论文部分内容阅读
近年来电化学氧化技术在有机废水处理领域的研究应用已经成为一个热点,管式电化学反应器则是其中应用最广泛的电化学反应器之一。然而,传统管式电化学反应器存在流场分布不均匀、湍流强度弱等问题,阻碍了反应器处理效率的提高。针对此缺陷,本课题设计制作了一螺旋静态搅拌器,内嵌于传统管式反应器中,组合成一螺旋流管式电化学反应器,研究比较改进前后两种反应器的流场状态和对亚甲基蓝染料废水的氧化降解效果的差异。实验首先采用单因素控制法探究各操作因素对螺旋流管式电化学反应器废水处理效果的影响;然后通过响应曲面法设计对关键运行参数进行优化。接着,利用计算流体力学技术模拟两种反应器流场状态的差异。最后通过亚甲基蓝废水电解氧化实验进一步比较改进前后两种反应器废水处理效能的优劣,为以后高效管式电化学反应器的设计提供借鉴。在探究单因素控制实验对染料废水氧化降解效果影响时,发现提高电流密度或延长水力停留时间均能有效地促进亚甲基蓝和TOC的氧化降解,分别可取得最高99%和55%的去除率;动力学分析表明,亚甲基蓝和TOC的氧化降解过程均符合表观一级反应动力学方程。利用响应曲面设计对关键操作因素进行优化,获得了亚甲基蓝降解率相对于电流密度、水力停留时间的二次回归模型,表明电流密度与水力停留时间对亚甲基蓝的去除存在显著的交互作用,且最优运行参数组合为8.5 mA/cm2、HRT=90 min。同样可获得TOC去除率一次回归模型,但电流密度、水力停留时间两者间没有表现出交互作用。利用CFD技术对改进前后两种反应器的流场进行模拟,发现螺旋流管式电化学反应器的流场状态要明显优于改进之前,结果表现为:改进后反应器流场的平均流速约为传统管式反应器的5-7倍,平均湍流强度约为原来的1.6倍,阳极表面平均剪切力约为传统反应器阳极表面剪切力的4倍之多,而温度场分布更加紊乱,阳极表面平均温度更低,更有利于保障反应器的稳定运行。比较改进前后两种管式电化学反应器对亚甲基蓝废水的氧化降解实验,发现静态搅拌器的加入可显著加快亚甲基蓝的脱色速率和提高TOC的去除率。亚甲基蓝脱色率最高可提高17%,TOC去除率最高可提高71%。这再次说明螺旋流管式电化学反应能够更加有效地改善染料废水的处理效果。