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EDI用于处理含有机酸废水的研究

作　者: 叶丽莉
导　师: 张敏卿
学　校: 河北工业大学
专　业: 化学工艺
关键词: 有机酸电去离子技术分离浓缩过程性能特征曲线
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

有机酸是一种重要的有机化工原料，广泛应用于制革、医药、农药、橡胶、冶金、纺织印染、农业、造纸、食品和化学工业等行业。在某些工业生产过程中，会产生大量的含有机酸废水，需要处理后排放。处理含有机酸废水的方法主要分为将有机酸分解和回收废水中的有机酸两大类。对于较高浓度废水，常采用萃取、碱中和，蒸发浓缩方法回收，对于低浓度废水则多采用生化等方法处理，其原因是采用萃取、碱中和，蒸发浓缩方法回收成本高。电去离子（EDI）技术结合了离子交换树脂和离子交换膜，在直流电场作用下能同时实现连续去除离子以及树脂连续再生的一种分离技术。本论文采用自主设计的一级一段以及一级两段EDI膜堆装置，以一定浓度有机酸溶液为原料，研究EDI过程回收、浓缩废水中的有机酸，目的是使原水中的有机酸浓度降低，同时使浓缩室有机酸溶液浓度不断增加，达到一定浓度后可采用精馏、萃取等常规方法经济回收。从现实意义讲，本研究为处理含有机酸废水提供了一种新的绿色工艺，可实现对有机酸废水的处理以及回收有机酸，从环境和资源再利用角度考虑，具有重要的现实意义。首先，采用自主设计的一级两段EDI膜堆，分别考察了电流密度、膜堆电压、酸初始浓度和树脂填充策略等条件对EDI过程电流效率、膜堆能耗和酸回收率等过程指标的影响。实验结果表明，膜堆在电流密度高达11.73mA/cm2条件下，实验过程电流效率较高，回收率高达84.68%，淡水甲酸浓度由2.09%降低到0.28%。膜堆电压的大小对EDI过程性能影响也比较大，综合分析，选择12.5V作为该实验条件下的最适宜的操作电压。初始溶液浓度高，获得的电流效率比较高，能耗比较低，但回收率却很低。浓度为1.0%的回收率最高，分离浓缩效果比较理想，但是全过程能耗比较高。淡水室采用填充100%阴树脂的填充策略膜堆平均电流效率最高，能耗低，且回收率高以及淡水出水水质良好。其次，采用自主设计的一级一段EDI膜堆，对EDI膜堆的材料以及运行过程的操作条件进行了改善，通过考察“I-U”特征曲线，酸迁移率等性能指标，得出EDI膜堆运行的最佳优化条件。实验结果表明，采用凝胶型树脂和非均相膜的膜堆，以及浓淡水采用并流的方式，其过程电阻较小，获得的电流较高，且甲酸迁移率高，淡水出水水质良好。再次证明了淡水室采用填充100%阴树脂的填充充策略，可使EDI膜堆获得最佳的性能。对甲酸初始浓度为1.00%时，可获得较高的电流，能耗也比较小，但是甲酸的迁移率比较低；对甲酸浓度为0.20%时，获得的电流虽然小，但全过程耗电量最小，甲酸的迁移率也最大。浓水甲酸初始浓度对EDI过程也有一定影响，太高的浓水浓度，其实验过程不稳定，出水水质也受到影响，太小的浓水浓度，其获得的电流比较小，能耗较高。最后，将EDI技术用于处理含乙酸废水，研究结果表明，当淡水室填充阴阳树脂比例为1:1时，膜堆可得到较高的电流，淡水出水水质最好。对淡水室乙酸浓度为0.30%时，在电压为31V时，迁移率高达95.21%，耗电量比较低。树脂粒径范围对EDI过程性能影响比较小，当粒径范围为0.40～0.61mm时，可获得较高的电流和迁移率，但是能耗稍微高些。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第一章文献综述  10-22
  1-1 有机酸的性质及用途  10-11
    1-1-1 甲酸和乙酸的性质  10
    1-1-2 有机酸的应用  10
    1-1-3 有机酸的发展前景  10-11
  1-2 处理含有机酸废水的方法  11-13
    1-2-1 精馏法  11-12
    1-2-2 萃取法  12
    1-2-3 脱水剂增浓法  12
    1-2-4 中和法  12
    1-2-5 膜分离法  12-13
  1-3 电去离子技术  13-20
    1-3-1 电去离子技术的基本原理  13-15
    1-3-2 电去离子技术的研究进展  15-17
