电解氧化法处理采油废水

这表明处理效果趋于稳定。综合考虑, 本工作电 流密度以 15 mA / cm2 为宜。 2. 2. 2 电解时间
在 水 板 比 为 0. 20 cm2 / cm3 ( 废 水 量 为 100mL ) , 极板间距为 20 mm, pH 值约为 7. 0, 进 水温度 为 20. 0 e 的条 件下, 考察 电 解 时间 对 CODCr去除率的影响 (见表 2)。
*
1 实验部分 1. 1 原材料
采油废水取自中国石 油大港油田某 污水处 理站 / 气浮 0处理单元排水, pH 值为 7. 0, CODC r为 476. 0 m g /L, NH3 - N为 53. 6m g /L。铁、石墨、铝 电极等材料为实验室自制。其他为市售品。 1. 2 实验装置
图 1为实验室电解反应装置。由电源、电解 槽、极板、电磁搅拌器组成。采用宁波中 策电子 有限公司生产的 HH 1711型稳压稳流电源, 进行 恒电压或恒电流输出, 最大输出功率为 4 kW。采
摘要: 采用电解氧化法, 以析氯阳 极与铁 阴极 为工 作电极, 在 电流 密度为 15 mA /cm2, 电解 时间为
80 m in, 水板比为 0. 10 cm2 / cm3, 废水呈弱碱性, 极板间距 为 10 mm 的 条件下, 对 pH 值 为 7. 0, CODCr为 476. 0m g /L, NH3 - N为 53. 6 m g /L 的 采 油废 水 进 行 电 解 处 理。结 果 表 明, CODCr去 除 率 为 73. 2% , NH3 - N去除率为 98. 5% , 能够达到 GB 8978) 1996二级排放标准的要求。
实验发现, 随着初始 pH 值提高, 阴极结垢现 象较为严重。其原因为: 采油废水中含有 Ca2+ , M g2 + 等多种金属离子, 在碱性条件下, 部分离子 以氢氧化物或碳酸盐形式析出, 并在阴极板上形 成结垢 [ 7] , 随着极板活性 面积的减少, 反 应效率 降低, 导致系统电阻升高及极化作用增强。在实 际应用中, 考虑 到成本问题, 应选 择弱碱性 ( pH 值约 8. 0) 条件为宜。 2. 2. 5 极板间距
第 25卷 第 6期 2007年 11月
石化 技 术 与 应 用 Pe trochem ica lT echno logy & A pp lication
V o.l 25 N o. 6 N ov. 2007
研究与开发 ( 502~ 505)
电解氧化法处理采油废水
庞娟娟
( 中国石油大港石化分公司 供排水车间, 天津 300280 )
由表 5 可知, 在上述条件下, 当进水 温度为 20. 0 e 时, 随着极板间距的增大, 处理效果逐渐 减弱。极板 间距减 小时, 浓 差极 化的 影响亦 减 少, 电势随之降低, 从而提高了电流效率。因此, 极板间距较小时, 处理效果较好。本工作极板间 距以 10 mm 为宜。
表 5 极板间距对 CODCr去除率的影响
11. 0 132. 7
2. 3 69. 7 95. 8 3. 84
13. 0 155. 1
2. 9 64. 6 94. 7 3. 78
由表 4可知, 采油废水 pH 值对处理效果的影 响不明显, 碱性条件下略优于酸性条件者。这是因 为 pH 值会改变废水中有机物分子和胶状污染物 的带电状态, 影响电解反应。由于采油废水矿化度 较高, 在碱性条件下, 凝聚、絮凝更为明显。
表 4 pH 值对 CODCr, NH 3 - N 去除率的影响
1. 5 203. 7 18. 3 53. 5 66. 3 3. 74
3. 0 208. 1 12. 5 52. 5 77. 0 3. 73
6. 5 180. 5
6. 9 58. 8 87. 3 3. 84
8. 0 152. 5
4. 0 65. 2 92. 6 3. 89
2. 2. 6 温度 由表 6 可知, 在恒温水浴及上述优选条件
