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电催化氧化水处理技术以其优越的特点,在难降解有机物处理方面得到广泛关注。该技术经过多年发展,处理效率不断提高,能够满足多种需求,但降低能耗一直都是研究的重点。因此,低能耗高效电催化氧化工艺开发,对于该技术的发展具有重大意义。本文以电催化氧化反应机理及废水的水质水力条件为基础,高效低耗为原则,通过建立数学模型和实验评价体系,对阳极氧化性能、阴极还原性能和反应器传质效能三个核心内容,进行详细的分析与研究。结合阳极材料相关性能参数、·OH的生成机理、废水水质相关指标以及污染物的降解规律,从定量角度,构建了表征体系效能的DSA电极电催化氧化性能预测数学模型。利用实验数据获得了模型中相关参数,并对反应中的不确定因素进行了合理校正。采用泰尔不等式系数(TIC),分别对不同结构相同材料和不同材料DSA电极性能的预测值和实验值进行符合度检验,结果显示,模型预测的可信度符合要求。在此基础上,利用该模型对未知材料和结构的电极进行性能预测,并讨论了不同废水pH值和COD浓度对体系电催化氧化性能的影响。根据预测结果,提出了提高体系性能的方法。根据水质水力条件及三种基本传质方式的综合作用,以废水COD浓度为指标,构建出电催化氧化体系传质效能预测模型。通过实验对模型中的相关参数进行校正;采用传质准数关联方程,以CFD软件模拟的方式对模型进行检验;结果表明,传质模型的灵敏度与准确度均符合要求。应用该模型和CFD模拟的方式,对反应器的外部构型及内部结构排布等细节问题进行了讨论。分析得出,当电极组件在反应器内部垂直放置并与进出水口的相对位置成180°角时,流体在电极组件附近尤其是其内部的传质效果最好;合理设置进出水口的相对位置,可有效增强废水的扰流和回流,同时采用圆形或弧形对反应器构型进行锐化,可有效消除其内部的死区效应,提高传质效率及水处理效果。以不锈钢、钛板、碳布和泡沫镍四种不同材料作为阴极,采用对氯苯酚去除率、TOC去除率、COD去除率、氯离子脱出率以及电流效率为考察指标,对阴极还原性能进行评价研究。将还原性能较强的钛板阴极与模型预测出的纳米结构Ti/RuO2/SnO2阳极组合,构建高效的电催化氧化体系。以色度、COD去除率、氯离子去除率以及能耗为考察指标,对比系统改进前后对海宁制药工业废水的处理效果,结果表明:改造后的体系废水处理50min即可达标,比未改造的体系减少了10min;相同处理时间情况下,改造后的体系比未改造的体系COD去除率高4%,色度去除程度高10度,氯离子去除能力高4.23%;与此同时,去除每kgCOD的能耗却降低了3.57kWh。针对体系节能降耗问题,构建了能耗分析评价模型,通过对参数分析以及模型分解,以废水COD浓度变化为桥梁,转换能耗模型与传质模型及阳极性能预测模型的关系,为能耗模型求解以及应用提供了有效方法。将模型应用到某制药厂的废水处理工程改造过程中,根据废水处理要求,应用阳极性能预测模型,确定了反应器的体积,并通过CFD模拟的方式,对其构型进行了合理的改进,同时提出了有效的节能降耗方案,改进后废水处理的总能耗可降低30.80%。此研究结果可为电催化氧化水处理工艺改造及开发,提供有效参考。