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  • 2022-04-26 发布

微纳米气泡改善工业废水处理效果机理与研究

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:10363分类号:X522学校代码:2120450102密级:公开学号彎杂歡又锭少、毒AnhuiPolytechnicUniversity硕±学位论文题工业废水目微纳米气泡改善处理效果机理与研究习习论文作者潘指导教师徐建平教授)环境工程学科(专业理及资源化新技术研究方向废水治论文提交日期:2015年6月8日n分类号:X522单位代码:10363密级:公开学号:2120450102微纳米气泡改善工业废水处理效果机理与研究-MicronanobubbleeffectmechanismtoimroveIndus化ialpwastewa化r化eatmentandresearch学生姓名:潘习习指导教师(教授):徐建平现竟工程专业:研究方向:废水治理及资源化新技术论文答辩日期:2015年6月6日n安徵工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明,:我恪守学术道德,崇尚严谨学风。所呈交的学位论文是本人在导师的指导下,独立进行研究王作所取得的成果,本论文不包。除文中已明确注明和引用的内容外,含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写我对所写的内容负责,并完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者鮮:至("曰期:式I年月8曰n安徽工程大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留,、使巧学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅或借阅。本人授权安徽工程大学可W将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可W采巧影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。,在年解密后适用本版权书。保密□__本学位论文属于不保密口。学位论文作者签名:9)指导教师签名:-曰期^年^雜曰期:年月曰£6^少(《《)n安徽工程大学硕:ir学位论文微纳米气泡改善工业废水处理效果机理与研究摘要一微纳米气泡的相关研究已经成为近些年研究的热点之。微纳米气泡具有普通气泡所不具有的特点,如:气泡体积小、上升速度慢、及具有较强的氧化性等特点。在水体增氧、浮选技术、治理污水等领域有着重要的应用价值。与其它曝气水处理方法相比较,微纳米气泡还具有操作简便、功耗小、无二次污染等特点,具有很好的可推广性。但是,目前对微纳米气泡的形成规律W及具有不同于普通气泡的特性等问题一,还处在继续研究的过程中,微纳米气泡的些特性和用途还有待于开发和利用。啤酒工业废水一般是可生化性较强的有机废水。在啤酒废水中,一C抓可达到千mL有机物浓度含量般较高,g/W上。对于啤酒废水的处理方法,可采取具有氧化作用的水处理方法对其进行有机物的去除。目前,对于啤酒废水的处理工艺主要为好氧处理方法和厌氧处理方法及综合处理王艺。本研究对微纳米气泡基本特性做了相关研究,W及空气为载体的微纳米气泡为基础,研究了温度、时间、pH值等影响因素对微纳米气泡在水中的溶解氧的影响,并通过正交试验探究微纳米气泡在W水中溶解度的最优条件。在此基础上,分别对普通气泡、空气微纳米气泡、臭氧微纳米气泡对啤酒废水有机物的处理效果上做了研究,一通过比较H者之间的差异,进步了解微纳米气泡在水处理技术上的In安徽工程大学硕击学位论文应用前景。本次实验的出的结论如下:(1)研究表明,微纳米气泡在水中悬浮时间为巧2s。(2)微纳米发生装置产生的气水海合液中有效气液混合比至少为2.12%。(3)化空气微纳米气泡为基础,研究了媪度、时间、pH值等影响因素对微纳米气泡在水中的溶解氧的影响,得出的影响程度顺序为,:湿度,转速pH,时间正交试验结果表明,W空气为载体的微;纳米气泡最佳条件为°pH值7、时间8min、温度为23C、转速为130化/min时溶解氧含量较高。在此最佳条件下做平行验证性实验,得到溶解氧平均值为14.7mg/L。(4)运用普通曝气方法、空气微纳米气泡和臭氧微纳米气泡H种曝气法对啤酒废水中有机物进行处理。研究H种方法分别在单因素(温度、转速、pH等)的影响下,啤酒废水中有机物去除率的差异。实验表明,在H种处理啤酒废水的方法中,四种单因素(温度、转速、H一一p等)均对处理方法有定的影响。在定的条件下,对啤酒废水处理程度依次为臭氧微纳米气泡最佳,空气微纳米气泡次之,普通气泡较差。其最佳条件下处理效果依次为45.07%、31.日2%、2.06%。从实验的结果可W看出,微纳米气泡在水中的传质和氧化效果,受到温度、时间、pH和转速等因素的影响。微纳米气泡在水中溶解氧的变化,可W反映出水中微纳米气泡的部分传质量和对水体的充氧量。对于啤酒废水有机物的处理中,传统曝气法的处理效果明显低于微纳米气泡的处理效果。同时,臭氧为载体的微纳米气泡对啤酒废水有机物的处理效果优于空气微纳米气泡的处理效果一,这结果说明微纳米气泡采用不同的气体作为载体,对微纳米气泡在水中的氧化能力和处理效果具有一定的影响。IIn安徽工程大学硕±学位论文^关键词:微纳米气泡,溶解氧,啤酒废水,去除率,臭氧IIIn安徽工程大学硕±学位论文MICRO-NANOBUBBLEEFFECTMECHANISMTOIMPROVEINDUSTRIALWASTEWATERTREATMENTANDRESEARCHABSTRACTRe-searchmicronanobubblehasbecomeahottoicinrecentpresearch-.Micronanobubbleordinarbubblesdonothave化efeaturesy,suchas:smallbubblesrisingslowl乂andwi化astrongoxidizingcharacteristics.Inwateraerobics,flotation化chnologysewaetreatment,gando化erfieldshaveimportantapplications.Comparedwi化otherhodsofment-mmetaerationtreatmicronanobubblealsohasasilelow,p,owerconsumtionnosecondaroUutionwi化oodreHcabUit.pp,yp,gpyHoweverecurren-thtlawontheformationofmicronanobubblesand,bubblecharacteristicsdifferentfromcommonproblemsisstillinthe,化em-rocessofcontinuinresearchicronanobubbleandusesomeofpg,化e技atureshaveyettobedevelopedandutilized.BeerindustrywastewaterbiodegradabUityisgenerallystrongcyanicwastewater.Beerwastewaterconcentrationoforganicmattercontentisgenerallyhigher,CODcanreachone也ousandmg/Lormore.Forbeerwastewatertreatment,watertreatmentmethodscanbetakentohavethemremovetheoxidatio打oforganicmatter.Currently,themainbreweryIVn安徽工程大学硕±学位论文wastewatertreatmentrocessforaerobicandanaerobictreatmentmethodpandinteratedroce化es.gpI打ss-也itud乂化ebasiccharacteristicsof也emicronanobubbledo也ere--levantresearchaswellastheairasacarrierbasedmicronanobubbles,,theinfluenceoffactorsoftemperature,time,pH,dissolvedoxygenand-o也ermicronanobubblein化ewaterandthrouhOrthoo打altest,ggde-lvinotimumcon化tionsmicronanobubbleso山bUitinwater1.gpy[]ss-On化ibaissearatelforordinarubblesairmicronanobubbles,pyyb,,ozo打em-mentefecicronanobubbleofbrewerywastewatertreattonorganicmatterhavebeenstudiedbycomparingthediferencebetweenhehreeaeerndersand-menttbttutinofmicronanobubblesinwatertreatt,g1;echnologyalicatio打rosects.Thecone山sionofthisexerimentisaspppppfollows:-nanobubb1Studieshaveshownthatmicrolessusendedin出e()pwatertimeis252s.m--2icronanoeneratinmeansefectivemix扣reofasliuid()gggqmixingratioisatleast2.12%.m-3icronanobubblesint;heairbasedontheinfluenceoffactorsof(),emreeHva山e0打hem-teratutimticronanobubblesofdissolvedp,,poxygeninthewater,theresultingimpactorder:temperature,speed,pH,timeorthoonalt:estresuksshowed也attheotimumconditionsfor;gpm-icronanobubblesintheairasacarrierfortheHvalueof7time8minp,,°temperatureis23C,speedis1300r/minhigh巧whenthedi巧olvedox-ygencontent.Underoptimumcon地ionsdoparallelvalidationexeriments化obtainanaveraevalueofdissolvedoxen14^m/L.p,gygg化euseofcommonme化odsof-4aerationairmicronanobubble(),andozonemcro-nanobubbileaerationthreekindsofbeerwastewaterorganicsprocessing.ThreemethodsofresearchundertheinfluenceofVn安徽工程大学硕±学位论文singlefactortemeratureseedHetc.diferencesin也eremovalof(p,p,p,),lllthoworganicbeerwastewaterrespectivey.Experimentaresuss化at化ethreebrewerwastewatertreatmentmethodfoursinlefactory,gtemeratureseedHetc.haveacertainimpactonthetreatment(p,p,p,)method.Undercertainconditions也edereeofbrewerwastewater,gyeatmenozonemcro-nanobubbtrtilewere化ebestfollowedbair,y-micronanobubblebubbleordinaroor.Underotimumconditionsof,ypp*treatmentefectwere45.07^.52%2.06%.,31,化em-Ascanbeseenfrom化eresultsof出eexerimenticronanop,bubblesin也ewatermassandoxidationeffectsbtheeffectof,ytemeraturete-imHandseedandotherfactors.Micronanobubblep,,p,pchangesindissolvedoxygen,waterqualitymayreflectthatsomemassandm-icronanobubbleoxygenatedamountofwater.Forthetreatmentoforanicwastebeerthetreatmenteffectwassinificantllowerthang,gytra-ditio打alaerationtreatmentefectmicronanobubbles.Meanwhileas,-wasthecarrierofozonemicronanobubblebrewerytewatertreatment-ubbeffectisbeterthan化etreatmentefectoforganicmicronanobleofm-air化eresultssugest化at出ferenticronanobubblesasacarrieras,gg,-microandnanobubblesi打wateroxidationtreatmentefecthasacertainimactp.-KEYWORDSmicronanobubbles出olvedoxenwastewater:ss,yg,,removalozone,n安徽工程大学硕±学位论文目录mmIABSTRACTIV:第11胃绪论1.1啤酒废水的来源111.2啤酒废水的危害11.3纳米气泡的特性介结1.3.1水中停留时间长11.3.2气液传质率高221.3.3自电位高1.3.4强氧化性31.3.日气淨效果好31.4课题的提出及意义441.5研究目的及研究内容41.5.1研究目的41.瓦2研究内容第2章文献综述62.16啤酒废水处理方法的国内外现状2.1.1好氧处理法62.1.2厌氧处理方法72.17.3其它方法2.2微纳米气泡发生装置研究的现状82.2.1微纳米气泡产气原理82.2.2微纳米气泡发生装置的类型9么2.3气泡尺寸的测量方法10112.3微纳米气泡技术的应用与发展前景2.3111.微纳米气泡技术在巧业方面的应用121.3.2微纳米气泡在医疗方面的应用2.3.3微纳米气泡在水处理技术上的应用113第H章微纳米气泡在水中基本特性的研究1VIIn安徽工程大学硕±学位论文313.1实验内容3.2实验方案巧计13..1322实验器材33.2.3实验方法13..14331实验装置13.3.2微纳米气泡悬浮时间的测量414...3321实验步驟3.3.2.2实验结果1413.3.2.3实验结果分析5133.36.有效气液混合比13.3.316.实验步驟3.3.316.2实验结果13.37.3.3实验结果分析173.4本章小结第4章微纳米气泡在水中溶解氧影响因素的研究18148.1实检目的184.2实驗方案设计14.2.1实验方法84.2.181实验指禄的测定4.2.1实验器材184.3实验过程及数据分析194.3.119时间对溶解氧的影喃4.1-3.11实強步驟94.19.31.2实验结果..1943.13实验结果分析4.320.2pH对溶解氧的影响.3.3温114度对溶解氧的影[向24.3.4机械攪22.拌对溶解氧的影响423.4正交实验法化化溶解氧的实验4.5本章小结24第5章处理啤酒废水中有机物的研究2651%.实验内容5.2实验方案设计265.2.1实验方法26VIIIn安徽工程大学硕±学位论文275.2.2实检仪器与试剂527.3实随指标的测定5.4普通气泡处理啤酒废水研究27275.4.1时间对去除率的影响t4.2pH对COD去除率的影响1285.4.3温度对溶解氧的影响29305.4COD.4转速对去除率的影响5.4.4正交实验31532.5空5微纳米气泡处理啤酒废水研究5.6臭氧微纳米气泡处理啤酒废水研究38425.7不同气泡单因素对啤酒废水中有机物处理效率的比较544.7本章小结第6章结论与建议45645.1结论466.2建&.4763展望4参考文献84攻读学位期间发表的学术论文目录5Scm55IXn安徽工程大学硕±学位论文第1章绪论1.1啤酒废水的来源■.....