豬場沼液鎂陽極雙室電解除磷工藝研究.pdf

1、針對傳統(tǒng)磷酸銨鎂(MAP)處理法需要添加鎂源和提高pH等復(fù)雜操作，以及使用化學(xué)試劑導(dǎo)致成本高等問題，本論文提出了犧牲鎂陽極電解工藝來實(shí)現(xiàn)鎂源和pH的同步添加，并通過引入離子交換膜實(shí)現(xiàn)電解過程中pH穩(wěn)定，驗(yàn)證了序批式運(yùn)行模式及連續(xù)式運(yùn)行模式的可行性，利用單因素試驗(yàn)和響應(yīng)表面法優(yōu)化了兩種運(yùn)行模式的關(guān)鍵參數(shù)，分析了兩種運(yùn)行模式的處理效果。此外，論文還對雙室電解工藝中存在的膜污染特征進(jìn)行了初步研究，分析了膜污染的情況與影響，為犧牲鎂陽極雙室電解

2、處理法的長效運(yùn)行提供參考依據(jù)。論文獲得以下主要結(jié)論:
　　(1)在序批式運(yùn)行模式下，隨著陽極液pH從8.0升高至9.5，模擬沼液中磷去除率先上升后下降，而隨著電流密度從11.1Am-2升高至44.4Am-2，模擬沼液中磷去除率隨之逐漸升高，但初始的電流效率隨之下降。綜合考慮磷去除效果與經(jīng)濟(jì)性，確定序批式運(yùn)行模式的較優(yōu)參數(shù)為陽極液pH8.5和電流密度22.2Am-2。在該條件下，通過陰-陽分段序批處理方式替代化學(xué)試劑，將實(shí)際沼液的p

3、H從7.4提升至8.5-8.6之間，實(shí)現(xiàn)93％磷的穩(wěn)定去除，同時(shí)將處理成本控制在$81.6kg-1P（換算成人民幣為522.2元kg-1P）。
　　(2)利用響應(yīng)表面法對連續(xù)式運(yùn)行模式的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，建立沼液磷去除率與電流密度、水力停留時(shí)間的二次響應(yīng)曲面模型，發(fā)現(xiàn)電流密度及水力停留時(shí)間均對磷去除率有極顯著的影響。為在最短水力停留時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)最高的磷去除率，通過模型預(yù)測獲得了最優(yōu)參數(shù)為電流密度78.2A m-2和水力停留時(shí)間40

4、min，在此條件下實(shí)際沼液的磷去除率在多次運(yùn)行過程中始終保持85％以上，運(yùn)行成本約為$71.7kg-1P（換算成人民幣為458.9元kg-1P）。
　　(3)通過對鎂陽極雙室電解法處理豬場沼液的序批式和連續(xù)式兩種運(yùn)行模式下處理效果和成本分析的比對可知，序批式運(yùn)行模式下的磷去除效率比連續(xù)式運(yùn)行模式下的磷去除率高約8％，但同時(shí)序批式運(yùn)行模式的處理成本比連續(xù)式也高14％。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)豬場實(shí)際情況對運(yùn)行模式進(jìn)行選擇。
　　(

5、4)通過掃描電鏡-能譜儀及電化學(xué)阻抗譜等方法對比了沼液浸泡、MAP結(jié)晶法和鎂陽極電解法等處理后膜污染情況及其對磷去除率的影響，同時(shí)對多次電解處理對膜污染作用進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，沼液浸泡處理和MAP結(jié)晶法處理僅使得少量顆粒物吸附在膜表面，未嚴(yán)重污染膜表面;而鎂陽極電解法則使得陰極室一側(cè)的離子交換膜膜表面形成明顯的MAP結(jié)晶污染層，從而造成嚴(yán)重的膜污染。同時(shí)，多次電解處理擴(kuò)大了膜表面污染層的覆蓋面積，促進(jìn)污染層的晶體顆粒增大，卻使得污染層