混凝-Fe/C微电解-Fenton耦合技术处理聚合物钻井废水的实验研究

摘要

随着我国天然气开发行业脚步的加速，钻井废水逐渐成为工业废水处理的新热点。本论文以聚合物钻井废水为研究对象，采用CODcr、色度和UV254作为主要污染指标，选择混凝-Fe/C 微电解-Fenton 耦合工艺作为处理方法，探究用其处理难降解钻井废水的可行性；采用单因素实验和正交实验方法确定该工艺的最佳反应参数条件，通过紫外-可见光谱、三维荧光光谱分析，揭示废水中污染物特性变化和该工艺在难降解钻井废水处理中的作用机制。本研究取得的主要结果如下： （1）在复合混凝实验中，比选了4种混凝剂后，确定了(Al2(SO4)3)和PAM作为混凝剂。并通过单因素实验和正交实验确定了最佳混凝条件为(Al2(SO4)3)投加量 1.0g/L，PAM投加量50mg/L，pH值8左右，搅拌时间为3min，此时钻井液废水CODCr、色度和UV254去除率分别可达到为81.92%、99.4%和81.02%；三维荧光光谱和紫外光谱分析的结果显示，聚合物钻井废水主要污染物由聚纤维素、聚丙烯酰胺、CMC（羧甲基纤维素）、钻井液用防塌润滑剂 FRH 等聚合物添加剂、芳香烃类化合物及可见区类富里酸物质组成，在经过(Al2(SO4)3)-PAM复合混凝工艺处理后，大分子浓度显著降低，废水中胶体被破坏，分子结构趋于简单。 （2）利用传统Fenton氧化法处理经混凝后的钻井废水，考察在不同pH、双氧水投加量、Fe2+投加量以及反应时间对废水中COD、色度和UV254去除率的影响。结果表明，在初始pH=3、双氧水投加量为5mg/L、Fe2+投加量为2g/L时、反应150min，COD、UV254和色度去除率达到最大值79.94%、83.33%和91.93%；紫外光谱和三维荧光光谱的分析结果显示，Fenton氧化工艺能较快的去除混凝后钻井废水中的污染物质，氧化处理后废水芳香性降低和共轭体系有机物得以去除，结构趋于简单，各类有机物浓度显著降低。但是其出水中仍然含有少量的污染物质，出水的COD等主要指标仍不能满足我国工业废水排放标准（《污水综合排放标准》GB8978-1996一级标准）。 （3）采用Fe/C微电解-H2O2耦合工艺对钻井废水混凝出水进行了处理，考察了不同Fe/C填料投加量、溶液pH值、气水比、H2O2(30%)投加量和反应时间对钻井废水COD（化学需氧量）、UV254和色度去除率的影响；通过类比不同体系下钻井废水处理效果对其反应机理进行了研究，并通过紫外光谱和三维荧光光谱技术对钻井废水中有机物变化及反应机理进行了研究。Fe/C-H2O2耦合工艺的最佳实验条件：溶液pH值为3、H2O2(30%)投加量为2 ml/L、Fe/C填料投加量为400g/L、气水比为5：1、反应时间为120 min，此时钻井废水COD、UV254和色度去除率分别达到94.76%、94.16%和93.37%。在类比实验中，Fe/C-H2O2体系COD去除率最高，Fe/C微电解耦合H2O2具有协同效 果，Fe/C微电解-H2O2耦合工艺优于传统的Fenton工艺。紫外光谱和三维荧光光谱显示，Fe/C-H2O2耦合工艺出水中芳香化程度和聚合度大幅降低，高分子量物质的完全降解为小分子，处理后废水分子结构趋于简单。出水的COD等各类指标完全能满足我国工业废水排放标准（《污水综合排放标准》GB8978-1996一级标准）。 本研究不仅有助于拓展和深化钻井废水的处理方法，而且可为同类型的难降解废水的处理提供新的思路。

目录

第一个书签之前

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 钻井废水的来源和危害

1.1.2钻井废水的组成及特点

1.1.3研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 钻井废水污染防治手段

1.2.2物理法处理钻井废水研究现状

1.2.3化学法处理钻井废水影响研究现状

1.2.4生物法处理钻井废水影响研究现状

1.3 研究目标

1.4 研究内容与方法

1.5 研究技术路线

第2章 Al2(SO4)3－PAM复合混凝预处理聚合物钻井废水的实验研究

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.2.1 实验材料

2.2.2 实验方法

2.2.3 分析方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 混凝剂选择分析

2.3.2 混凝反应条件优化分析

2.3.3 混凝预处理前后钻井废水水质的光谱特性分析

2.3.4 钻井废水水质特性分析

2.4 本章小结

第3章 常规Fenton工艺处理聚合物钻井废水的实验研究

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.2.1 实验材料

3.2.2 实验方法

3.2.3 分析方法

3.3 结果与讨论

3.3.2 Fenton体系下钻井废水水质的光谱特性分析

3.4 本章小结

第4章 Fenton耦合工艺处理聚合物钻井废水的实验研究

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.2.1 试验材料

4.2.2 实验方法

4.2.3 分析方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 Fe/C-Fenton反应单因素实验分析

4.3.2 不同类Fenton体系下对污染物去除的比较研究

4.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文