电催化膜反应器处理含油废水过程中参数的优化设计及动力学研究答辩模板.ppt

电催化膜反应器处理含油废水过程中参数的优化设计及动力学研究 天津工业大学2009级研究生毕业答辩 Contents 研究背景 1 研究目的与内容 2 结果与讨论 3 结论 4 研究背景 含油废水是指一类含有脂(如脂肪酸、皂类、脂肪和蜡等)及各种油类(如矿物油和动植物油等)的废水。 石油工业 固体燃料热加工工业 机械制造加工业 运输工业 餐饮业、纺织工业等 含油废水 含油废水中存在着硫化物、有机酚、氰、细菌、固体颗粒和破乳剂、絮凝剂和杀菌剂等化学药剂，甚至还含如砷、铬等对人体有毒的元素，如果直接排放造成严重的环境污染 全球性难题：含油废水治理的迫切性 因此，含油污水处理和再利用已经成为减少环境污染，保障油田可持续开发，提高油田经济效益的一个重要课题 石油开发工业水污染物排放标准 编号 项目 第一级 第二级 Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ 1 pH值 6-9 6-9 6-9 6-9 2 石油类 10 10 30 30 3 悬浮物 100 100 200 500 4 挥发性酚 0.5 0.5 1 1 5 硫化物 1 1 1 5 6 化学需氧量 100 100 100 100 表1 石油开发工业水污染物最高容许排放浓度 (单位：mg/L） 注：1.1标准分级 第一级指所有新建、扩建、改建企业;第二级指所有现有企业。1.2标准分类 全国石油开发企业分为二类：I 油田 II 气田,高含盐油田。 物理法 化学法 物理化学法 生物法 常用的含油废水处理方法 方法 缺点 重力法 占地面积大 粗粒化法 滤料易堵，存在表面活性剂时效果差 膜分离法 膜污染严重，膜清洗困难 费用高 方法 缺点 化学絮凝法 占地面积大，药剂用量多 污泥难处理 化学氧化法 设备投资高，操作费用高 电化学法 能耗高 方法 缺点 气浮法 占地面积大 浮油难处理 吸附法 吸附剂再生困难，投资较高 方法 缺点 活性污泥 进水要求 操作费用高 生物滤池 基建费用高 发展趋势：多级处理—集成技术 膜分离技术 电催化氧化技术 优 点 高效 无须加化学药剂，无二次污染 自动化程度高、占地面积小等 可将废水中的有机物降解更彻底，不易产生有毒中间产物、无须后续处理等 存 在 问 题 传统膜分离仅具有简单的过滤功能，膜污染严重，致使过滤效率、稳定性降低、膜使用寿命缩短 膜污染是膜分离过程无法解决的难题，已成为制约膜技术大规模应用的瓶颈，是发展膜技术必须解决的关键问题。 受电极材料的限制，电流效率很低，电耗很高等 本课题组设计『电催化膜』，利用电催化氧化技术强化膜分离过程-两者有机耦合，实现高效、节能、无污染的新型水处理过程 设计思路：将电催化氧化与膜分离技术进行耦合，制备高抗污染电催化膜材料，实现膜材料的多功能化以及无污染操作； 电催化膜反应器：以具有导电性的微孔炭膜为基膜，负载纳米催化剂（如TiO2）制备电催化膜。以管式电催化膜作为阳极，辅助电极为阴极，分别经导线与电源相连接，构成电催化膜反应器（如下图）； “干净水”通过负压进入管内侧，在低电场下电催化膜产生羟基自由基等氧化剂能够使废水中难降解的有机物分解为易生物降解的小分子或CO2和H2O，实现了该过程的高效分离，同时赋予电催化膜自清洁功能，提升膜抗污染能力，实现膜分离过程的无污染操作。 电催化膜主要技术特点 1）催化氧化与分离双功能 2）实现过程可控氧化 电催化膜 在前期工作的基础上，本课题主要研究目的： 探索电催化膜反应器处理油水的最优条件，具体为考察电极间距、电解质浓度、电流密度、停留时间、料液pH和温度等参数对处理效果（抗污染性能和化学需氧量去除率）的影响，并找出最优条件。 根据各因素对膜反应器性能的影响对其动力学进行研究，建立电催化膜反应器动力学模型。 研究目的 考察在不同电极间距、电解质浓度、电流密度、停留时间、料液pH和温度处理不同浓度的油水时，膜抗污染性能及处理液化学需氧量（COD）的变化情况，结合单因素法和响应面法找出最优条件，并考察在最优条件下电催化膜反应器处理不同浓度含油废水的效果、能耗和催化效率 通过电催化膜反应器在最优条件下处理液COD随着停留时间的变化情况，建立相应的动力学模型 研究内容 1稳压电源 2导线 3阴极 4电催化膜 5料液槽 6真空表7蠕动泵 8透过液出口 9 阀门 实验装置 结果与讨论 第一部分 电催化膜反应器处理含油废水过程中参数的优化设计 在选定油水初始浓度为200mg/L、电解质Na2SO4浓度为15g