué)行為。該模型結(jié)合“階段反應(yīng)理論”能夠精確指導(dǎo)實(shí)際工程設(shè)計(jì)。 (5)引入Poisson方程并結(jié)合“階段反應(yīng)理論”能夠完整的對(duì)床層各點(diǎn)電勢(shì)進(jìn)行有效預(yù)測(cè);實(shí)際工業(yè)廢水的小試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,理論數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)值具有較高的相關(guān)性,床層電勢(shì)、超電勢(shì)、電流和反應(yīng)速率具有可預(yù)知性;該結(jié)論可用于床層反應(yīng)參數(shù)的優(yōu)化與運(yùn)營(yíng)管理。 (6)采用淀粉廢水、助劑廢水、DSD酸還原和氧化工段廢水為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,所得數(shù)據(jù)能夠在床層濃度分布規(guī)律、電流效率和能耗方面與“階段反應(yīng)理論”預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)一致;同時(shí),應(yīng)用“階段反應(yīng)理論”和通用能量模型用于甘氨酸生產(chǎn)廢水處理設(shè)備的工程放大設(shè)計(jì)取得了與理論預(yù)測(cè)大致相同的出水效果。這均表明,本研究所建立的模式可作為填充床電化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)體系建立的基礎(chǔ)。 通過本研究不僅僅驗(yàn)證了填充床電化學(xué)反應(yīng)器處理廢水的廣譜性,它能夠作為常規(guī)廢水的預(yù)處理措施提高可生化性,亦能作為高鹽廢水的終處理措施;結(jié)果表明,本工藝用于高鹽廢水處理更具競(jìng)爭(zhēng)性。同時(shí),理論的建立也為該工藝的普及、精確設(shè)計(jì)、操作管理、優(yōu)化運(yùn)行等提供了極大可能性。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：X703.1
【圖文】：

圖.創(chuàng)曰丹

線）和BDD Pt Nafion （粗線）電極在0.1M甲醇、1MHClO4溶液條件：掃描速度50mV/s、25℃ voltammograms of a BDD Pt (thin lines) and a BDD Pt Nafion (thick lihanol. Scan rate of 50 mV/s in 1M HClO4+ 0.1 M CH3OH at 25 ℃ （本圖O4溶液中SnO2-Sb/Ti、RuO2/Ti、Pt 陽極的循環(huán)伏安曲線。條件：掃描速pH6.0

理成本的最優(yōu)化要求。線）和BDD Pt Nafion （粗線）電極在0.1M甲醇、1MHClO4溶液條件：掃描速度50mV/s、25℃ic voltammograms of a BDD Pt (thin lines) and a BDD Pt Nafion (thick linthanol. Scan rate of 50 mV/s in 1M HClO4+ 0.1 M CH3OH at 25 ℃ （本圖引

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2756337