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曝气量及电解质加入量对电解除磷,气量,电解质,加入,对于,电解,除了
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开题报告题目：曝气量及电解质加入量对电解除磷系统的影响开 题 报 告 填 写 要 求1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成。2.开题报告内容必须按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）填写并打印（禁止打印在其它纸上后剪贴） ，完成后应及时交给指导教师审阅。3.开题报告字数应在 1500 字以上，参考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册，其中外文文献至少 3 篇） ，文中引用参考文献处应标出文献序号， “参考文献”应按附件中 参考文献 “注释格式”的要求书写。4.年、月、日的日期一律用阿拉伯数字书写，例：“2008 年 11 月 26 日” 。5.开题报告增加封面，封面格式：题目：宋体，加粗，二号；系别等内容格式：宋体，四号，居中。01 毕业设计（论文）综述1.1 研究背景及研究意义在自然界中，磷的循环，开始于岩石圈，磷酸盐类岩石（不溶性磷酸盐）被风化侵蚀及人工开采后，磷被释放，经降水或人类干预后成为可溶性磷酸盐，进入土壤圈和水圈，被动、植物吸收利用后，在动植物体内转移。转移过程中，部分动、植物的排泄物及其残体经微生物分解，再度被植物利用，回到环境中。其中部分可溶性磷酸盐，随地表径流进入江河湖海，在水生生态系统中，磷被藻类及水生植物吸收，通过食物链逐级传递，最终残体被分解进入循环 1，如图 1。图 1 磷循环在天然水和废水中，磷以正磷酸盐、缩合磷酸盐（焦磷酸盐、偏磷酸盐和多磷酸盐） 、有机结合的磷酸盐等各种形式存在。它们存在于溶液、腐殖质或水生生物中。天然水中磷酸盐含量不高 2，水体中磷的主要来源是工农业废水的排放，以及水体内部自身底泥等沉积物释放到水中的磷。近几年来，随着我国城镇化进程的不断加快，工农业的飞速发展，大量含磷废水排入到水体中，导致水体富营养化问题日益突出，水体中氮、磷等营养物质的富集是造成水体富营养化的主要原因。氮、磷排入水体引起水中藻类大量生长和其他浮游生物迅速繁殖，水体中溶解氧下降，造成鱼类和其他生物大量死亡、水质恶化，危害人类生存。有研究表明 3，藻类数量取决于总磷而不是总氮，总磷是限制浮游藻类生长的最重要因素。因此，减少废水中总磷含量的排放对水体富营养化的防治具有重要意义。11.2 国内外相关研究情况国内外传统的污水除磷技术有生物法 4、化学法沉淀法 5 、结晶法 6-7 、吸附法8等。生物法稳定性较差，去除率低，主要适合处理低浓度及有机态含磷废水；化学沉淀法、结晶法、吸附法，主要适合处理无机态含磷废水。化学沉淀法作为一种有效的除磷方法被广泛运用于各种污水处理工艺中，具有高效、运行稳定等特点。但存在絮凝剂如铝盐造成的二次污染问题，投加铁盐过程中造成的设备腐蚀和堵塞，以及存在沉淀污泥含水率高等问题；结晶法在协同各种影响因素的前提下才可保证高效的除磷率和回收率；吸附法存在吸附剂抗干扰性、溶解性损失等问题；因此上述各种除磷工艺都具有很大的局限性，且逐渐不能满足人们对水质的要求，难以推广使用。除了传统方法外，电解法 9由于占地少、操作简单、污水处理能力高等优点也渐渐的引起了人们的注意。电解法的工作原理 10是在外加电场的作用下，利用可溶性阳极产生的阳离子在溶液中水解、聚合成一系列多核羟基络合物和氢氧化物，而这些络合物可起到凝聚、吸附等作用。在电解过程中，电极不断产生氢气和氧气的微小气泡以及其他气体，这些气泡具有良好的黏附性能，在上浮过程中将悬浮物带到水面上从而使污染物得以去除。电解时，金属阳极通过直流电作用溶解并水解成为水中分散杂质的有效絮凝剂，此时，反应器中同时发生着三方面的作用可去除废水中污染物：a. 阳极上的氧化作用，阴极上的还原反应；b. 絮凝作用；c. 气浮作用。电解法综合了电絮凝、沉淀和气浮多种作用。较之生物法，电解法具有去除率高、选择性强、水力停留时间短等优点；与常规化学沉淀法相比。电场作用和气浮作用强化了污水中颗粒物混凝效率。出水总溶解性固体(TDS)较少，同时电解工艺维护较化学沉淀法简单，污泥含水率较低，污泥利用前景较好。由此，近年来采用电解工艺针对不同类型废水进行处理的研究和应用日益广泛 11，包括：纺织废水 12、含油废水 13、食品废水 14以及印染废水等。