电化学反应器设计及用于处理含聚丙烯酰胺污水的研究

摘要

油田聚驱污水中由于含有部分水解聚丙烯酰胺(HPAM),使采出水的处理难度增大.实验采用自制的电化学反应器处理污水中的HPAM,通过测定COD值、HPAM浓度、AM浓度等参数的变化,对电化学反应器进行了参数优化,研究了优化后电化学反应器的性能,探讨了电催化处理含HPAM污水的机理和反应动力学.电化学反应器处理模拟含聚污水的工艺参数为:常温常压下,直流电压6.5V,Ti/RuO<,2>-IrO<,2>阳极,不锈钢阴极,电解质为1.5mL的A酸,电流为150mA,电极面积10em<'2>,极间距1～2cm,单极式排列电极,有搅拌. 电解电压大于3.6V,当电压为6.5V时,污水中COD的去除率不再大幅度上升.Ti/RuO<,2>-IrO<,2>作为阳极处理模拟污水90min,可使COD值从603.16mg/L降至7.57mg/L,COD去除率达98.74﹪,比不锈钢、铁、铝阳极具有更高的电催化活性.CV曲线表明,Ti/RuO<,2>-IrO<,2>阳极的氧化性能最好,其析氯电势也较Ti/RuO<,2>阳极的低,约为1.1V(VSAg/AgCl).酸性介质有利于HPAM的降解,A酸作电解质时的处理效果最好,45min时污水中COD的去除率达到了96.34﹪.实验的最优电流在150mA,处理30min时污水的COD值从648.22mg/L降为37.lmg/L,COD去除率达到94.28﹪,HPAM的去除率为96.84﹪.采用不同电极联接方式处理90min时,污水中COD的去除率分别为98.98﹪和91.39﹪,电极单极式排列的降解效果好于复极式排列.在最佳工艺条件下,处理模拟污水30min时,污水中丙烯酰胺的含量为2.55mg/L,单位COD去除能耗为2.36kW.h/kg.对实际油田含聚污水处理45min时,污水中COD、色度、阴离子表面活性剂的含量分别降至70.85mg/L、8度、4.89mg/L,三种指标均达到了国家污水综合排放一级标准.超声和电化学的协同作用与单一的电化学降解工艺相比优势明显,处理30min时污水中COD的去除率提高了8﹪.降解HPAM的电化学反应不需要氧气参与,HPAM的降解主要是羟基自由基和介质中生成的活性氯等氧化中间体的协同作用完成的.紫外光谱图中没有发现具有紫外吸收基团的中间产物出现. CV曲线表明,HPAM的氧化过程是在阳极的析氯区进行的.采用作图法和微分法确定了HPAM降解反应的动力学方程,反应为一级反应,反应速率方程为C=C<,o>e<'-0.05t>.实验在自制的电化学反应器中处理模拟和实际的含聚丙烯酰胺污水,均取得了非常满意的效果.

目录

文摘

英文文摘

学位论文独创性声明及学位论文使用授权声明

创新点摘要

引言

第1章文献综述

1.1电化学反应器

1.1.1电化学反应器的特点

1.1.2电化学反应器的分类

1.1.3二维电化学反应器

1.1.4三维电化学反应器

1.1.5常用结构的电化学反应器

1.2电化学方法的技术优势

1.3电化学氧化技术在污水处理中的应用

1.3.1间接电化学氧化过程

1.3.2直接电化学氧化过程

1.4电化学方法处理污水的研究热点

1.4.1电极材料

1.4.2反应器结构

1.4.3电化学方法和其它工艺的结合

1.5电化学水处理方法存在的主要问题

1.6国内外对聚丙烯酰胺的降解研究

1.6.1化学降解

1.6.2生物降解

1.6.3机械降解

1.6.4热降解

1.6.5超声降解

第2章实验分析方法及实验装置

2.1化学试剂和实验仪器

2.1.1化学试剂和材料

2.1.2主要实验仪器

2.2实验分析方法

2.2.1 COD的测定

2.2.2电极性能测试

2.2.3聚丙烯酰胺浓度的测定

2.2.4丙烯酰胺浓度的测定

2.3实验装置设计

2.4研究内容

第3章电化学反应器设计参数的优化

3.1电化学反应器的设计思路

3.2槽电压对降解HPAM的影响

3.3电极的选择

3.3.1不同阳极的性能比较

3.3.2 Ti/RuO2-IrO2电极的电化学性能

3.4酸碱度对降解HPAM的影响

3.5 A酸加入量的选择

3.6不同电流对降解效果的影响

3.7电解时间的影响

3.8电极面积对反应器性能的影响

3.9温度对反应器性能的影响

3.10电极间距对反应器性能的影响

3.11搅拌对反应器性能的影响

3.12电极联接方式的优化

3.13本章小结

第4章电化学反应器的性能

4.1丙烯酰胺的残留

4.1.1检测波长的选择

4.1.2实验结果

4.2二维电化学反应器的能耗

4.3超声与电化学协同降解HPAM

4.4对实际油田含聚污水的处理

4.5本章小结

第5章HPAM的降解机理

5.1无氧气的情况

5.2紫外分析—降解历程的推测

5.3阳极在HPAM溶液中的循环伏安性能

5.4降解动力学方程

5.5降解机理推测

5.6本章小结

结论

1结论

2建议

参考文献

发表文章目录

致谢