油田含聚废水COD电化学去除研究12535.docx

油田含聚废水COD电化学去除研究本科毕业业设计（论论文）开开题报告告题目：油田含聚聚废水CCOD电电化学去除研究究学生姓名名王浩宇 学号0804403001300教学院系系化学化工工学院专业年级级08级环环境工程程指导教师师任宏洋 职称讲师单位位西南石油油大学71 绪论论1.1选选题目的的以及意意义 随着我我国目前前的采油油技术的的发展，聚聚丙烯酰酰胺(PPAM)在油田田开采中中得到了了广泛的的应用。聚丙烯酰胺（PAM）为水溶性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的磨擦阻力，按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型，此次研究的目标HPAM则是阴离子聚丙烯酰胺。HPAM具有絮凝性强，溶解性好，活性高，适应性强并且受水体pH和温度影响低，腐蚀性小等优点，因此在采油过程中可用作泥浆添加剂、聚合物驱油剂、调剖堵水剂等。然而正是是由于这这些优点点，导致致采油过过程产生生的污水水含油量量严重超超标。含含聚污水水的粘度度高、油油水分离离难度大大、可生生化性差差等特点点，对环环境的负负面影响响也越来来越明显显。因此此对于含含聚废水水的部分分降解已已经成为为油田工工作中亟亟待解决决的问题题。1.2 国内外外的研究究现状从油田开开采过程程开始对对HPAMM的应用用以来，含含聚废水水最好的的处理方方法就是是外排或或者采用用更先进进的技术术使其达达到用于于低渗透透地层的的注水标标准。而而想要外外排的首首要问题题就是废废水中HHPAMM的完全全降解，以以防止其其对环境境造成污污染。然然而，由由于聚合合物驱溶溶液的驱驱油效率率与其黏黏度有直直接关系系，降解解将会降降低溶液液的黏度度。因此此，对促促进降解解以达到到外排标标准或抑抑制降解解以提高高驱油效效率的研研究引起起了各方方关注，目目前研究究较多的的主要有有生物降降解、光光化学氧氧化和光光催化氧氧化降解解、化学氧氧化降解解、超声声波技术术降解、电化学降解等。1.2.1 生生物法降降解PAAM采用聚合合物驱油油产生大大量含PPAM的的污水急急需处理理，其中中生物处处理技术术是最有有发展前前景的绿绿色技术术，核心心问题是是PAMM的生物物化学降降解。由由于PAAM为人人工合成成的水溶溶性高分分子，很很难进行行生物降降解。目目前，关关于PAAM生物物降解性性能研究究的文献献较少，且且多数研研究结果果表明高高分子量量PAMM难以被被微生物物利用和和降解。KayShoemake JL等研究了农业土壤中存在的微生物对PAM的降解作用。结果表明，PAM能作为细菌的唯一氮源，但不能作为唯一的碳源1,2。1.2.2 光化化学氧化化和光催催化氧化化降解PPAM光化学氧氧化和光光催化氧氧化以其其可在常常温、常常压下进进行，可可彻底去去除有机机污染物物，无二二次污染染等优点点，而被被广泛用用于难降降解有机机物处理理上。陈陈颖110等等以纳米米二氧化化钛为催催化剂，对对三次采采油污水水中的PPAM进进行了光光催化氧氧化可行行性研究究，研究究结果表表明在中中压汞以以灯为光光源的条条件下，污污水中PPAM的的降黏率率可达990以以上。任任广萌3等等采用紫紫外/臭氧/过氧化化氢组合合，研究究PAMM的降解解规律，实实验发现现，在ppH值为为4，臭氧氧和过氧氧化氢的的投加量量分别为为2300mg/(Lh)和和6600mg/L的条件件下，质质量浓度度为933.7mgg/L的PAMM在反应应1200minn后，其其去除率率可达990。光化学法法处理难难降解有有机物具具有高效效彻底的的优点，只只是处理理成本相相对较高高。1.2.3 化化学氧化化降解PPAM过氧化氢氢与亚铁铁离子的的结合即即为Feentoon试剂剂。Feentoon试剂剂具有极极强的氧氧化能力力，特别别适用于于某些难难治理的的或对生生物有毒毒性的工工业废水水的处理理。