随着啤酒工业的日新月异,产生,啤酒废水的排放量也在日益的增加的废水一所带来的污染日益加剧,对于寻求种高效和环保的啤酒废水处理方法变得越来越重要由于啤酒在酿造过程中的各种不同程序和季节,啤酒废水的组成也出现较大的差异。啤酒废水中主要是有机物含量较高,大部分成分易于腐败,当废水排入水体时,造成水体中溶解氧的,对水体,其中的有机物要消耗大量的溶解氧大量缺失tWW及水体中生物造成严重危害。1.2啤酒废水的危害随着工业的不断发展,我国的啤酒工业也在不断壮大,至近期为止我国啤酒一工厂约有上千家之多。啤酒废水中含有较高浓度的有机物和定浓度的SS,其w一m中C孤浓度般可高达数千rag/L,SS也可达到数百g/l;,这些物质如若不。加治理直接排入水体,可从而,将导致水体的富营养化能会直接污染到地下水"4。影响到动植物的生长,甚至可能会危机到人类的健康生活和经济的发展1.3纳米气泡的特性介绍W一微纳米气泡般是指直径在日0pmW下的微小气泡。微纳米气泡不仅在一体积上比普通气泡要小很多,而且微纳米气泡还具有些优于普通气泡的特殊性质。微纳米气泡特性的研究与应用具有广泛的意义,此项技术正逐渐成为环境污染治理方法中的一个新的研究方向。1.3.1水中停留时间长一产生普通气泡后,由于受到浮力等条件的影响,将上升至般情况下,水中1n安徽X程大学硕±学位论文水面并破裂,在上升过程中气泡体积越来越大,浮力也随么增加,上升速度比较快,从产生到,所W气泡在水中的存在时间短。微纳米气泡在水中上升速度较慢破裂的时间通常需要几十砂或几分钟。在上升过程中,由于表面张力的作用下,-11气泡上升时,体积会逐渐变小直至消失。如图所示为不同气泡的区别。水S,'—■■.■第鬻乾起讓轉A*A'0rM'h^蠻小A#i公公公O?。’魏遞-utwm顯與气1-圏11不同气泡的区别1.3.2气液传质率高U",根据气液界面的表面张力理论,由于微纳米气泡的直径非常小其表面张力对气泡的影响会比较明显。表面张力对气泡表面产生了压缩作用,由于压缩作用的存在,将会使得气泡的直径不断缩小,微纳米气泡在收缩过程中会有自身增一,,压的效果,于此同时微纳米气泡的比表面积也会越来越大当收缩过程达到W3,。在个极限值时,气泡内部气压将增大到无限大最终导致气泡界面破裂消失,微纳米气泡仍可W进行气液传质此过程中,,水体中气体溶解率达到过饱和时M一从而使得水中达到个较高的传质效率。1.3C电位高.3M在微纳米气泡的表面会吸附带负电的电荷离子如〇矿等,在离子层周围,H-1由于电性的相互吸引,带正电的反电荷会分布在其周围如:成等,如图2所示++-10),(图2中H即为也。当微纳米气泡的体积缩小时,其;电位就会越高相应的微纳米气泡对带电粒子的吸附性能就越好。在水体中微气泡收缩的过程中,电荷离子在微纳米气泡的界面上得到了浓缩,^电位将会显著增加,在气泡到UW"达水体表面前表面会形成非常高的(电位值。2n安徽工程火学硕击学位论文畑**HHH*OH村化饼(瓜〇?fIIJ巧OHOH^^OilOH村’HH;-四12气泡界面带电机理示意图1.3.4强氧化性一,当微气泡在水体中破裂时,微气泡的表面会发生些剧烈的变化使其气泡W。界面上的高浓度离子释放出化学能,与此同时将产生大量的径基自由基径基一自由基是种氧化性较强的物质,其产生的氧化性对于水体中难降解的污染物可UW,W起到氧化分解的作用,从而实现对水质的净化。有相关研究证明微气泡选,,同时取臭氧作为承载气体可W产生大量轻基自由基,将臭氧与微气泡结合后一可W增强氧化分解能力,能够氧化些臭氧本身不能够氧化降解的有机物,并且W还可W降低其氧化有机物的时间,从而提高处理工艺的时效。1..35气浮效果好一气浮法净水是采取定的方法使水体中产生大量的微小气泡,气泡与微气泡,相互附着,从而使得颗粒比重小于水的比重,颗粒会上浮到水体表面颗粒成为浮渣后被去除,达到固液分离的效果12"气浮法净水的关键在于水中微气泡和悬浮颗粒的粘附。这种效果表现在两一。方面,个方面,粘附效果体现在悬浮颗粒的大小及憎水性,颗粒的憎水性越大越易粘附,,;颗粒的体积越大而重量越轻颗粒越易粘附如果水中颗粒很细小,一一,。通常采用絮凝等方法,使其絮凝到定程度才容易和微气泡进行粘附另方。面,气浮效果体现在微气泡的大小与气泡在水中的密度方面通常将微气泡的数一一量和体积大小作为气浮效果的衡量标准之。般表现为,气泡体积越小,数量越多,单,气浮处理效果也就越好。这是由于当气泡体积越小时位空气量能够产生的微气泡数量就越多,气泡在水体中的密度变大,与悬浮颗粒的接触机会就会3n安徽工程大学硕击学位论文增大,从而与颗粒的粘附效果就会增加,气浮的效果也会提高。1.4课题的提出及意义工业废水即为工业生产环节中产生的废水中含有一些生产过程中的生产,其UM33用料。、中间产物和产品W及生产过程中产生的污染物随着当今社会中工业的迅速发展,排出的工业废水的数量和种类在不断增加,工业废水对水体的污染也越来越严重,甚至威胁到了人类的生命健康和财产安全。因此,工业废水的科学化处理显得极其重要。基于日益严重的环境问题,污水治理技术需要探索出无bwel二次污染,耗能小,操作简单的新型治理技术和方法。一些与普通气泡所不同的特性微纳米气泡在水体中表现出了,如在水体中上升速度较慢。、溶解氧传质效率高及破裂是可释放出自由基等特性哲基自由基一。具有较强的氧化性,是氧化处理技术中的方法之另外微纳米气泡还具有操作UWW简便,无二次污染等恃点。本次课题的研究对微纳米气泡的发展和推广存在着重要的意义。1.5研究目的及研究内容1.5.1研究目的本研究将对微纳米气泡在水中溶解氧的相关影响因素进行研究,并探讨不同载体微纳米气泡改善工业废水(啤酒废水)的处理效果。1.5.2研究内容(1)微纳米气泡悬浮时间(2)有效气液混合比(3)实验装置的设计(4)探究影响因素(温度、pH、和含盐量等)对于微纳米气泡在水中溶解氧的影响。(5)普通气泡、空气微纳米气泡和臭氧微纳米气泡对啤酒废水中有机物去4n安徽工程大学硕±学位论文除率的研究。5n安徽工程大学硕±学位论文第2章文献综述2.1啤酒废水处理方法的国内外现状根据啤酒废水可生化能力高的特点,啤酒废水的处理方法主要W好氧处理方法和厌氧处理方法,W及综合治理方法为主。如活性污泥法、S郎法、深井曝气nwd法。、膜生物反应器、升流式厌氧污泥床、厌氧序批式反应器等等211..好氧处理法活性污泥法2一"1。活性污泥法是有机废水处理中使用最多,运行最可靠的方法之活性污泥处理工艺技术在国内比较成熟、流程简单、容易启动等优,此工艺由于投资小点而被部分企业选择。但传统活性污泥法曝气动为消耗太大,易,处理费用较高"H"。产生污泥膨胀和大量的汚泥等缺点,使得在费用和管理方面带来许多问题一:进水日,S抓法的操作步骤般为、反应、沉淀、排水、闲置等个步骤在整个过程中废水需经过厌氧、好氧、缺氧3个阶段。可根据不同厂商不同水质进UW"行调整,使得出水效果达到较好效果。CASS一CASS工艺有点在于将CASS反应池、集曝气、二沉池等过程于体。区别于SBR方法,CA%工艺的前部增加了生物选择器。CASS池的反应池分为生物选择W区、预反应区及主反应区。CASS工艺具有操作简便、流程短等优点。但该工艺管理要求高次调试时间较长fw。,首生物滤池法生物滤池法一一定滤料般是指在滤池中填充,在滤料的表面附着了生物膜,当废水流过生物膜时,,废水中的有机物伴随着空气与生物膜上的微生物接触废,水中的有机物被吸附在生物膜表面,进而被微生物氧化分解从而达到净化处理的效果。生物滤池法具有对污水水质、水量要求较低、污泥量少、费用低等优点0-1[44]〇6n安徽工程大学硕女学位论文生物接触氧化法生物接触氧化法是在池内设置填料,使有机废水流过生物膜填料,从而使得W。生废水中的有机物被生物膜上的微生物氧化分解,从而达到净化废水的效果物接触氧化工艺具有占地省、管理简便、污泥量少、成本低等优点。深井曝气法一深井曝气法是指污水进入深井中与回流污泥混合,同时向污水中充入定量的空气进行处理,从,使得污水中的有机物被污泥中的微生物氧化分解而这到处W理废水的效果。2.1.2厌氧处理方法上流式厌氧污泥床UA排工艺过一,程中,污水进入反应器的底部与沼气起对污泥产生攒拌作用使得污水和污泥进行充分的混合,在与污泥混合的过程中有机质被污泥中的有机M物氧化分解。该方法具有污泥体积指数提高,HRT短、能耗低、无需揽拌等优点。