“压力-浓度”双驱动扩散渗析处理酸碱废液的应用研究及传质数学模型的建立

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冶金、金属加工、石油化工、化纤、电镀等行业排放的酸性废水以及造纸、制革、炼油等行业排放的碱性废水,未经过处理直接排进水体和土壤,不仅会浪费掉大量可用的资源,而且会破坏生态的稳定性和土壤的理化性质,影响农作物正常生长,所以必须要进行处理。扩散渗析是一种以浓度差为推动力的膜分离过程,操作简单、过程环保且费用低,被广泛运用于工业废水处理中。随着应用的不断深入,扩散渗析的不足之处逐渐显现出来,如处理量小、水渗透现象严重等。本课题论文针对扩散渗析存在的不足之处,提出“压力-浓度”双驱动扩散渗析过程,即在原有的浓度差作为主要传质驱动力的基础之上,增加压力差作为辅助传质驱动力,实现压力场和浓度场协同作用下的扩散渗析传质,提高处理量的同时可实现水渗透的抑制。论文共分为四章,各章内容如下:第一章是对扩散渗析及其发展历程、扩散渗析原理、扩散渗析膜和膜组件、扩散渗析理论模型以及应用现状进行了介绍,并针对扩散渗析的不足之处引出本论文的研究内容。第二章研究了“压力-浓度”双驱动扩散渗析回收模拟钢铁废酸液(H2SO4/Fe SO4混合溶液)中H2SO4的过程,主要考察了压力差强度、原料液中初始H2SO4浓度及原料液中初始Fe SO4浓度的影响。结果表明,随着膜两侧溶液压力差的升高,UH+增加,UFe2+增加,分离因子降低,水渗透得到了有效的抑制。随着原料液中初始H2SO4浓度的增加,UH+降低,而UFe2+升高,且分离因子降低;随着原料液中初始Fe SO4浓度的增加,UH+增加,而UFe2+减少,分离因子增加。此外,以非平衡热力学为基础,建立了“压力-浓度”双驱动扩散渗析的传质数学模型,结果表明,实验值与计算值具有很好的一致性。第三章研究了“压力-浓度”双驱动扩散渗析回收模拟钨矿废碱液(Na OH/Na2WO4混合溶液)中Na OH的过程,主要考察了压力差强度、原料液中初始Na OH浓度及原料液中初始Na2WO4浓度的影响。结果表明,随着膜两侧溶液压力差的升高,UOH-和UWO42-都呈现上升趋势;水渗透得到了有效的抑制,增加,UWO42-增加,但分离因子由24.9下降到16.2。第四章是总结了本文的实验结果,并根据结论展望了“压力-浓度”双驱动扩散渗析的未来。总之,本论文提出的“压力-浓度”双驱动扩散渗析过程用于酸和碱的回收应用在实验室研究中得到了令人满意的实验结果。
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