邵强强4等以PAAM污水水为处理理对象，通通过正交交试验确确定了FFentton试试剂处理理PAMM污水的的最佳操操作条件：Fe2+和H2O2浓度分分别为4400mmg/L、11.0mmL/LL，反应应温度440、反应应时间115 mmin，反反应体系系的pHH为3左右，HHPAMM·的降解解率能达达到888以上上，COOD降解解率高达达97。1.2.4 超超声波技技术降解解PAMM超声波技技术作为为一种新新的废水水处理技技术，在在国外已已有大量量的实验验室基础础研究成成果，并并有部分分进入实实际应用用。超声声波对有有机物的的降解是是基于空空化理论论和自由由基理论论5。(1)空空化理论论超声波波对有机机物的降降解不是是直接的的声波作作用，而而是和液液体中产产生的空空化气泡泡的崩灭灭有密切切关系，其其动力来来源是声声空化；(2)自自由基理理论在空空化作用用产生的的高温、高高压下，水水分子裂裂解产生生自由基基。自由由基由于于含有未未配对电电子，所所以其性性质活泼泼，很容容易进一一步反应应成为稳稳定分子子。对超声波波降解聚聚合物主主要在聚聚合物解解聚上，其其降解机机理如前前所述，主主链被空空化作用用产生的的高温高高压环境境以及水水力剪切切力作用用而断裂裂，形成成自由基基，自由由基之间间相互反反应形成成新的化化合物。1.2.5 电化学学法降解解PAMM 随着废废水处理理研究的的不断深深入，生生物法的的颓势已已经渐渐渐开始显显现，而而各种化化学方法法也不利利于清洁洁生产。因因此电化化学法逐逐渐成为为目前社社会上的的研究热热点。电电化学法法主要包包括以下下几种：电化学学氧化法法、电化化学还原原法、电电絮凝法法、内电电解法以以及电渗渗析法等等。1.2.5.11 电电化学氧氧化法电化学氧氧化法是是在阳极极上发生生直接电电解反应应失去电电子。直直接阳极极氧化过过程中会会有氧气气析出，氧氧的生成成使氧化化降解有有机物的的电流效效率降低低，能耗耗升高，因因此，电电极材料料对反应应的影响响很大。庞庞娟娟6通通过对PPt电极极、石墨墨电极、SnO2/Ti阳极十铁阴极、 PbO2 /Ti阳极十铁阴极、IrO2/Ti阳极十铁阴极、析氯阳极十铁阴极、铁电极及铝电极进行筛选，得出析氯阳极十铁阴极的CODcr去除率最高。间接阳极极氧化是是通过阳阳极发生生氧化反反应产生生的强氧氧化剂间间接氧化化水中的的有机物物，达到到强化降降解的目目的。由由于间接接阳极氧氧化既在在一定程程度上发发挥了阳阳极氧化化作用，又又利用了了产生的的氧化剂剂，因此此处理效效率大为为提高。关关于间接接阳极氧氧化的原原理，一一种研究究认为是是直接利利用阴离离子在阳阳极氧化化过程中中产生新新生态的的单质或或进一步步形成酸酸根，从从而氧化化降解水水中的有有机物；另一种种则认为为是利用用可逆氧氧化还原原电对间间接氧化化有机物物。Chhianng LL C7等等采用PPbO作为电电极，对对电化学学氧化法法处理焦焦化废水水进行了了研究。结结果表明明：电解解2h后，废废水中CCODccr由21443 mmg/LL降到2226 mmg/LL，去除除率为889.55%。这这种氧化化在处理理焦化废废水污染染物的过过程中具具有重要要作用。胡胡俊生11等通过过正交实实验得出出在最佳佳条件下下，电化化学氧化化法对苯苯二酚的的去除率率可达到到90.44%。1.2.5.22 电电化学还还原法电化学还还原法是是在电解解槽阴极极上得到到电子，或或者间接接还原，利利用电解解过程中中形成的的氧化还还原介质质去除污污染物。He8等采用多孔铜作阴极对CT电解还原脱氯。结果表明：即使在电导率低的溶液中（如去离子水），在电位为-0.4 V（相对于标准氢电极电位），极对硝酸盐类进行还原。结果表明：在酸性条件（溶液的pH值为1.41.6）下，被电解还原的硝酸根的质量分数不超过5%；在碱性条件下，则能被快速电解还原，其电流效率为88%99%；硝酸根被逐步还原为亚硝酸根和氨氮，产物的质量浓度受pH值的影响较大。贾保军12等在电化学多相催化反应器中处理硝基苯废水，分别研究了有、无催化剂的处理情况。结果表明：含有铁催化剂时，处理效果更佳。另外，处理重金属废水最为重要的影响因素是其传质是否均匀。因此对各类固定床、流化床反应器的研究成为了处理重金属废水的研究热点。