微波强化fenton深度处理煤化工废水反应器设计与工艺研究

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1、博士学位论文微波强化Fenton深度处理煤化工废水反应器设计与工艺研究STUDYONREACTORDESIGNANDTECHNOLOGYOFMICROWAVEENHANCEDFENTONPROCESSFORTREATMENTOFCOALCHEMICALINDUSTRYWASTEWATER王楠楠哈尔滨工业大学2016年6月万方数据国内图书分类号：X52学校代码10213国际图书分类号：628密级：公开工学博士学位论文微波强化Fenton深度处理煤化工废水反应器设计与工艺研究博士研究生：王楠楠导师：

2、王鹏教授副导师：郑彤教授申请学位：工学博士学科：环境科学与工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:X52U.D.C:628DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTUDYONREACTORDESIGNANDTECHNOLOGYOFMICROWAVEENHANCEDFENTONPROCESSFORTREATMENTOFCOALCHEMICALINDUSTRYWAST

3、EWATERCandidate：NannanWangSupervisor：Prof.PengWangCo-supervisor:Prof.TongZhengAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：EnvironmentalScience&EngineeringSchoolofMunicipal&EnvironmentalAffiliation:EngineeringDateofDefence:June,2016Degree-C

4、onferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology万方数据摘要摘要煤化工废水是一种典型的含有难降解有机物的工业废水，污染物种类多达240种，经传统的生化法处理后，仍含有大量难生物降解的有机物质。煤化工废水深度处理系统及处理工艺研究具有重要的实际意义和学术价值。本文利用COMSOL多物理场模拟软件设计研发微波辅助废水处理反应器，并基于该反应器，建立微波强化Fenton（MW-Fenton）难降解物处理工艺；设计研发用于水中低品位反应热回收的管壳式换热

5、器，并计算该换热器的换热能力；将微波辅助废水处理反应器和管壳式换热器组合到一起，构成微波辅助废水处理-管2+壳式换热反应器，开发用于煤化工废水深度处理的微波强化Cu-Fenton2+（MW-Cu-Fenton）废水处理工艺，并深入开展相关应用基础研究。采用COMSOL软件作为数值模拟工具，设计研发微波辅助废水处理反应器。优化了磁控管安装方式和盘管管径，优化后的废水处理反应器对污染物去-1除率模拟值高达89.1%。以此为基础，定制了处理量为22kgh的微波辅助废水处理反应器，对数值模拟结果进行了实

6、验验证。结果表明，水力停留时间分布曲线重合度良好，出口温度均方根误差在2.80-3.54℃之间，微波炉腔不同横截面处电场强度符合较好，该研究为后续进一步工业化放大设计微波辅助废水处理反应器提供了可靠的参考依据。以定制的微波辅助废水处理反应器为实验平台，研究建立了基于MW-Fenton的难降解有机废水深度处理工艺。以对硝基苯酚（PNP）为处理对象，2+研究结果表明，药剂投放次序、pH、H2O2投加量、Fe投加量对废水处理效果均有显著影响。先将H2O2与废水混合均匀，再投加催化剂可达到较好的废-12

7、+水处理效果。废水处理最佳工艺条件为：pH为4、[H2O2]340.0mgL、[Fe]-17.0mgL、水力停留时间30min。在此条件下，PNP去除率可达92%以上。采用COMSOL软件作为数值模拟工具，设计研发满足微波辅助废水处理领域换热要求的管壳式换热器。研究发现，折流板缺口高度（H）和间距（B）对换热器性能有明显影响。当Y=H/D，X=B/D（D为壳体内径），可推导出用2于优化H和B的数学关系式：Y=-0.446X+0.13X+0.419。根据模拟结果，冷流体在优化后的管壳式换热器（H=

8、0.35D，B=0.45D）出口处的温升模拟结果为14.7℃。利用定制的管壳式换热器对数值模拟结果进行实验验证。结果表明，换热器冷流体出口温度相对中值误差为0.13%，总压力降相对中值误差为-I-万方数据哈尔滨工业大学工学博士学位论文13.99%。通过计算，在最佳的MW-Fenton废水处理工艺条件下，当pH为3-1时，该换热器可节省能量43.7kJkg，降低能耗45.5%。将以上设计研发的微波辅助废水处理反应器和管壳式换热器联合应用，可组成微波辅助废水处理-管壳式换热反应器，该反应器具有节能降