【摘要】：我國造紙工業(yè)幾乎與國民經(jīng)濟(jì)同步增長,紙和紙板產(chǎn)品的生產(chǎn)量和消費量位居世界第一位。造紙工業(yè)的節(jié)能減排任重道遠(yuǎn),造紙工業(yè)廢水及COD排放量也是全國工業(yè)廢水排放的主要來源。隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的逐步嚴(yán)苛,針對造紙工業(yè)廢水成本更低、效率更高、穩(wěn)定性更好的廢水深度處理技術(shù)成為研究的熱點,而針對深度處理技術(shù)水力流態(tài)方面的研究仍是盲點,據(jù)此本文進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。采用模塊化的反應(yīng)器構(gòu)型,由預(yù)混合模塊和主反應(yīng)模塊構(gòu)成深度處理反應(yīng)器。采用靜態(tài)混合器作為預(yù)混合模塊中pH控制和藥液混合設(shè)備,Fluent軟件計算表明:商用混合器速度矢量的極大值均集中在近壁面區(qū)域,流體持續(xù)同方向旋流,流體重定向功能相對較弱。自設(shè)混合器內(nèi)流體流經(jīng)混合單元后,由于左右旋向的改變,重定向功能明顯,混合效率更高。四個混合單元處理完畢后,自設(shè)混合器分離強(qiáng)度(2.1×10-4)大幅小于商業(yè)混合器分離強(qiáng)度(6.45×10-4)。通過混合效果和單元數(shù)考慮,選用自設(shè)混合器,其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為:四個混合單元,每個混合單元長250mm,相鄰混合單元旋向相反。完善了pH值調(diào)節(jié)的PID控制,采用滯后小的加酸量PID控制作為串級副回路取代PID單回路控制,克服了純滯后的影響。使用波動限制模塊減少運行過程中由于測量參數(shù)的突變或操作人員的不當(dāng)操作對控制過程帶來的沖擊。設(shè)置了冗余pH計互相比較輸出報警功能排除pH計發(fā)生故障時對系統(tǒng)的影響。通過對靜態(tài)混合器的設(shè)計和pH值PID控制的完善能滿足pH迅速響應(yīng)的要求。對旋流式和消能引流式布水器的數(shù)值模擬開展了對比研究:旋流式的布水器在進(jìn)水口發(fā)生類似于漿式攪拌器的流態(tài)形式,攪拌效果更強(qiáng)。模擬示蹤劑運行結(jié)果顯示,旋流式布水器粒子最大停留時間為846s,相對消能引流布水器的粒子最大停留時間1540s,旋流式滯留時間更短,返混更小,擬選用旋流式布水器作為反應(yīng)器的布水裝置。對催化劑單元的計算流體模擬顯示,底部進(jìn)水的“旋流力矩”作用帶動催化劑以下區(qū)域液流旋轉(zhuǎn),筒壁周圍與中心部分形成速度梯度,有助于流體的混合。進(jìn)口的旋流混合作用經(jīng)過催化劑層消失殆盡,影響藥液混合反應(yīng)效果。采用三分之一扇形螺旋折流板,18°螺旋角,對催化劑單元進(jìn)行優(yōu)化,改變了液流的層流狀態(tài),流速矢量發(fā)散并有旋流渦流,優(yōu)化后速度接近原來的4倍。壓力降模擬顯示:優(yōu)化后的深度處理反應(yīng)器壓力降主要位于進(jìn)口處,壓力降為631.14Pa,其次位于兩層催化劑層,壓力分別下降了236.6Pa和142.92Pa,螺旋折流板對壓力的損失可以忽略。設(shè)計了氣混單元。形成了主反應(yīng)模塊。采用示蹤劑技術(shù)對構(gòu)成反應(yīng)器的混合內(nèi)件氣混單元(AW)、折流單元(FF)、填料單元(FB)進(jìn)行水力流態(tài)研究。反應(yīng)器AW混合迅速,氣量0.60L/min和0.06L/min的示蹤劑歷時曲線相差不大,小氣量也能保證混合效果,AW完全混合反應(yīng)器串聯(lián)數(shù)N從1.230到1.808不等,混合流態(tài)偏向全混。FF存在死區(qū),N從3.311到3.776不等,反應(yīng)器混合流態(tài)偏向推流;FB完全混合反應(yīng)器串聯(lián)數(shù)N從4.265到5.869不等,反應(yīng)器混合流態(tài)偏向推流。通過混合單元構(gòu)建的反應(yīng)器處理廢水實驗表明:采用FB+AW的混合單元組合反應(yīng)器對污染物的去除效果優(yōu)于FF+AW和FB+FF組合方式,COD最高去除率達(dá)到了93.2%,也高于單獨采用AW、FF或FB時反應(yīng)器的COD去除率。超聲波協(xié)同芬頓試劑深度處理造紙生化出水,其處理效果好于單獨超聲波處理或單獨芬頓試劑處理。各因素對COD去除率影響的顯著程度為:初始pH值超聲波功率藥劑用量超聲波處理時間。單因素實驗結(jié)果顯示最優(yōu)的工藝條件為初始pH值6,超聲波功率10W,藥劑用量0.3m L,超聲波處理時間11min。在進(jìn)水COD濃度380.4mg/L,色度570度的情況下,處理后水質(zhì)最低COD可到23.6 mg/L,完全滿足GB 3544-2008排放標(biāo)準(zhǔn);超聲波的運行很好地起到了阻垢作用,可作為促進(jìn)催化劑效能發(fā)揮的長效手段。采用設(shè)計的深度處理反應(yīng)器對造紙二級生化出水(原水)進(jìn)行處理研究,并與普通芬頓反應(yīng)器進(jìn)行對比。研究發(fā)現(xiàn)該裝置對原水有很好的處理效果,優(yōu)于普通芬頓反應(yīng)器,COD去除率最大達(dá)到93%。通過更改運行參數(shù),獲得的最優(yōu)工藝為,催化劑填充率10%,初始pH值為6.0,Fe~(2+)和H_2O_2投加量均為3.24mmol/L,氣混氣量為0.06L/min。通過制漿造紙綜合廢水、二級生化出水、深度處理后水樣經(jīng)萃取后采用GC-MS進(jìn)行污染物降解和轉(zhuǎn)化規(guī)律研究。二級生化出中主要是各種醇、酚類物質(zhì);深度處理后出水中2,6-二叔丁基對甲酚占有機(jī)物總量的73.99%,其次為2,6-二叔丁基苯醌占7.69%,其他的各種醇、烷、酯醛等含量在5%以下。廢水經(jīng)深度處理后水中含量較高的1,1-二乙氧基乙烷和環(huán)氧丙醇已被全部去除,2,6-二叔丁基對甲酚比較難降解,因此相對含量大幅上升。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X793

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;關(guān)注污水的深度處理[J];中國建設(shè)信息(水工業(yè)市場);2008年10期

2 杜海軍;吳雪梅;張凡華;羅旭;;深度處理污水在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)回用的研究[J];石油煉制與化工;2011年08期

3 肖東;林殿濱;葛Z誒，

本文編號：2470748