1.2.5.33 电电絮凝法法电絮凝法法采用牺牺牲电极极，通过过电解产产生其氢氢氧化物物絮体凝凝聚水中中的胶体体物质形形成絮凝凝沉淀，并并在阳极极析出氧氧气，在在阴极析析出氢气，因因此具有有气浮作作用。牺牺牲阳极极材料一一般采用用铝质或或铁质。电电絮凝法法的优点点在于操操作简单单、絮凝凝效率高高、相对对费用低低。刘艳艳133等通通过正交交实验用用电絮凝凝法对模模拟染料料废水进进行了研研究。结结果表明明：在一一定的ppH值，电电解时间间，电流流密度及及极板间间距等条条件下，COD去除率可以达到97.12%。近年来发展的脉冲电絮凝法与普通电絮凝法相比，电极上的反应时断时续，有利于扩散，同时减少耗铁量，降低了过电位。求渊14等对电镀含铬废水进行脉冲电絮凝处理，分别讨论了pH值、极板间电压、水力停留时间及电流密度等条件对铬去除率的影响。结果表明：在pH值为4，极板间电压为2.5 V，水力停留时间为15 min，电流密度为25A/m2时，铬的去除率保持在99.5%以上。1.2.5.44 内内电解法法内电解法法是采用用不同电电极电位位的两种种金属或或金属和和非金属属为电极极，具有有导电性性的废水水为电解解质，行行成无数数微小的的原电池池，从而而在电场场作用下下使大分分子有机机物断链，难难氧化物物质还原原，通过过吸附混混凝机理理，使废废水得到到一定程程度的净净化。孙孙友勋15等采用用催化内内电解法法深度处处理经二二级生化化处理后后的麦草草浆造纸纸中段废废水，确确定了最最佳工艺艺条件。李李雯99等对对主要成成分为小小分子有有机物的的化工废废水进行行铁碳微微电解实实验研究究，得出出在最佳佳实验条条件下，CODcr去除率可达95%以上，并且提高了废水的可生化性。1.2.5.55 电电渗析法法电渗析法法是属于于膜分离离的范畴畴，是把把阴、阳阳离子交交换膜交交替分布布在阳、阴阴极之间间并用隔隔板隔开开，利用用离子交交换膜的的选择透透过性，使使电解质质分离出出来。目目前的电电渗析技技术有倒倒极电渗渗析、液液膜电渗渗析、填填充床电电渗析、双双极膜电电渗析、无无极水电电渗析等等，最有有应用前前景的是是填充床床电渗析析和双极极膜电渗渗析。填填充床电电渗析是是将电渗渗析与离离子交换换法结合合起来的的一种新新型水处处理方法法，它集集中了电电渗析和和离子交交换法的的优点，提提高了极极限电流流密度和和电流效效率。最最大特点点是利用用水解离离产生的的H+和OH-自动再再生填充充在电渗渗析器淡淡水室中中的混床床离子交交换树脂脂上，从从而实现现了持续续深度脱脱盐。双双极膜是是一种新新型离子子交换复复合膜，一一般由层层压在一一起的阳阳离子交交换膜组组成，通通过膜的的水分子子即刻分分解成HH+和OH-，因此此可作为为H+和OH-的供应应源。双双极膜电电渗析法法的优点点是过程程简单、能能效高、废废物排放放少。目目前，双双极膜电电渗析工工艺主要要应用在在酸碱制制备领域域。1.3实实验内容容虽然如今今社会上上已经有有了各式式各样的的处理方方法，但但是或多多或少都都存在一一些暂时时无法解解决的问问题。生生物法难难以降解解可生化化性较差差的废水水，化学学法难以以做到工工厂要求求的清洁洁生产，一般的电化学法处理油田含聚废水的优点在于：既可以单独处理油田含聚废水，又可以与其他技术相集合进行复合处理；不会产生二次污染；设备的体积小、占地面积少、操作简便灵活等。当然，电化学法也有不足之处，能耗较高，成本偏大是其短处。但是随着深入的研究，新型的电极材料的研发以及电化学法与其他方法相结合的复合处理工艺的种类也越来越多，因此电化学方法为处理油田含聚废水提供了一条康庄大道。本论文则则主要采采用相较较于其他他几种更更具有优优势的内内电解法法。内电电解技术术就是基基于电化化学氧化化还原反反应原理理，通过过反应介介质组成成的原电电池对废废水进行行处理的的化学处处理工艺艺。内电电解技术术又被称称为微电电解法、铁铁炭法、腐腐蚀电池池法、铁铁屑过滤滤法、零零价铁法法等，具具有适用用范围广广、处理理效果好好、成本本低廉、占占地面积积小、所所用材料料简便易易得、整整套装置置易于实实现定型型化和设设备制造造工业化化等优点点。1.4 实验原原理1.