下, 随温度的提高, 处理效果略有改善, 主要原因 是温度升高, 加 快反应速度。但是, 随 着温度的 升高, CODC r去除率增加的速率逐渐降低。温度越 高, 反应速率越快, 但由于采用的是析氯阳极, 电解 过程中产生的 C l2 和 C lO- 中间体有强氧化性, 在 加热和搅拌条件下, 部分 C l2 会逸出, 降低了反应 效率。这说明在实验温度范围内, 反应速率和反应 效率会在某温度处达到平衡状态。因此, 单就温度 而言, 高温采油废水可直接进行电解处理。
1) 析氯阳极 - 铁阴极; 2) P t电极; 3) SnO2 /T i阳极 - 铁阴极; 4) Fe电极; 5) 石墨电极; 6) A l电极;
7) PbO 2 /T i阳极 - 铁阴极; 8) IrO 2 /T i阳极 - 铁阴极 图 2 不同电极的电解处理效果
图 2表明, 当以析氯阳极 - 铁阴极为电极材 料时, 废水 CODC r去除率高于其他电极。因此, 本 工作以此为工作电极, 考察了其他因素对 CODCr 去除率的影响。 2. 2 电解处理效果的影响因素 2. 2. 1 电流密度
180
90. 4
81.Fra Baidu bibliotek0
由表 2可知, 在最初的 80 m in内, CODC r去除 率增加很快; 大于 80m in后, CODCr去除率随时间 的增加而增长缓慢。其原因为: ( 1) 随电解反应 进行, 有机物浓度越来越低, 使得间接 氧化作用 减弱; ( 2)部分有机物氧化不彻底, 形成了中间产 物, 后者进一步氧化困难。当电解反应器内部条 件相对稳定时, CODCr去除率存在一个极大值, 对 能量的输入也同样存在 一个极大值 [ 6 ] 。本工作 从 CODCr去除率和能耗两方面考虑, 选择电解时 间为 80 m in。 2. 2. 3 水板比
在 水 板 比 为 0. 20 cm2 / cm3 ( 废 水 量 为 100mL ) , 极板间距为 20 mm, 电解时间为 90m in, 进水温度为 20. 0 e 的条件下, 考察了电 流密度 对 CODCr去除率的影响 (见表 1)。
表 1 电流密度对 CODCr去除率的影响
电流密度 / ( mA # cm- 2 )
2 结果与讨论 2. 1 电极材料的确定
根据有机物降解机理, 对工业上应用较为广 泛的不溶性惰性电极 ( P t电极、石墨电极 )、金属
*收稿日期: 2007 - 05- 09; 修回日期: 2007- 07- 27 作者简介: 庞娟娟 ( 1976) ) , 女, 天津人, 学士, 助理工程师。
第 6期
关键词: 采油废水; 电 解氧化法; 化学需氧量; 去除率
中图分类号 : X 703. 1 文献标识码: B 文章编号: 1009- 0045( 2007) 06- 0502- 04
采油废水具有以下特点 [ 1] : 水温、化学需氧 量 ( COD )、矿化度、含油量高, 并且含有硫酸盐还 原菌和腐蚀菌等大量微生物及结垢离子 ( 如 HCO3- , Ca2+ , M g2+ , Ba2 + , C r2+ 等 ) 。目前, 国内多 采用隔油 - 过滤或隔油 - 浮选 ( 或旋流除油 ) 过滤组合工艺对其加以处理, 使之达到环保排放 标准 [ 2- 3] 。电解水处理技术具有无需添加其他化 学品、设备体积小、占地面积少、操作灵活、污泥 量少、后处理简单等优点 [ 4] , 因此已应用 于废水 处理中。但是该方法存在能耗大的缺点, 故限制 了它的工业应用。本工作以提高电解处理效率、 降低处理成本、实现工业化为 目标, 在筛 选出适 合的采油废水工作电极的基础上, 考察了电解氧 化法处理采油废水的影响因素, 确定了最佳操作 条件。
表 2 电解时间对 CODCr去除率的影响
电解时间 /m in 排水 CODC r / ( mg# L- 1 ) CO DC r去除率 /%
20
365. 5
12. 2
40
307. 4
25. 4
60
198. 5
48. 3
80
135. 6
58. 5
100
119. 5
66. 9
120
112. 3
73. 9
