太阳能电池驱动的电化学水处理技术与设备研究

【摘要】： 随着工业与人口的快速发展,大量含有难降解有机污染物的工业废水、医药废水与农用化学品被排入到自然水体中,给水体造成了严重的污染。这些污染物,特别是药品和个人护理用品(PPCPs),虽然在环境水体中的浓度较低,但可通过一系列的迁移与转化作用富集在水产品中,人类通过食用这些水产品从而对健康造成不利的影响,因此亟需寻找处理此类污染物的有效可行的方法。本文尝试用电化学技术对含氯霉素废水进行降解,并把太阳能光伏电池引入到水处理领域中,用太阳能光伏电池驱动电化学水处理设备,从而实现治理污染、节约能源的目标。本文的主要研究内容和结论如下: (1)首先对电化学技术处理模拟氯霉素废水的工艺条件进行了优化,优化结果是:处理时间180min、溶液的pH=8.0(用缓冲溶液配制)、电解质浓度为0.05 mol/L、电流密度为1mA/cm2。在此条件下,电化学技术对初始浓度为10mg/L的氯霉素模拟废水的去除率达95%左右。在其处理能力之内,氯霉素的去除率与初始浓度无关。电化学技术降解氯霉素的过程符合一级反应动力学。 (2)在最优条件下,用阴阳极同槽式反应器处理初始浓度为10m/L的实际氯霉素废水,去除率达80%。用阴阳极隔离式反应器处理氯霉素废水发现,阴极还原作用比阳极氧化作用对降解氯霉素的效果要好,阴极室氯霉素的去除率为60%,阳极室只有20%。 (3)根据实验需要,选定了一款输出性能合适的太阳能电池板,并对其输出电压、输出电流以及输出功率进行了测试。光照正常时其输出电压范围为16.9V至18.0V,电流范围为0.074A至0.08A,功率范围为1.25W至1.44W,输出性能的稳定性较好。再用此太阳能电池为电化学反应器供电,考察其对氯霉素废水的降解效果。用阴阳极同槽式反应器处理180min后可降解掉95%的初始浓度为10 mg/L的氯霉素废水。对于条件相同的阴阳极室来说,处理180min后阴极对氯霉素的降解率达到87%,比阳极室氯霉素的去除率提高了60%左右。 (4)根据实验需要以及和太阳能电池相匹配,选定了以规格为12V12AH的蓄电池,并对其充放电性能进行了测试。其最高输出电压为13.4V,输出电流为5A时可放电152min,此时电压为10.5V。在实验用电流最大不超过0.3A,此时可放电40个小时。在正常光照条件,用太阳能电池给此蓄电池充电5小时,其电压由10.5V升至12.7V。 (5)根据以上研究内容,进行了电化学反应器的初步设计以及一体化设备的初步研究。 【关键词】：水处理 药品与个人护理用品(PPCPs) 氯霉素 电化学 太阳能电池
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1. 绪论10-23
• 1.1 引言10
• 1.2 抗生素废水污染研究进展10-13
• 1.3 抗生素污染治理技术13-14
• 1.4 电氧化还原技术14-19
• 1.5 太阳能光伏电池19-21
• 1.6 研究目的、意义、内容及课题来源21-23
• 2. 电化学处理模拟氯霉素废水的工艺条件优化23-35
• 2.1 引言23-24
• 2.2 实验部分24-33
• 2.3 本章小结33-35
• 3. 太阳能电池驱动的电化学反应器模型35-42
• 3.1 引言35
• 3.2 太阳能电池供电系统的组成与性能35-39
• 3.3 太阳能电池驱动的电化学反应器模型降解实际氯霉素废水39-40
• 3.4 本章小结40-42
• 4. 一体化的太阳能电池驱动的电化学反应器的设计42-51
• 4.1 引言42
• 4.2 太阳能电池相关的储能与控制元件42-46
• 4.3 电化学反应器的设计46-48
• 4.4 一体化设备与性能指标48-50
• 4.5 本章小结50-51
• 5. 全文总结与展望51-53
• 5.1 全文总结51-52
• 5.2 本文创新点52
• 5.3 全文展望52-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-58

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