内电电解技术术的工作作原理 利用铁铁粉、铁铁丝或者者铁屑等等组成微微小原电电池的正正极和负负极，通通过以污污水为电电解质的的介质，发发生氧化化还原反反应，形形成原电电池。阳极反应应Fe一一2e-Fe2+阴极反应应2H+2ee-H2 阳极反应应产物和和阴极反反应产物物反应Fe2+2OH-Fe(OH)2 目前普普遍的观观点认为为,内电解解工艺去去除废水水中的污污染物主主要是通通过电场场作用、氧氧化还原原和吸附附混凝机机理，达达到净化化水质的的目的。在内电解解过程中中，电极极反应生生成HH、新新生态的的Fe2+以及氢氢氧化铁铁等具有有较高化化学活性性的产物物，与污污水中许许多污染染物发生生氧化还还原反应应，使大大分子物物质分解解为二氧氧化碳和和水，或或小分子子的中间间体；使使某些难难生化降降解的化化学物质质转变成成容易生生化处理理的物质，提高高污水的的可生化化性。同同时，在在原电池池周围电电场的作作用下，污污水中带带电胶粒粒和杂质质通过静静电引力力和表面面能的作作用附集集、凝聚聚。因此此，内电电解法是是集电化化学吸附附、絮凝凝-氧化化还原反反应等于于一体的的综合方方法。2、COOD测定定法-重重铬酸钾钾法实验过程程中COOD的测测试采用用重铬酸酸钾法，其原理是在强酸溶液(硫酸)中，用一定量的重铬酸钾氧化水样中的有机物，过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液回滴，根据其用量，算出消耗的重铬酸钾的量，再换算成氧气的量即为COD的值。3、Fee2+和总总铁含量量的测定定-分光光光度法法实验废水水中Fee2+和总总铁的测测定采用用邻菲罗罗啉分光光光度法法。测二二价铁离离子含量量，Fee2+邻菲菲罗啉作作用生成成橙红色色络合物物。测量量总铁含含量，以以盐酸羟羟胺为还还原剂，将将Fe3+还原为为Fe22+，在在缓冲介介质（ppH值446）中中，与邻邻菲罗啉啉作用生生成橙红红色络合合物，其其颜色的的深度与与铁离子子浓度成成正比，在在最大吸吸收波长长5100nm处处，用分分光光度度法进行行铁的测测定。4、HPPAM含含量测定定-淀粉粉-碘化化镉光度度法1.5 拟采方方案此次研究究的主要要任务是是就内电电解技术术对PAAM的降降解进行行可行性性分析，包包括收集集各种资资料，了了解PAAM的性性质以及及目前PPAM的的各种降降解工艺艺和技术术，根据据内电解解技术降降解PAAM的原原理，拟拟定初步步的实验验方案，通通过对实实验数据据的研究究分析，对对于含油油污水中中有机污污染物的的降解过过程的机机理及影影响因素素进行探探讨，为为现场理理技术的的研究打打下基础础。针对本次次研究的的任务目目标，主主要依靠靠内电解解技术降降解油田田含聚废废水，而而影响内内 电解解实验的的主要因因素应该该包括原原水pHH值，原原水温度度，Fee/C屑屑投加量量等。因因此为了了确定内内电解法法中各种种影响因因子的最最佳参数数，此次次实验将将主要采采用正交交实验的的方法进进行研究究。实验验的步骤骤大体如如下：1.首先先以某油油田污水水为原型型配置采采油污水水，取定定量的配配置水样样，测定定其COODCrr以及相相关的水水质参数数。2.单因因子变化化实验，考考察内电电解法的的各种影影响因素素对废水水中PAAM降解解的作用用，通过过实验监监测废水水中有机机污染物物的浓度度变化，根根据观察察结果分分析实验验状况，以以及这些些影响因因子的实实验最佳佳参数。所所考察的的单因子子因素包包括pHH、反应应时间、铁铁碳投加加比、曝曝气量等。 33.正交实实验，对对单因子子变化实实验数据据进行整整理后，进进行正交交实验，得得出实验验室条件件下的最最佳实验验参数。