厌氧膨胀颗粒污泥床厌氧膨胀颗粒污泥床是在上流式厌氧污泥床反应器的基础上进行的改进,该方法中的污水与污泥接能够更充分的接触。提离了废水中的有化物与污泥中微生。该物的接触机率,大大提島了氧化分解的处理能力方法对于低温废水也有良好的处理效果厌氧序批式反应器E一厌氧序批式反应器是美国DAGU教授开发的种新型高速厌氧反应器,厌氧"WW序批式反应器具有操作灵活、稳定高效、投资较少等优点。2.1.3其它方法在处理啤酒废水的方法中一,水雍菜是种理想的生物净化材料。相关研究表49—5"明,采用水葬菜方法处理啤酒废水,在去除啤酒废水中9跳P,N和70%有机物的同时,水雍菜每亩还可获利巧00元。在啤酒废水处理方法的研究中,相关研究表明,采用光合细菌对啤酒废水中7n安徽工程大学硕壬学位论文W3。的有机物进行降解转化为无机物,除去光合细菌后再加入螺旋藻进行培养实验结果发现,采用光合细菌和螺旋藻方法处理啤酒废水,可去除废水中的C弧和氨氮,并且植物回收数量也相当可观电化学方法一电化学方法般用于处理难生物降解的有机物。电化学法与其他方法相比优点在于,,在反应中不会受到污水强度的不同或水中有毒物质的影响而且电化学541451法的水力停留时间较低。。目前,该方法还应用在纺织废水、制革废水等方面一综上所述,对于啤酒废水的处理方法,直进行着不断的探索和创新。同时大胆的尝试了将生物技术、物理方法、化学方法相互结合、综合运用。好氧法、一、综合治理法等系列创新改进,厌氧法,为啤酒废水处理技术提供了技术支持也为W后的创新方法提供了参考依据。2.2微纳米气泡发生装置研究的现状2.2.1微纳米气泡产气原理微纳米气泡产气原理主要分为大量微纳米气泡发生原理与可控微纳米气泡、发生原理两大类。如:分散空气法、溶气释气法、化学反应法、微管道吹气泡法微电极阵列点解法等分散空气法,分散空气方法是指利用剪切或揽拌等方式,在水体中把空气反复剪切使其。破碎成微小气泡,最终在水体中可W产生稳定的微气泡分散空气方法具有能耗低,、无二次污染等特点。但是分散空气法的缺点在于,该方法对于设备要求较高st"加工难度较大等缺点,在实现高速揽拌和剪切方面存在较大困难。溶气释气法'溶解释气法是指通过加压方法使得空气先溶解在水中,然后降低压强释放出。空气,,在空气被重新释放出来的过程中水体中会产生大量微气泡使用该方法产生的微气泡具有产量大、能耗小等特点。与分散空气法相比,溶气释气法对设备的要求较低一,但溶解释气方法在流道设计和系统控制方面存在着定的难度I;閒]08n安徽工程大学硕±学位论文超声空化法超声空化法是指通过向液体中福射超声波,由于超声波负半周时液体被拉伸BW。产生负皮,当负压低于液体空化压力时,就会引发液体内部空化,产生微气泡Moussatov等人通过向水箱中箱射超声波,获得了大量的平均直径为120微米的微气泡,但该方法具有能耗较大、不能连续工作、效率低等缺点,限制了该方法的使用。化学反应法?化学反应法是指在化学反应中由化学物质在过程中产生的微气泡。.Lawric等人使用过氧化氨分解方法获得大量的氧气微气泡。在环境处理方法中,大多数情况都需要大量微气泡和充氧,但是由于化学反应法产生微气泡成本过高。同时,化学反应法产生微气泡,从而限制了化学反应方法在这些领域的应用的同时可能会对水体造成二次污染。,进而危害到水生生物W及人的健康电解法电解方法是采用电极电解水的方式产生氨气和氧气,从而获得微细气泡。但。是由于电极的周围气泡之间的附着效应,使得气泡的尺寸都比较大在电解法制取微气泡的过程中,,其耗能高,气泡尺寸大,产量小等问题限制了其在实际工W程中的应用与推广。微管道气液两相流法一该方法是指利用液体和气体之间的剪切力,使气体分散形成尺寸致的微气W"。,泡在该方法中由于液体压缩性较差,使得液体的可控精度比气体要高从而一使得该方法产生的微气泡离散度要小。但是,当气液流速差大到定值时,气液两相会进入奈流状态而产生不可控性。该方法具有精准度、加工难度较高等缺点。微电极阵列点解法微电极阵列点解法是指使用金属微纤维网和抛光后的金属表面形成的微凸作为电极,可得到大量微气泡,但是这些气泡的尺寸基本不可控。Lee等人通过改变微电极阵列,使得电解时微气泡从微电极阵列表面产生。实验通过控制微WW"。电极间距、微电极形状和电解电压,使得微气泡的尺寸变为可控该方法具有微气泡尺寸离散度较大。,气泡尺寸可控性差、工序复杂等缺点2.2.2微纳米气泡发生装置的类型9n安徽工程大学硕±学位论文微纳米气泡发生装置的生产已经在中美日韩等国相续进行。其中Riverforest公司生产的SMX微纳米气泡粟则是采用溶气释气法来产生微气泡,—3SMX.6mh4%其巧5型微纳米气泡系,最大流量为V,气液海合比为1%到,功-15KWm到30ym率为,得到的微气泡直径为微纳米气泡发生装置在中国的生产公司有,北京本洲科技有限公司、云南夏XZCP--K0.75为例之春环保科技有限公司等。其中W云南夏之春环保公司的,该、装置原理是使水与气高度相溶混合,超声波空化弥散释放出高密度的均匀的超""一乳白色的气液混合体微米气泡,形成云样。.2.2.3气泡尺寸的测量方法一工程微纳米气泡的尺寸是衡量发生装置性能的个重要指标,也是实际应一一用、实验设计中的项重要参数。因此气泡尺寸的精确测量是项就有深远意义的研究,对此研究者们提出并研究了多种测量微纳米气泡尺寸的方法。这些测量方法各自都有其优缺点及相应的使用范围。现行的测量方法有声学法、电导探针WWW法和光纤探针法、高速摄像法、CCD法、全息干涉法等。声学法声学法是指当气泡流动时产生的振动和声音压力,它的频率大小与气泡的直一径存在定的关系,,通过建立声音频率与气泡直径的关系式再对声音频谱进行?测量和分析就可W得到气泡的尺寸。电导探针法和光纤探针法电导探针法和光纤探针法是根据气体与液体电导率或折光率的不同来测量气泡。该方法具有响应快,便于与微机联接,易于大样本实时测量等特点。采用光纤探针法可用于测量器壁不透明化及压力和温度不同的气泡行为,不受外界干日,扰,但此测量方法只适用于直径大于微米的气泡另外由于探针头进人到流场—"172^内部,所W会对流场产生干扰。高速摄像法高速摄像法是采用髙速摄像系统,对流场进行拍摄并将获得的團象信息存入。计算机,由图,再对图像进行颗粒分析系统分析处理气泡通过光学系统的放大""象转换器将运动气泡的图象冻结在摄像机祀面上。计算机通过图像采集板把10n安徽工程大学硕±学位论文"W'"冻结在摄像机视面上的图象存盘、处理。/CCD法一CCD摄像(CharseCoupledDeviees)是种新型的成像技术,该方法能够把光。信号转变为电信号,从而把光学图象转换成视频信号该方法可与计算机联接进D行图象采集、存储。CC方法对与流场无干扰,并且具有在线检测、处理与分析间能力,但CCD的分辨率较低。2.3微纳米气泡技术的应用与发展前景2.3.1微纳米气泡技术在农业方面的应用,微纳米气泡在水产业及农业领域,被应用于养殖,水稻,发酵无王栽培,水族馆,促进种子发芽及增强水活性等方面。微纳米气泡不仅改善了水体生物的生活环境,同时还在各个领域都相应提高了产品的产量,增加了经济效益。关于一微纳米气泡在农业方面的研究也在进步的发展。2.3.2微纳米气泡在医疗方面的应用在医疗方面对于肿瘤疾病和癌症的研究中,药物在治疗疾病的同时,对健康一的细胞也有定的杀伤作用,提高药,因而如何能够达到定点定量的投放药物物的治疗效果一直是医学研究者的研究热点。一,首先运载基因或药物到祀组织微气泡作为种高效的运输载体,然后在超,该方法可W声波作用下破裂,微气泡可将所载基因或药物释放到铅组织内提高。,药物的巧用率,同时还可W减少对其他健康组织的损伤还可W根据实际需求选取不同尺寸气泡运载不同药物进入祀组织,最终释放药物达到定点治疗保护其他健康组织的目的。2.3.3微纳米气泡在水处理技术上的应用,良由于微纳米气泡不同于普通气泡的特性,许多研究表明其较高的溶解氧好的气浮效果和强氧化性在水处理应用中具有占地小,操作简便,投资小,无污染等优势。在污水处理中很多的工程处理中,微纳米气泡被用来来处理水中的有11n安徽工程大学硕±学位论文机物,氮憐W及有毒有害物质。同时气体发生装置还可W采用不同的气体作为载。体(如纯氧,臭氧等)W适应不同条件下的需要一传统的曝气方法般采用向水中注入宏观气泡方式为水体增氧,但是由于宏。观气泡在水体中上升速度比较快,从而使得气液传质效率较低,增氧效果较差相比较之下,微纳米气泡在水体中的上升速度较漫,比表面积大与水体之间的传。质效率较高,从而有效的提高水体的增氧效率,进而改善汚染水体水质12n安徽工程大学硕±学位论文第H章微纳米气泡在水中基本特性的硏究31.