由表 3可知, 随着水板比降低, CODC r去除率 下降。当电量和电流密度一定时, 被处理污染物 量 ( CODC r与废水处理量的积 ) 越少, 即水板比越 大, 其去除率越大; 当废水处理量继续增大 ( 通过
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石化技术与应用
第 25卷
的电量一定, 在一定电解容器 条件下, 电 流密度 存在最大值 [ 6] ) , 电压的增加不 足以抵消污染物 总量的增加时, CODC r去除率开始下降。因此, 本 工 作 水 板 比 以 0. 10 cm2 / cm3 为 佳, 即 处 理 量
mL
( m g# L - 1 )
100
153. 0
200
162. 0
300
192. 0
400
224. 0
600
291. 0
CO DC r去 除率 /%
69. 4 67. 6 61. 6 55. 2 41. 8
电压 /V
3. 83 3. 78 3. 74 3. 84 3. 86
由表 1 可 知, 在电流 密度小 于 20 mA / cm2 时, 随电流密度增加, CODC r去 除率增加; 当电流 密度大于 20 mA / cm2 时, CODC r去除率变化不大,
庞娟娟 1 电解氧化法处理采油废水
# 503#
氧化物电极 ( SnO 2 /T i电极、PbO2 /T i电极、IrO2 /T i 电极、析氯阳极 )、可溶性 金属电极 ( F e 和 A l电 极 ) 进行筛选。
在极板面积为 20 cm2, 极板间距为 10 mm, 电 流为 0. 20 A, 水板比 ( 浸泡在单位体积废水内的 阳极板面积 ) 为 0. 10 cm 2 / cm3 的条件下, 进行常 温实验 ( 见图 2) 。
在极板间距为 20 mm, pH 值约为 7. 0, 进水 温度为 20. 0 e 的条件下, 考察水板比对 CODC r去 除率的影响 ( 见表 3) 。
表 3 水板比对 CODCr去除率的影响
水板比 / ( cm2 # cm- 3 )
0. 20 0. 10 0. 07 0. 05 0. 03
处理量 / 排水 CODC r /
为 200m L。 2. 2. 4 采油废水 pH 值
在上述条件下, 当进水温度为 20. 0 e 时, 采 油废水 pH 值对 CODCr去除率的影响见表 4。
pH 值 排水 CODC r / ( mg# L - 1 ) 排水 NH3 - N / ( m g# L- 1 ) COD Cr去除率 /% NH3 - N 去除率 /% 电压 /V
0 5 10 15 20 25 30
排水 CODC r / ( m g# L - 1 ) 487. 3 202. 2 168. 6 136. 4 92. 1 91. 1 81. 9
CO DC r 去除率 /%
0 58. 5 65. 4 72. 0 81. 1 81. 3 83. 2
电压 /V
0 3. 06 3. 63 4. 00 4. 22 4. 68 5. 11
表 6 温度对 CODCr去除率的影响
用双极性电解槽 ( 实验室自制 ), 槽体由有机玻璃 制成, 根据处理量的大小确定不同容积。电解槽 内置 2块相应的电极极板 ( 根据实验目 的, 选择 相应的尺寸 ) , 并用泡沫塑料将其固定。
图 1 实验室电解反应装置
1. 3 测试方法 采用汕头市环 海工程总 公司生 产的 Ga lnnz
W P 800 A 型微波密封消解快速测定仪, 按重铬酸 钾法测定试样 CODC r含量。采用由武汉市沃特环 保有限公司生产的 WT - 1型便携式 NH 3 - N速测 仪, 根据相关国家标准测定试样 NH 3 - N含量。其 他性质均按国家相关标准测定 [ 5] 。
极板间距 / mm
5 10 20 30 40
电压 /V
3. 15 3. 30 3. 56 3. 74 4. 14
排水 CODC r / ( m g# L- 1 ) 121. 0 144. 6 179. 2 190. 6 188. 2
CO DC r去 除率 /%
74. 7 69. 5 62. 2 59. 8 60. 3