1.6 工作进进度安排排1.20012年年3月7日至20012年年3月15日文献检检索和资资料收集集，编写写开题报报告，准准备开题题答辩2.20012年年3月16日至至20112年3月20日室内试试验装置置、药品品、设备备的准备备；实验验模拟废废水配置置 3.20112年3月21日至至20112年6月1日内电解解去除采采油污水水中的有有机污染染物的实实验研究究，各种种因子的的对污水水中有机机物浓度度的降解解影响的的考察及及有机物物的监测测 44.20112年6月1日至20012年年6月10日试验数数据的分分析、整整理，撰撰写论文文参考文献献1KKay-Shooemaake J LL'Waatwoood M EE Leentzz R D，eet aa1PPolyyacrrylaamidde aas aan orrgannic nitrrogeen ssourrce forr sooiliicrooorgganiisrnns wwithh pootenntiaal eeffeectss Oiil iinorrgannic soiil nnitrrogeen in agrricuultuurall sooilJSoiilBiioloogy&&Bioocheemisstryy,19998，330(889)：10045105522KKay··Shooemaake J LL，Waatwoood ME，LLenttz RR D''et a1Pollyaccryllamiide aS a ssuhsstraate forrmicrrobiial amiidasse iin ccultturee annd ssoillJSooil Bioologgy&BBiocchemmisttry,19998，330(113)：1647716654 3任任广萌，孙孙德智，王王美玲我国三三次采油油污水处处理技术术研究进进展叨工业水水处理，20066，266(1)：144邵邵强，闫闫光绪，郭郭绍辉Fenntonn试剂处处理油田田食聚污污水中聚聚丙烯酰酰胺的试试验研究究J能源环环境保护护，10007，221(33)：3374425 陈家庆庆石油油石化工工业环保保技术概概论MM北北京：中中国石化化出版社社，20005:10226庞庞娟娟.电解法法处理采采油废水水的研究究J.电力环环境保护护,20008，224（11）：57-660.7 Chiiangg L C,Chaang J EE,Wenn TCC ,Inddireect oxiidattionn efffecct iinelecctroocheemiccal oxiidattionn trreattmennt oof llandd fiill leaachaate J.WatterReseerchh ,19995,29(2):6711-6778.8HHe JJ,Elaa W P, Beetteertoon EE A, ett all. RReduuctiive dehhaloogennatiion ofaqueeouss-phhasee chhlorrinaatedd hyydroocarrbonns iin aan eelecctroocheemiccal reaactoorJ. Inndusstriial Ennginneerringg Chhemiistrry RReseearcch, 20004,43(25):7965-7 9974.9 李雯，王王三反，孙孙震，等等，铁碳碳微电解解预处理理化工有有机废水水研究J净水技术术，20008,27(5)：53-55.10陈颖，崔崔军明，王王宝辉，等等纳米米级Tii02光光催化氧氧化聚丙丙烯酰胺胺明催催化学报报，19955，200(3)：3009312211 胡俊俊生，郝郝苓汀，谢谢添，等等电化化学氧化化处理对对苯二酚酚废水的的试验研究JJ水水处理技技术，220100,36(1)：52-55.12贾保军军，张东东，李永永电化化学多相相催化处处理硝基基苯废水水J.水处处理技术，20008,34(3)：63-66.13刘艳，鲁鲁秀国，饶饶婷，等等电絮絮凝法处处理模拟拟染料废废水的正正交实验验研究JJ环环境科学学与技术术，20009,32(12):911-933.14求渊，施施勇琪，张张相阳，等等脉冲冲电絮凝凝处理电电镀含铬铬废水的的实验研究JJ.环环境工程程学报，2009,3(6):1 029-1 032.15孙友勋勋，毕学学军，赵赵建夫，催催化内电电解法处处理麦草草浆造纸纸生化处处理出水JJ中中国给水水排水，2008,24(13):92-95.