通过电解对污水中的磷进行去除和回收是近年来国内外关注的热点之一。Irdemez 等 15考察了 100 mgL 的含磷废水电解过程中的电流密度和 pH，并得到最佳运行条件。李舒渊 16 等在生活污水电解试验中优化了极板间距、通电时间和电流密度等运行参数。Bektas 17等开展了针对电解除磷过程中能耗问题的研究。冯爽18等针对城市污水处理厂二级出水(磷质量浓度为 3 rngL)进行的电解除磷试验结果表明，曝气可提高 10左右的磷去除率。黄峻等 20针对城市污水处理厂二级出水进行的内电解深度处理试验结果表明，曝气产生的溶解氧降低了阳极表面的浓差极化作用。2在电解过程中，电极对反应至关重要，铁、铝是最常用的阳极材料。若以铝作为电极时，阳极在外加电场的作用下电解生成Al 3+ ，Al 3+ 在水中很易生成Al(OH) 3，并聚合成胶体Al（OH） 3n，通过吸附、离子交换等作用去除水中的污染物，反应式如下：阳极：AlAl 3+ 3e - （1）阴极：2H 2O+2e-H 2+2OH- （2）溶液中的反应：Al3+3H2OAl(OH) 3+3H+ （3）nAl(OH)3Al n(OH)3n （4）Al3+3OH-Al(OH) 3 （5）Al3+PO43-AlPO 4 （6）当水中有溶解氧时：O2+ 4H+ + 4e- 2H 2O (酸性溶液) （7）O2 + 2H2O + 4e- 4OH - (碱性及中性溶液) （8）由式（5） 、 （7）可见，曝气可加速Al(OH) 3的形成，使Al(OH) 3 对磷的吸附作用得到加强，从而提高磷的去除率，且能够有效防止Al 3+的二次污染问题。在铝阳极溶解的主反应进行的同时，其上也开始发生如下副反应：2Al+3O2Al 2O3 （9）反应所产生的Al 2O3，逐渐形成覆盖于铝阳极表面的致密不导电氧化膜，而且膜生长直到膜的电阻阻止电流通过阳极才停止。这一过程称为铝阳极的“钝化” 。钝化现象是增加电解法处理废水能耗和降低废水处理效率、甚至使得电解处理无法进行下去的罪魁，所以是我们必须要设法加以克服的副反应。由（9）可见，曝气可加速Al 2O3的生成，增加的反应中的副反应，使电极极板钝化现象更加严重。本论文通过改变曝气量及电解质加入量，研究了上述两种因素对双铝电极电解3除磷系统的影响。2 研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1 研究的主要内容（1）在极板间距为 10.0 cm、pH 为 7、极板浸入面积为 8.03.0cm、电解电流为0.5A 下，研究曝气量对除磷系统的影响。（2）在极板间距为 10.0 cm、pH 为 7、极板浸入面积为 8.03cm、电解电流为0.5A 下，研究电解质加入量对除磷系统的影响。（3）在极板间距为 10.0 cm、pH 为 7、极板浸入面积为 8.03cm、电解电流为0.5A 下，研究曝气协同间隙交换电极对除磷效率的影响。（4）在由改变曝气量对除磷系统影响的数据得出的最佳曝气量为 1.5 L/min 的条件下，对标准厂含磷污水进行测试。2.2 拟采用的方案、方法及措施（1）在电极极板间距为 10cm、pH 为 7、浸入面积为 83cm、电解电流为 0.5A下，分别在曝气量为 0.0 L/min、0.7 L/min、1.2 L/min、1.7 L/min、2.2 L/min、2.7 L/min、3.2 L/min 时，研究不同曝气量对电解除磷系统的影响；（2）研究曝气量对溶液电导率及电压的影响；具体方案为：在前面的实验条件下，分别向溶液中通入 0 L/min 、0.7 L/min 、1.2 L/min、 1.7 L/min、 2.2 L/min、 2.7 L/min 、3.2 L/min 不同的曝气量，电解开始后，记录溶液电导率及电压的变化情况；（3）研究 NaCl 加入量对电解过程的影响；具体方案为：在前面的实验条件下，将曝气量设为 1.5 L/min ，改变氯化钠的加入量（加入 6g，9g，12g） 。电解开始后，记录溶液总磷变化及电导率的变化。（4）研究交换电极对除磷效率影响的研究；具体实验方案为：在前面的实验条件下，将曝气量设为 1.5 L/min ，电解开始后，每隔 2 分钟交换一次阴阳极，记录溶液总磷变化。（5）实验仪器有直流稳压电源、电解反应槽、铝电极、磁力搅拌器、气体流量计、气泵。装置见图 2。4图 2 电解装置图3 本课题的重点难点，前期已展开的工作3.1 本课题的重点难点（1） 溶液电导率及电压的测定； （2） 最佳曝气量的调节以及气体流量的测定。