渗透蒸发处理煤气化含酚废水

【摘要】： 渗透蒸发是一种新型的膜分离技术,是近年来最活跃的研究领域之一。渗透蒸发主要用于液体混合物的分离,适用于从有机溶剂中脱除少量水或从水溶液中脱除挥发性有机物。与传统的分离技术相比,渗透蒸发在废水中有机物污染物脱除方面具有节能、常压操作等突出的技术优势和良好的应用前景。 在课题工作中,将PDMS复合膜应用于渗透蒸发处理煤气化含酚废水,研究了废水循环过程中,各种操作条件对渗透蒸发性能的影响。主要考察了预处理前后的煤气化废水初始浓度、系统运行温度、废水进液流量及膜反应池下腔压力等操作条件对膜的分离性能的影响,得出最佳运行条件。 研究表明,随着废水初始浓度的增加,废水中酚的渗透通量逐渐增大,且在低浓度下呈线性关系。在预处理前废水浓度小于2500mg/L,预处理后废水浓度小于3000mg/L条件下,渗透通量随初始浓度呈线性增加;废水中酚的渗透通量与温度的关系符合Arrhenius方程,渗透通量随温度的增加而单调增加;增大废水进液流量,废水在膜面上的流动程度加剧,从而使渗透通量增大;减小膜反应池下腔压力,废水中渗透过膜的酚在膜下侧的平衡浓度降低,膜两侧的酚浓度差增大,传质推动力增大,渗透通量增大。 通过实验过程得出废水预处理前后的最佳运行条件,预处理前的废水在初始浓度为2500mg/L、系统运行温度为50℃、进液流量为3.75L/h、反应池下腔压力为800 Pa时,渗透蒸发性能达到最优,废水中酚类物质渗透通量可达20275mg/h·m2;预处理后的废水中悬浮物(SS)明显降低,由350mg/L下降到114mg/L。在废水初始浓度为3000 mg/L、系统运行温度为50℃、进液流量为4.50L/h、反应池下腔压力为800 Pa时,渗透蒸发性能达到最优,废水中酚类物质渗透通量可达22700mg/h·m2。 对构造的PDMS平板复合膜渗透蒸发装置对预处理后的煤气化废水进行处理,研究了废水循环过程中的传质问题。分析了不同流动状态对渗透蒸发过程的传质影响。使用Sherwood公式对渗透蒸发过程中的液相传质过程进行分析,得出液相传质系数,应用串联阻力模型和实验数据相结合得出膜内传质系数。通过实验从膜表面液相传质阻力和膜内扩散传质阻力中找出了对渗透蒸发系统起控制性作用的传质阻力。 【关键词】：渗透蒸发 含酚废水 PDMS复合膜 膜传质系数 边界层传质系数
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-22
• 1.1 煤气化含酚废水8-9
• 1.1.1 煤气化废水的来源8
• 1.1.2 煤气化含酚废水特点8-9
• 1.1.3 煤气化含酚废水的危害9
• 1.2 煤气化含酚废水处理工艺介绍9-15
• 1.2.1 生化法10
• 1.2.2 化学法10-12
• 1.2.3 物理法12-15
• 1.3 渗透蒸发工艺概述15-20
• 1.3.1 渗透蒸发工艺发展过程15-16
• 1.3.2 渗透蒸发工艺原理16-17
• 1.3.3 渗透蒸发工艺特点17-18
• 1.3.4 渗透蒸发性能参数18
• 1.3.5 影响渗透蒸发分离性能的因素18-20
• 1.4 本课题研究的目的及意义20
• 1.4.1 本课题研究的目的20
• 1.4.2 本课题研究的意义20
• 1.5 本论文主要研究内容20-22
• 第2章 实验材料与方法22-29
• 2.1 实验试剂及仪器22-23
• 2.2 实验用膜材料及膜组件23-25
• 2.2.1 膜材料23-24
• 2.2.2 膜反应池24-25
• 2.3 实验用水25-27
• 2.4 实验装置及分析方法27-29
• 2.4.1 实验装置27
• 2.4.2 分析方法27-29
• 第3章 PDMS膜渗透蒸发处理含酚废水性能研究29-49
• 3.1 预处理前煤气化废水渗透蒸发性能研究29-40
• 3.1.1 废水初始浓度对PDMS复合膜渗透蒸发性能的影响29-33
• 3.1.2 系统运行温度对PDMS复合膜渗透蒸发性能的影响33-37
• 3.1.3 进液流量对PDMS复合膜渗透蒸发性能的影响37-38
• 3.1.4 反应池下腔压力对PDMS复合膜渗透蒸发性能的影响38-40
• 3.1.5 不同PDMS有效层厚度复合膜渗透蒸发性能40
• 3.2 预处理后煤气化废水渗透蒸发性能研究40-47
• 3.2.1 废水预处理40-43
• 3.2.2 初始浓度对PDMS复合膜渗透蒸发性能的影响43-44
• 3.2.3 运行温度对PDMS复合膜渗透蒸发性能的影响44-45
• 3.2.4 进液流量对PDMS复合膜渗透蒸发性能的影响45-46
• 3.2.5 反应池下腔压力对PDMS复合膜渗透蒸发性能的影响46-47
• 3.3 本章小结47-49
• 第4章 PDMS膜渗透蒸发处理含酚废水传质研究49-62
• 4.1 引言49
• 4.2 渗透蒸发传质模型49-51
• 4.2.1 经验模型49
• 4.2.2 半经验模型49-51
• 4.2.3 理论模型51
• 4.3 溶解扩散传质51-56
• 4.3.1 总传质方程及总传质系数51-53
• 4.3.2 液相传质系数的确定53-54
• 4.3.3 膜内传质系数的确定54-56
• 4.4 传质系数计算56-61
• 4.4.1 总传质系数及液相传质系数计算56-60
• 4.4.2 膜内传质系数计算60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-69
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果69-71
• 致谢71

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