    1-3-3 电去离子技术的应用  17-20
  1-4 本课题的意义及研究内容  20-22
    1-4-1 课题研究的意义  20-21
    1-4-2 课题研究的内容  21-22
第二章实验设计与方法  22-32
  2-1 实验材料与仪器  22-26
    2-1-1 实验试剂  22
    2-1-2 实验仪器与设备  22
    2-1-3 实验膜堆材料  22-26
  2-2 实验方案  26-29
    2-2-1 膜堆结构设计  26-28
    2-2-2 实验装置与流程  28-29
  2-3 实验方法与数据处理  29-32
    2-3-1 酸浓度的测定  29-30
    2-3-2 数据处理  30-32
第三章 EDI 技术处理含甲酸废水过程的研究  32-41
  3-1 实验操作步骤  32
  3-2 电流密度对 EDI 膜堆过程性能的影响  32-34
  3-3 膜堆电压对 EDI 膜堆过程性能的影响  34-36
  3-4 甲酸初始浓度对 EDI 膜堆过程性能的影响  36-38
  3-5 离子交换树脂填充策略对 EDI 膜堆过程性能的影响  38-40
  3-6 本章小结  40-41
第四章 EDI 膜堆材料及操作条件的优化  41-56
  4-1 实验操作步骤  41
  4-2 离子交换树脂类型对 EDI 膜堆过程性能的影响  41-43
    4-2-1“I-U”特征曲线  42-43
    4-2-2 离子交换树脂类型对 EDI 出水水质和淡水室甲酸迁移率的影响  43
  4-3 离子交换膜类型对 EDI 膜堆过程性能的影响  43-45
    4-3-1“I-U”特征曲线  44-45
    4-3-2 离子交换膜类型对 EDI 出水水质和淡水室甲酸迁移率的影响  45
  4-4 淡水、浓水水流方式对 EDI 膜堆过程性能的影响  45-47
    4-4-1“I-U”特征曲线  46
    4-4-2 淡水、浓水水流方式对 EDI 出水水质和淡水室甲酸迁移率的影响  46-47
  4-5 离子交换树脂填充比例对 EDI 膜堆过程性能的影响  47-49
    4-5-1“I-U”特征曲线  48
    4-5-2 树脂填充比例对 EDI 出水水质和淡水室甲酸迁移率的影响  48-49
  4-6 流速对 EDI 膜堆过程性能的影响  49-51
    4-6-1“I-U”特征曲线  49-50
    4-6-2 不同流速对 EDI 出水水质和淡水室甲酸迁移率的影响  50-51
  4-7 淡水室溶液浓度对 EDI 膜堆过程性能的影响  51-52
    4-7-1“I-U”特征曲线和和淡水室浓度曲线  51-52
    4-7-2 淡水室甲酸浓度对能耗和淡水室甲酸迁移率的影响  52
  4-8 浓水室溶液浓度对 EDI 膜堆过程性能的影响  52-54
    4-8-1“I-U”特征曲线和淡水室浓度曲线  53-54
    4-8-2 浓水室甲酸浓度对能耗和淡水室甲酸迁移率的影响  54
  4-9 小结  54-56
第五章 EDI 技术处理含乙酸废水过程的研究  56-62
  5-1 离子交换树脂填充比例对 EDI 膜堆过程性能的影响  56-57
    5-1-1“I-U”特征曲线  56-57
    5-1-2 树脂填充比例对淡水出水水质和乙酸迁移率的影响  57
  5-2 淡水室溶液浓度对 EDI 膜堆过程性能的影响  57-59
    5-2-1“I-U”特征曲线  58
    5-2-2 淡水室甲酸浓度对乙酸迁移率和能耗的影响  58-59
  5-3 树脂粒径范围对 EDI 膜堆过程性能的影响  59-60
    5-3-1“I-U”特征曲线  59-60
    5-3-2 树脂粒径范围对乙酸迁移率和能耗的影响  60
  5-4 小结  60-62
第六章结论  62-64
  6-1 结论  62-63
  6-2 后续工作  63-64
参考文献  64-69
致谢  69-70
攻读学位期间所取得的相关科研成果  70

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