实验内容探究微纳米气泡在水中的悬浮时间、有效气液混合比,在此研究的基础上,一为进步探究部分影响因素(温度、pH、和转速等)对于微纳米气泡在水中溶解氧的影响提供参考。3.2实验方案设计3.2.2实验器材(1)pH计(2)卷尺)(3秒表(4)量筒(5)电子天平-K-)P(云南夏之春环保公司(6微纳米气泡发生器XZC0.75)(7)PVC透明水槽3.2.3实验方法(1)微纳米气泡悬浮时间本实验选用1L的烧坏获取在微纳米气泡发生装置稳定条件下制备得到的乳白状水气混合液1L,将烧杯静置在水平桌面上测量该乳白状水气混合液从浑浊状态到澄清时所用的时间。。微纳米气泡发生装置将进行多次曝气实验求平均值(2)有效气液混合比为测量微纳米气泡在水中实际产气量的效率0ml500mllOOOmI,实验选用巧,,的量筒量,获取在稳定条件下水槽中制备得到的乳白色水气混合液,放置在水平,测量澄清前后量筒内液体体积桌面上,并计算出混合液中微纳米气泡的实际有=效比例。有效气液混合比n(v^v2)/vl。13n:I安徽:程火学硕+学位论文3.3.1实验装置将微纳米气泡发化器一个实验装、臭氧发生器、机械揽拌机及水槽组合成l置。测量水样时,用250m溶解氧瓶获化实验后。实验前检查装置运转是否正常的水样进行研究。。实验装置示意图如下/!/|fI(\真氧、发生器i\\|反应槽IiJ_—^--^^发坐应二立五芸1:五正_。7\/|饼琴||水桶国3-1微纳米气泡特性研究装置示意图3.3.2微纳米气泡悬浮时间的测量3.2.1.3实验步驟用1L的量筒获取在微纳米气泡发化装置稳定条件下水槽中制备得到的孚L白,状水气混合液化,将量筒静賈在水平桌面上测量该郭白化水气混合液从浑浊。状态到澄清时所用的时间。最终得出微纳米气泡在水中悬浮时间为252s3.3.2.2实验结果微纳米气泡悬浮时间结果如下:14n安徽工程火学硕+学位论文表3-1微纳米气泡息浮时间测景?序号取水?气间f/s值/sf直/s1254A22712533別52481B224524925225431259C22512533250义3.2.3实验结果分析根据实验结果可^推出,微纳米气泡在水中的停留时间较长,比普通气泡在水中的停留时间更长。通过实验可看出,微纳米气泡体积较小,在水中密集时呈乳白色,有利于水体中氧的传递,,上升速度较慢可用于气浮技术和水体养殖中。实验水样如下图所示:a微纳米气泡示意図(充气前)b微纳米气泡示意閣(启动)15n安徽工程火学硕±学位论文C微纳米气泡示意围d微)(启动中)纳米气泡示意图(稳定后y.IBK..彌.1[吉K-m111mfkSIMe取出后1分30秒f左30秒后右2分钟后3.3.3有效气液混合比3..1.33实验步骤为测量微纳米气泡在水中实际产气量的效率,250ml,500ml1l实验选用,000m的量筒量,获取在稳定条件下水槽中制备得到的乳白色水气混合液,放置在水平桌面上,测量澄清前后量筒内液体体积,并计算出混合液中微纳米气泡的实际有=-效比例。有效气液混合比n(v,v)v,。计算时,进行;次测量取平均值,最2/21终计算得出混合气液比为.2%。即微纳米发生装置产生的气水混合液中有效气液混合比至少为2.12%。3.3.3.2实验结果有效气液混合比试验结果如下:表3-2有效气液混合比测景16n安徽工程大学硕±学位论文序?.口Vi/mlVs/ml/%r2/%T3/%巾|I可氷12502442.4A225024522.2732502442.415004902B25004882.42.22.1235004892.2211000980C210009821.81.9310009811.93.3.3.3实验结果分析,实验结果表明,在充满微纳米气泡的水体中,水体澄清后气泡在混合水体的体积比至少为2.12%。3.4本章小结实验研究了微纳米气泡的悬浮时间和有效气液混合比的特性,表明了微纳米气泡与普通气泡之间存在着较大的差异。微纳米气泡比普通气泡在体积和停留时间等方面存在着较大的优越性。因此微纳米气泡在好氧污水处理技术中具有更大的发展前景。17n安徽工程大学硕古学位论文第4章微纳米气泡在水中溶解氧影响因素的研究4.1实验目的根据相关文献的查阅,W及对传统曝气方法的了解,曝气法对水体氧化处理一的效果般取决于气体与水体的接触面积、在水体中的停留时闻,>11^及气体传质到水体中的溶解氧的含量。为探讨微纳米气泡氧化能力与传统气泡的差异,本研究在前期摸索性实验中确定了部分对微纳米气泡有影响的因素。通过探究影响因素(温度、pH、和转速)对于微纳米气泡在水中溶解氧的影响。在单因素影响实验的基础上,研究找出气泡在水中溶解氧达到最优时的相关条件。水体中溶解的微纳米气泡含量越多,说明其与水体中污染物的接触氧化程度越强,处理效果也应相对较佳。水中微纳米气泡溶解氧含量的研究能够为后续的工程应用及其微纳米气泡发展提供参考。4.2实验方案设计4.2.1实验方法分别对影响因素进行单因素实验,研究各自的影响效果。在单因素实验基础上,运用正交实验法探寻影响微纳米气泡溶解氧的最优条件证试验。,并做平行验4.2.2实验指标的测定实验对溶解氧的测定采用视量法进行测量。4.2.3实验器材(1)pH计(2)水浴锅(3)机械揽拌器(4)溶解氧瓶18n安徽工程大学硕±学位论文(5)电子天平6XZCP-K-0()微纳米气泡发生器.75(云南夏之春环保公司)4.3实验过程及数据分析4.3.1时间对溶解氧的影响4...311实验步骤'实验选取自来水为研究水样,将微纳米气泡连续通入水样45分钟,取每隔一5分钟取次水样,用柳量法测定水样的溶解氧含量。4.3.1.2实验结果时间对溶解氧的影响结果如下:-表41微纳米气泡溶解氧时间单因素实验时间/min051015202530354045溶解氧/mg/18.0013.2016.8014.0012.8012.0012.0010.008.808.80IK间!181I/?一.,/V.I\/\?一/8-■■*■h■IIIII10020304050时间min-图41时间对微纳米气泡溶解氧的影响4..3.13实验结果分析4--时间对溶解氧的影响结果如图1所示。由图41可知,反应时间对溶解氧一的含量有显著的影响。在定时间内,溶解氧随时间的増加而不断升高,反应时19n安徽工程大学硕±学位论文间达到lOmin时达到最大值;此后随着反应时间的增加,溶解氧的含量呈现出下。m降趋势因此,分析微纳米气泡在水中溶解氧的较佳时间应该是在lOin附近。反应开始时一,随着微纳米气泡的不断产生,溶解氧含量不断升高,当到达定时间后,随着时间增加溶解氧呈下降趋势,根据分析是由于微纳米气泡在水中上升速度比较慢,,随着气泡的不断产生I水中部分微纳米气泡发生了融合使得气泡的体积变大,比表面积变小,气泡对水体中的传质效率降低,同时水体中的溶解氧在不断的向空气中扩散,从而使得水中的溶解氧下降。4..32pH对溶解氧的影响4.3.2.1实验步骤选取上述实验中的最佳时间为反应时间,使水样恤分别为4、5、6、7、8、9、10时通入微纳米气泡,实验结束时测定不同pH下的溶解氧。4.3.2.2实验结果曲对溶解氧影响的实验结果如下:表4-2微纳米气泡溶解氧H单因素实验p地4S678910溶解氣14.216.1巧14.613.914.214.1mg/1—■-IPHl--18/mAr:/八.'.IIII46810PH图4-2pH对溶解氧的影响4.3.2.3实验结果分析20n安徽工程大学硕±学位论文的影响如图4-24-2pH对溶解氧所示。由图可知,pH对溶解氧的影响较明显,根据图中曲线可W得出,当pH在6到7之间时,微纳米气泡在水中的溶解。氧达到最大值,其它pH值条件下都较低微纳米气泡在水中上升的过程中,由,于其比表面积小,在气泡表面会形成双电子层结构气液界面上存在着高浓度离。子,在微气泡破裂瞬间,,剧烈变化将释放出化学能从而产生大量的径基自由基不同的pH带来水中不同的离子含量,对双电子层起到了不同程度的影响。影响到气泡表面对水体的传质效果。4.3.3温度对怒解氧的影响4.3.3.1实验步骤’20C一日实验选定上述实验中的最佳pH和最佳时间,在湿度为(TC之间,每’一隔5C作为个研究点。反应结束时测定水样的溶解氧。研究温度对微纳米气泡溶解氧的影响。4.3.3.2实验结果温度对溶解氧影响的研究结果如下:表4-3微纳米气泡溶解氧温度单因素实验°温度巧素/C202530354045溶解氧mg/110.6015.4012.4011.008.808.3021n安徽工程大学硕女学位论文20-1-18-16-l4■.