磁絮凝反应器开发与应用研究

论文摘要

混凝／絮凝工艺是一种重要的环保技术,在水和废水处理中应用广泛。然而其在应用过程中还存在处理效果不稳定、难以回收利用、絮凝剂用量大、化学污泥产量大等缺点。因此,开发新型絮凝技术,研究如何把絮凝阶段高速化、高效化一直是人们关注的课题。随着科学技术的发展和跨学科的综合利用,将磁场应用于废水处理已成为一项新型的水处理技术,它可以单独使用也可以与其它水处理技术联合使用,其具有能耗低、易于操作、无二次污染且成本低。可见,将磁絮凝技术应用于废水处理具有广阔的前景。在上述背景下,设计开发了一种新型磁絮凝反应器。以亥姆霍兹线圈为技术思路提出了5对圆形线圈组构的技术方案,实现由1nT到100mT磁场强度的连续可调,集经济性和实用性于一体,同时利用MATLAB软件模拟了亥姆霍兹线圈之间的磁场分布,结果显示在亥姆霍兹线圈内部可近似看作匀强磁场。采用改进的k-ε双方程模型对反应器内速度场进行了数值模拟,研究发现,在反应器反应区存在较大范围的死水区,影响了絮凝效果。根据模拟结果,对反应器进行了改进,通过在反应器中加设两道折流板,使颗粒运动的紊乱程度得到加强,使颗粒间碰撞机会增多,优化了死区对絮凝效果的不利影响。同时,研究了磁场强度、絮凝剂投加量、磁种投加量、废水pH对絮凝效果的影响。在单因素分析的基础上,采用正交试验方法对絮凝工艺做了研究,利用MATLAB软件建立了TSS和TP去除率的二次多项回归模拟方程并进行了响应曲面分析。实验结果表明,在场强为60mT,磁种投加量为150mg/L,絮凝剂投加量为4ml/L,废水PH值为6条件下,对模拟废水中的TSS、浊度、COD、TP和NH3-N的去除率分别为98.4%、98.6%、63.9%、93.2%和36.6%,取得了较好的净水效果。最后,在试验研究的基础上,采用磁絮凝反应器对溢流污水,生活污水和印染废水进行处理。取得了良好的处理效果,为该技术的工程化应用提供依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 概述
• 1.2 磁絮凝技术研究现状
• 1.2.1 磁絮凝技术机理研究现状
• 1.2.2 影响磁絮凝处理废水的因素研究现状
• 1.2.3 磁絮凝工艺及设备研究现状
• 1.2.4 磁絮凝技术在废水处理中的应用
• 1.3 磁絮凝技术发展趋势
• 1.3.1 工艺特点及存在问题
• 1.3.2 发展趋势
• 1.4 研究内容及研究意义
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究意义
• 1.4.4 创新性
• 1.4.5 研究技术路线
• 第二章 磁絮凝反应器设计与模拟
• 2.1 磁絮凝反应器设计
• 2.1.1 磁絮凝反应器设计原理
• 2.1.2 磁絮凝反应器器体设计
• 2.1.3 磁絮凝反应器磁路设计
• 2.2 磁絮凝反应器模拟与优化
• 2.2.1 模拟软件简介
• 2.2.2 磁絮凝反应器内磁场模拟
• 2.2.3 反应器内部流场模拟
• 2.2.4 磁絮凝反应器优化分析
• 2.3 反应器处理效果研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 磁絮凝反应器工艺参数研究
• 3.1 试验部分
• 3.1.1 试剂及仪器
• 3.1.2 絮凝试验及分析方法
• 3.2 工艺参数研究
• 3.2.1 工艺参数选取
• 3.2.2 工艺参数研究
• 3.3 工艺参数优化
• 3.3.1 正交实验分析
• 3.3.2 响应曲面分析
• 3.4 磁场对絮凝效果的影响
• 3.4.1 磁场条件下絮凝效果分析
• 3.4.2 不同磁场下絮凝效果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 磁絮凝反应器的应用效果研究
• 4.1 试验部分
• 4.1.1 试剂及仪器
• 4.1.2 试验用水
• 4.1.3 试验测试项目与方法
• 4.1.4 试验方法
• 4.2 实验结果与讨论
• 4.2.1 磁絮凝处理溢流污水
• 4.2.2 磁絮凝处理生活废水
• 4.2.3 磁絮凝处理印染废水
• 4.3 工艺应用分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文与研究成果