3.2 前期已展开的工作（1） 查阅相关文献，熟悉课题研究背景和研究目标。（2） 阅读相关文献，了解了极板间距、pH、电流密度对总磷去除率的影响。（3） 通过实验废水中磷的测定，掌握了磷的测定方法及相关仪器的使用。4 完成课题的工作方案及进度计划（按周次填写）第 12 周 选题、制定课题研究相关的指导计划、确保课题按时完成；第 34 周 查阅并整理相关文献、完成开题报告；第 58 周 进行实验以及数据的收集，完成论文中期检查；第 914 周 进行实验以及数据的收集，完成论文初稿；第 15 周 修改论文，指导教师进行论文评阅并参加毕业答辩。5指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师： 年 月 日 6参考文献1 赵岑,胶团强化超滤技术处理含磷废水的研究D.大连：大连理工大学,2012.2 邱美连,超声-电凝聚法处理含磷废水的研究 D.南京：南京航空航天大学 ,2009.3 Ipek elen , John R .Buchanan , Robert T .Burns , et al. Using a chemical equilibrium model to predict amendments required to precipitate phosphorus as struvite in liquid swine manure J. Water Research,2007,41(8):1689-1696.4 扬琴,富磷污泥释磷能力及磷的回收潜能研究D.重庆：重庆大学,2002.5 张辉 , 电絮凝除微污染水中正磷酸盐和硝酸盐试验研究D.哈尔滨：哈尔滨工业大学,2011.6 张春阳,刘建广,王爱华,结晶法除磷技术的发展与应用 J.节能技术, 2006, 24(1):63-66. 7 G.K Morse, S.W Brett, J.A Guy et al . Review: Phosphorus removal and recovery technologies J. The Science of the Total Environment, 1998, 212(2): 6981.8 Johansson .L .Phosphate removal using blast furnace slags and opoka mechanisms J. Water Research, 2000, 34 (1): 259265.所在系审查意见：系主管领导： 年 月 日79 游俊仁,林木兰 ,汪惠阳,高浓度含磷废水处理方法综述J.化学工程与装备,2010,(8):143-146.10 吴剑坤,普红平,电絮凝法处理废水的研究J. 西南给排水 ,2009,31(3)24-26.11尚晓,王欣泽,王美玲等,高浓度含磷废水的电解除磷技术研究 J.净水技术,2009,28(1):43-46.12 Zaroual Z, Azzi M, Saib N , et a1.Contribution to the study of electro-coagulation mechanism in basic textile effluent J.Journal of Hazardous Materials.2006,131(11213):7378.13 王丽敏,李秋荣,石晴,电絮凝法处理含油废水的研究J.化工科技,2005,13(3)130-33.14 A.G. Vlyssides , C.J. Israilides , M. Loizidou , et al .Electrochemical treatment of vinasse from beet molasses J. Water Science and Technology.1997,36(2/3):271-278.15 Irdemez. S, Demicoglu. N, Yilsiz. S,The effects of pH on phosphate removal from wastewater by electro-coagulation with iron plate electrodes J.Journal of Hazardous Materials,2006,173(2):1231-1235.16 李舒渊,黄霞,梁鹏,铁阳极电絮凝法除磷条件初探J. 给水排水，2007
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