|/\■。-囊又/^■.0:\8:_.__—-.■■■■■II1lII巧2026孤3540化温度.C/图4-3温度对溶解氧的影响4.3.3.3实验结果分析-4-,3可知温度对溶解氧的影响如图3所示由图4,温度对微纳米气泡的影’响比较显著。随着温度的増加,溶解氧不断升高。当达到巧C左右时,溶解氧,,,最终曲线平缓含量达到最大值;此后继续升高温度溶解氧含量呈下降趋势溶解氧稳定。据分析当温度相对较低时,能够使得少量微纳米气泡破裂,产生的,氧溶解到水中,从而使溶解氧含量增加随着温度的持续升高,较高的温度会使得水中气泡的界面发生变化,使大量气泡破裂,溶解氧流失较大,进而产生溶解氧降低的现象。4.3.4机械厳拌对溶解氧的影响4.3.4.1实验步骤一在定的时间、地、温度等条件下,采取机械揽拌方式,调节不同转速对所。研究水样进行单因素实验,测定相应转速条件下的溶解氧含量4.3.4.2实验结果机械揽拌对溶解氧影响的研究结果如下:22n安徽工程大学硕古学位论文表4-4微纳米气泡溶解氧转速单因素实验转谏5001000巧002000巧003000r/min溶解氣10.9123212...21.11292/mg/1-—■转速r/min|!/141.八/{:/.X裝\^-\10■500110200000说如2说30奶转速/r/min图4*4转速对溶解氧的影响.4.3.4.3实验结果分析4-4-4,可知揽拌对溶解氧的影响如图所示由图4,随着揽拌程度的不断增加,微纳米气泡在水中的溶解氧含量随么升高,当揽拌程度达到1500r/min时,,溶解氧含量达到最大。此后,继续増加转速溶解氧含量逐渐下降。转速对溶解氧的影响,据分析应是由于适当的转速可W使得溶解氧更好的与水均匀混合,有一定程度时利于水中溶解氧的增加,水中的剪切力增大,使得,但当转速増大到气泡破裂,破坏了气液混合的平衡条件,进而使得溶解氧下降。4.4正交实验法优化溶解氧的实验最佳条件优化。根据单因素实验结果,确定各因素的较优取值范围后,设计正交试验,进行实验并分析找出最佳反应条件。实验设计因素及水平如下表所示。23n安徽工程大学硕±学位论文表4-5溶解氧正交试验因素与水平设计反应时间温度’水平押/C转速r/min/mi打18523130021062615003127291700根据单因素实验结果,选取时间、温度、pH、转速4因素进行正交试验设计,结果如下表所示。4表4-6L93正交试验结果()组别时间(A)/minpH(B)温度(C)TC转速(D)r/min溶解氛mg/L18.0523.01300.014.斗28.06261.0500.010.538.1125.07290700.0.410.0526.01700..0104510.0629.01300.0201.610.0723.01500.013.2712.0529.01500.010.1812.0623.01700.014.0912.0726.01300.012.3kl12.511.613.912.9k21.1.1.11.1922113k312.12.7.5.311112民0.61.02.81.6主次顺序C>D:>B>A优组合CiDiB3A123它根据正交实验得出最优组合,即pH值为78rain为,,时间为,温度转速为1300r/mim在此条件下做平行验证性实验,得出溶解氧为14.7mg/L。4.5本章小结24n安徽王程大学硕±学位论文(1)结果表明,水中温度、pH、和转速等因素会对微纳米气泡在水中的溶解氧具有一定的影响。(2)根据正交实验可知,影响微纳米气泡在水中溶解氧的因素依次为温度、°、H、时间。最CDBAH78min23C转速p优组合为iis,,即p值为,时间为,温度为,转速为1300r/rain,此时微纳米气泡在水中的溶解氧含量最大。在此最佳条件下.做平行验证性实验,的到溶解氧平均值为147mg/L,因此确定CiDiBA为最佳组合。25n安徽工程大学硕壬学位论文第5章处理啤酒废水中有机物的研究5.1实验内容运用普通曝气方法、空气微纳米气泡和臭氧微纳米气泡H种曝气法对啤酒废水中有机物进行处理。研究H种方法分别在单因素(温度、转速、pH等)的影响下?,啤酒废水中有机物去除率的差异。5.2实验方案设计5.2.1实验方法分别对影响因素(时间、pH、温度、转速)进行单因素实验,研究各自对啤酒废水处理效果的影响。在单因素实验基础上,运用正交试验法探寻影响普通气泡处理效果的最优条件。5.2.2实验流程调节转速、温度、pH▼&啤酒废水气反应槽^出水COD检测牛进气微纳米气泡发生器5-图1实验流程图26n安徽工程大学硕±学位论文5.22.实验仪器与试剂C孤。本实验除去第四章实验器材外,还需检测装置及试剂,臭氧发生器实验用啤酒废水水质如下所示:-表51啤酒废水指标参数CODBOD巧口u项目pHMg/Lmg/L进水3524143765.3实验指标的测定COD的测量采用重铭酸钟法进斤测量=-本实验对。并根据公式C0D(初始COD反应后COD)/初始COD,计算出反应后COD的处理效率。5.4普通气泡处理啤酒废水研究5.4.1时间对去除率的影响时间对COD去除率的影响结果如下:表5-2普通气泡时间因素对啤酒废水COD处理效率的影响时间因素/min0510152025303540455055普通气泡COD^0.000.050.350.480.630.901.211.331.501.702.132.25处LI理m效■一率%27n安徽工程大学硕±学位论文时卸I5-|4-3-#孩.黯一1丫—-0■T??'■■■''■?'IIIIIIIIIII051015巧巧30巧40巧60巧60时间/min图5-2普通气泡时间因素对啤酒废水COD处理效率的影响--普通气泡时间对COD去除率的影响结果如图52所示。由图日2可知,反应一时间对COD去除率有定的影响,但效果不明虽。随时间的増化COD去除率不断升高,但增长较缓慢。当时间达到日Omin之后时,随着反应时间的増加,C孤去除率呈现出平缓趋势。根据分析是由于普通气泡在水中的氧化性不高,对于啤酒一废水中有机物的氧化性较差,而,只能对其中些简单的有机物进行去除不能去除难降解的有机物一。因而,当时间达到定值时,普通气泡对啤酒废水的处理效果将不再增加。5.4.2pH对COD去除率的影响pH对C弧去除率影响的实验结果如下:表5-3普通气泡pH因素对啤酒废水COD处理效率的影响地因素45678910普通气淘0610.751030.910.880.790.73..^COD处理效率%28n安徽工程大学硕±学位论文■-削-514-.宏3常該--朝2-8"1—■■—^圓■一0I■■I??IIII46扫1012閒图5-3普通气泡pH因素对啤酒废水COD处理效率的影响COD去5-3所示5-3可HCODpH对除率的影响如图。由图知,p对去除率的。H影响不明显,不同pH下,去除率的差异也不大根据图中曲线可W得出,当p在6左右时,普通气泡在啤酒废水中的去除效果到最大值。据分析,pH对普通气泡在啤酒废水有机物的处理效果影响不大。5.4.3温度对溶解氧的影响温度对C弧去除率影响的研究结果如下:表5-4普通气泡温度因素对啤酒废水COD处理效率的影响温度因素‘/C152025303540普通气泡COD0.630.891.311.511.371.22LI处理效率%29n安徽工程大学硕±学位论文—■_I溫度I-5.014-.54-.0-3.53-诉.0■媒"2-渔-5-夏2.0U.-.15__^_:./10?/■:0.5-0-0■'''''IIIfII10巧20巧30巧40溫度/V图5-4普通气泡温度因素对啤酒废水COD处理效率的影响-C孤去-日4所,温度对普通气泡温度对除率的影响如图示,由图54可知C孤去除率的影响比pH影响效果略微显著。随着温度的増加,COD去除率不断升。‘高C-30C时C孤去除COD。当达到巧,率达到最大值;此后,继续升高温度,。,去除率呈下降趋势据分析当温度升高时气泡中的氧能够溶解到水中,从而使COD去除率含量増加,随着温度的持续升高,较高的温度会使得水中气泡的界面发生变化,进而产生COD去除率降低的,使水中的溶解氧溢出,溶解氧流失较大现象。5.4.4转速对GOD去除率的影响普通气泡转速对C孤去除率影响的研究结果如下:表5-5普通气泡转速因素对啤酒废水COD处理效率的影响转速因素r/min500100015002000巧003000COD%0.060.普通气泡处理效率.巧0.601231.341.5230n安徽工程大学硕±学位论文--ll巧速I-1109-8■7-*6-聲孩5;巧.写-4S:32-一"?誦■?’/;?__"〇4 ̄rT______ ̄ ̄ ̄ ̄,:,....,,II如000001001500200025030转速r/nin.图5-5普通气泡转速因素对啤酒废水COD处理效率的影响COD去5-55-5普通气泡转速对除率的影响如图所示,由图可知,随着攒拌程度的不断增加,C狐去除率随之升高,并伴有持续升高的趋势,但趋势较平缓。据分析由于转速可使得溶解氧更好的与水均匀混合,有利于水中溶解氧的增一加,,但当转速增大到定程度时水中的剪切力増大,使得气泡破裂,从大气泡变化成小气泡,增加了气泡与液体的接触面积,进而使得COD去除率升高。当转速较高时,,水中的溶解氧会向空气中流失降低了水中氧的含量,使得C孤去除率趋于平缓。5.4.5正交实验最佳条件优化。根据单因素实验结果,确定各因素的较优取值范围后,设计正交试验,进行实验并分析找出最佳反应条件。实验设计因素及水平如下表所示。表5-6普通气泡啤酒废水正交试验因素与水平设计’水平反应时间/minpH温度/C转速r/min014552518025062720003557292200、:、4根据单因素实验结果,选取时间温度、州转速因素进行正交试验设计,结果如下表所示。31n安徽工程大学硕±学位论文4表5-7L93正交试验结果()温度(C)转速(D)COD■U如田r/fD、,1Grwsw*、(A)/mmpH(B)广。r/min去除率%14552518001.3724562720001.4234572922001.2845052722001.3855062918001.4465072520001.5175552920001.4585562522001.4195572718001.34kl136140.43.1U8k21.441.42.;38146l.k31.401J81.巧1.%民0..080040.050.10主次顺序D>A>C>B优组合D2A2C1B20根据正交实验得出最优组合,即pH值为6,时间为50min,温度为25c,2000r/min206%。转速为,在此条件下做平行验证性实验,得出处理效率仅为.5.5空气微纳米气泡处理巧酒废水研究5.5.1时间对空气微纳米气泡COD去除率的影响时间对COD去除率的影响结果如下:表5-9空气微纳米气泡时间因素对啤酒废水COD处理效率的影响时间因素/min0510152025303日4045空气微纳乂气泡0.0013.0418.4821.7430.4330.7931.6130.3531.2630.89wm化十COD处理效率%32n安徽工疆大学硕dr学位论文一-■时间40-|35-—■-30^25-/蠢20-/含巧-/〇■10-/7-0T>'?1111101020304060时间/min图5-9空气微纳米气泡时间因素对啤酒废水COD处理效率的影响空气微纳米气泡时间对COD去除率的影响结果如图5-9所示5-9。由图可知,空气微纳米气泡反应时间对一C孤去除率有显著的影响。在定时间内,C孤去除20mn左右时,率随时间的增加而不断升高,当反应时间达到i处理效果达到最大值;此后随着时间的增加,COD去除率的含量呈现平缓趋势。因此,分析空气微纳米气泡在啤酒废水中COD去除率的较佳时间应该是在20min左右。反应开始时,随着空气微纳米气泡的不断产生,C孤去除率不断升高,随着时间増加废水中部分有机物被空气微納米气泡氧化分解,由于空气微纳米气泡的氧化性不高,当时一COD去间到达定时,废水中的难降解有机物不能被分解,使得除率趋于平缓。5.5.2pH对空气微纳米气泡C弧去除率的影响pH对C孤去除率影响的实验结果如下;-表510空气微纳米气泡pH因素对啤酒废水COD处理效率的影响如因素45678910竿气微"鈍'I米'气泡.3025.v23.3124.6726.8926.3123.032233COD处理效率%33n安徽工程大学硕±学位论文——■_ph|40-|-353-0务齋.錐?■25-/8■■劝-巧J■■.?■III46810閒图5-0H因素对啤酒废水COD处理效率的影响1空气微纳米气泡p5--空气微纳米气泡pH对C孤去除率的影响如图10所示。由图510可知,一pH对C孤去除率具有定的影响,6左右时,,根据图中曲线可得出当pH在空气微纳米气泡在水中的C孤去除率达到最大值,其它pH值条件下都较低。据分析,,微纳米气泡在水中上升的过程中,在气泡表面会形成双电子层结构界面上存在着高浓度离子,由于剧烈变化界面上将释放出化学能,,在微气泡破裂瞬间从而产生大量的経基自由基。不同的pH带来水中不同离子含量,对双电子层起到了不同程度的影响,进而影响到了空气微纳米气泡的氧化性。同时,实验前后pH值没有发生改变,也能说明空气微纳米气泡对溶液的pH没有影响。5.5.3湿度对空气微纳米气泡C孤去除率的影响温度对C孤去除率影响的研究结果如下:-表511空气微纳米气泡温度因素对啤酒废水COD处理效率的影响’温度因素/C152025303540空气微纳义气泡23.7328.9230.5727.6323.4921.27?^COD处理效率%34n安徽工程大学硕壬学位论文温皆I巧140.35-"\巧-i?i/\■S-201-5-10I■'J■tIIIII101520巧303540猫度/V5-D图11空气微纳米气泡温度因素对啤酒废水CO处理效率的影响--空气微纳米气泡温度对COD去除率的影响如图511所示,由图511可知,°。25C左右时随着温度的增加,溶解氧不断升高当达到,溶解氧含量达到最大值;此后,继续升高温度,溶解氧含量呈下降趋势,最终曲线趋于平缓。据分析,当温度相对较低时,产生的氧溶解到水中从而,能够使得少量微纳米气泡破裂D去除,使CO率含量增加,随着温度的持续升高较高的温度会使得水中气泡的界面发生变化,,,使大量空气微纳米气泡融合变成大气泡降低了空气微纳米气泡表面的氧化能力,从而产生COD去除率降低的现象。5.5.4转速对空气微纳米气泡COD去除率的影响空气微纳米气泡转速对C孤去除率影响的研究结果如下:表5-21空气微纳米气泡转速因素对啤酒废水COD处理效率的影响转速因素r/min5001000巧002000巧003000137018.92巧24.5321.3119.52.15.COD处理效率%35n安徽工程大学硕壬学位论文—■—转速4-0|35-30- ̄■'蠢巧-/\教-./\1泌-/.§巧-//W10-5-■\..■■I\III5001000巧002000巧前3000转速r/min5-D图12空气微纳米气泡转速因素对啤酒糜水CO处理效率的影响COD5--空气微纳米气泡转速对去除率的影响如图12所示,由图512可知,随着揽拌程度的不断増加,微纳米气泡在水中的C孤去除率随之升高,当攪拌程度达到1500r/min时,C孤去除率含量达到最大。此后,继续增加转速,COD去除率含量逐渐下降。转速对COD去除率的影响,据分析应是由于适当的转速可W,有利于水中溶解氧的增加使得空气微纳米气泡更好的与水均匀混合,有助于氧一化水中的有机物。但当转速増大到,定程度时,水中的剪切力增大使得气泡破裂,,,或融合成体积较大的气泡降低了空气微纳米气泡的氧化性在转速增大的同时,水中出现的素流等,,使得空气微纳米气泡在水中的停留时间缩短同样也会使得COD去除率下降。5.5.5空气微纳米气泡正交实验根据单因素实验结果素的较优取值范围后设计正交试验,进行,确定各因,5-实验并分析找出最佳反应条件。实验设计因素及水平如表13所示。36n安徽工程大学硕±学位论文表5-13空气微纳米气泡啤酒废水正交试验因素与水平设计°水平反应时间/minpH湿度/C转速r/min011852120022062314003。-7261600根据单因素实验结果,选取时间、温度、pH、转速4因素进行正交试验设计,结果如下表所示。45-表14L93)正交试验结果(组别反应时间(A)/minPH(B)15202007521812.218623140025.37031872616024.15420523160025.96520626120028.34620720140030.61722526140025.59822620160026.73922723120027.81kl25;28.:2927.89.68如.36k228.3026.19.8126.3827k326.7127.25.61.522603民2.2.2.621.172628主次顺序A>D>C>B优组合A2D1C1B3根据正交实验得出最优组合,即pH值为720minr温2(TC,,时间为度为转速为1200r/min,此时微纳米气泡在水中的COD去除率最大。在此最佳条件下做平行验证性实验,的到COD去除率为31.52%。37n安徽工程大学硕±学位论文5.6臭氧微纳米气泡处理啤酒废水研究5.6.1时间对臭氧微纳米气泡COD去除率的影响时间对C弧去除率的影响结果如下:5-D表15臭氧微纳米气泡时间因素对啤酒废水CO处理效率的影响时间因素/min05101.5202530354045.空气;微纳义气泡LIW一0.0017.3226.3034.1441.0645.3145.2844.9045.2345.37COD处理效率%-I时商]筑1似-■-3。#/該■閣/2-§0/〇■。.I-0'T1111101020说40说时间in/m5-图13臭氧微纳米气泡时间因素对啤酒废水COD处理效率的影响孤去除率的影响结果如图5-臭氧微纳米气泡时间对臭氧微纳米气泡C13所5-示。由图13可知,反应时间对COD去除率有显著的影响。相比较空气微纳米一COD气泡的去除率更加明显。在定时间内,,随时间的增加去除率而不断升高当反应时间达到巧min左右时,C孤的处理效率达到最大值;此后随着反应的继续,C孤去除率的含量呈现平缓趋势。据分析反应开始时,随着臭氧微纳米气泡的不断产生,COD去除率不断升高,随着时间的增加,废水中的有机物被臭氧微纳米气泡氧化分解,其氧化性来源于微纳米气泡周围的姪基自由基和臭氧自身的氧化能力一。因而氧化能为较强。当时间到达定时,废水中仅存在难氧化降解的有机物,从而得COD去除率趋于平缓。5.6.2pH对臭氧微纳米气泡COD去除率的影响臭氧微纳米气泡pH对溶解氧影响的实验结果如下:38n安徽工程大学硕±学位论文表5-16臭氧微纳米气泡pH因素对啤酒废水COD处理效率的影响地因素4S678910¥气微纳%气泡:33.4635.2337.5338.0036.5635.1635.03COD处理效率%-■-!PH如1.45-40--幾巧■/邱■〇?泛30>25-201''IIII48610PH5-4D处理图1臭氧微纳米气泡pH因素对啤酒废水CO效率的影响-臭氧微纳米气泡pH对臭氧微纳米气泡COD去除率的影响如图514所示。由5-4图1可知,根据图中曲线可W得出,当如在6到7之间时,臭氧微纳米气泡在废水中的COD去除率达到最大值,其它pH值条件下都较低。但从整体看,pH对臭氧微纳米气泡C孤去除率的影响程度不是很大。据分析,微纳米气泡在水中上升的过程中,在微气泡破裂瞬间,由于剧烈变化界面上将释放出化学能,从而产生大量的径基自由基。不同的州带来水中不同离子含量,对双电子层起到了不同程度的影响,又由于臭氧本身具有较强的氧化性,进而地对臭氧微纳米气泡COD去除率的影响程度不大。5.6.3温度对臭氧微纳米气泡C孤去除率的影响温度对臭氧微纳米气泡C孤去除率影响的研究结果如下;5-表17臭氧微纳米气泡温度因素对啤酒废水COD处理效率的影响温度因素°/C152025303540351.1.8738.6143.474.5339337.26C孤处理效率%39n安徽工程大学硕±学位论文45-|/\/y人蠢?.避巧"邱§■-30w■■■■??■'''?■I■■iI,IIIIIIIIIIII14化化202224262830323436384042‘温度/c图5-51臭氧微纳米气泡温度因素对啤酒废水COD处理效率的影响5-155-溫度对溶解氧的影响如图所示,由图15可知,随着温度的增加,溶’°-解氧不断升高。当达到20C25C时,溶解氧含量达到最大值此后,继续升高;温度,溶解氧含量呈下降趋势。据分析当温度相对较低时,能够使得少量微纳米气泡破裂,,产生的氧溶解到水中同时破裂时放出哲基自由基具有较强的氧化性,从而使COD去除率含量增加,随着温度的持续升高,使大量臭氧微纳米气泡融合,变成大气泡,降低了臭氧与液体的接触面积,降低了臭氧微纳米气泡表面的氧化能力,从而产生COD去除率降低的现象。5.6.4转速对臭氧微銷米气泡C孤去除率的影响臭氧微纳米气泡转速对COD去除率影响的研究结果如下:表5-18奥氧微纳米气泡转速因素对啤酒废水COD处理效率的影响转速因素r/min50010001500200025003000空气微纳米气泡27.三二.6132.5328.9425.6821.191915.COD化理效率%40n安徽工程大学硕女学位论文—转速40-135--3。;/X祭■缕巧-\邱.\§20-15-.J.10I.厂.■■■■I■5001000150020002孤03孤0转速r/min5-图16臭氧微纳米气泡转速因素对啤酒废水COD处理效率的影响--臭氧微纳米气泡转速对COD去除率的影响如图516所示,由图516可知,随着揽拌程度的不断增加,微纳米气泡在水中的COD去除率也随之升高,当揽拌程度达到lOOOr/min时,COD去除率含量达到最大。此后,继续增加转速,COD去除率含量逐渐下降。转速对COD去除率的影响,据分析应是由于适当的转速可W使得空气微纳米气泡更好的与水均匀混合,有利于水中溶解氧的增加,有助于一氧化水中的有机物。但当转速増大到定程度时,水中出现的奈流等,使得臭氧微纳乂气泡在水中的停留时间缩短,臭氧与废水的氧化时间减少,使得C弧去除率下降。5.6.5臭氧微纳米气泡正交实验根据单因素实验结果,确定各因素的较优取值范围后,设计正交试验,进行实验并分析找出最佳反应条件。实验设计因素及水平如下表所示。5-表19臭氧微纳米气泡正交试验因素与水平设计H’C转速n水平反应时间/minp温獻r/mi123622800225724100038261200马41n安徽工程大学硕±学位论文根据单因素实验结果,选取时间、温度、pH、转速4因素进行正交试验设计,结果如下表所示。4表5-20k3正交试验结果()温度(C)转速(D)COD?。,e^、,、MSZi(A)/H(B)iWi]mmp化r/min去除率%■....-?.-.12362280041.37223724100040.07323826120039.68425624120038.1652572680040.48625822100038.9572762610008277221200巧.94927824800巧.03kl40..巧393640.0940.29k239.2040..1.163909399k339.1839.22957393..26.1民1.200941.001.0主次顺序A>D>C>B优组合A!DiQ目2根据正交实验得出最优組合,即pH值为7,时间为23min,温度为22X:,转速为8(X)r/min。,此时臭氧微纳米气泡在啤酒废水中的在此最佳条件下做平.0%行验证性实验,得到去除率为457。日.7不同气泡单因素对啤酒废水中有机物处理效率的比较不同方法的单因素对啤酒废水中有机物COD去除率的比较如下图所示:42n安徽工程大学硕±学位论文P巧K4K01;;淺巧-/*蓋/,。巧-%.f卢§"■/?;....../S、■■■0->■50030001020泌40况放010001002(^250'm时间inmi,转速r/n5-175-比较图时间单因素比较图18转速单因素--?-P?-P|I—# ̄.?50-K45-K---AA^dlC*.:扣?巧-.逛淺*蝴20-20-8§.^C巧.-15-1。-5-5"J ̄- 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风风雨雨,我们互相包容,互一一相帮助。在过去的日子里我们起拼搏起成长。毕业在即,希望你们能够找到55n安徽工程大学硕±学位论文好工作,生活幸福美满。一H年里你们为班感谢我的班长孙玉行、支书万勇等对我们这届人的帮助,级默默付出了许多。也谢谢你们对我学习和生活上的关必,衷也祝福你们前程似锦。一感谢我的母校,在这里我生活了7年,感谢你陪伴我起走过我人生中漫长一而又短暂的学校生活,我的每次成功和失败都,在这里有我洒下的汗水和血水存在你我的记忆里。还要感谢我的女友一,有你的直陪伴和鼓励,让我面对困难时有了勇气和斗志,让我慢慢的学会了坚强和自信。26。最后我要衷也的谢谢我的爸妈,年的日日夜夜,都有你们的思念和牵挂一,感谢你们的养育之恩,是你们给了我个世界。无论我经历什么瓜酸苦辣你们。都能够包容和教导我,为我解难,与我分享,给我不断努力奋斗的理由和动力祝你们身体健康,万事如意。潘习习56

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