海洋油气管道高含磷清洗废水处理工艺研究

摘要

海洋油气管道长期处于深海环境中，在下海铺设之前要进行防腐处理，需先使用特殊配制的磷酸溶液对钢管表面进行酸洗，再经过高压超纯水水洗，酸洗和水洗过程产生的废液为高含磷废液。该废液酸度大、化学需氧量(COD)高、含磷量高、温度较高。在排放前需对高含磷废水进行处理，从而获得满足排放要求的水质，这对保护环境是非常必要的。本研究先利用CaCl2沉淀法除磷，再利用Fenton氧化和O3氧化降解COD，考察了处理工艺条件对出水水质的影响并优化了工艺参数，并利用响应面优化法建立数学模型，进而实验验证数学模型的可靠性。
　　考察了海洋油气管道酸洗废水除磷工艺，研究确定了CaCl2除磷过程的适宜反应条件为:n(Ca)∶n(P)为1.7∶1，pH值为10.5，温度30℃，时间5 min。在此条件下，出水中总磷浓度低于1 mg/L。响应面优化结果表明，在所考察的n(Ca)∶n(P)、pH值和反应温度三个因素中，n(Ca)∶n(P)和pH值在考察范围内对总磷去除具有显著性影响，温度的影响不显著，pH和温度的交互作用对总磷的去除具有显著性影响;在n(Ca)∶n(P)=1.74，pH=10.16，温度为22.64℃的条件下，总磷浓度可降到1 mg/L以下。
　　考察了海洋油气管道酸洗废水Fenton氧化降解COD工艺，研究确定了Fenton氧化过程的适宜反应条件为:每100 mL废水中，30％H2O2投加量为3.37 mL，n(H2O2)∶n(Fe2+)为14∶1，初始pH值为3，时间90 min，温度30℃;响应面优化实验结果表明，H2O2投加量、n(H2O2)∶n(Fe2+)和pH对于COD去除率的影响都是显著的，H2O2投加量和n(H2O2)∶n(Fe2+)以及n(H2O2)∶n(Fe2+)和pH的交互作用也是显著的。当每100mL废水中加入H2O22.76mL，n(H2O2)∶n(Fe2+)为10.26，pH=4.24时，模型预测COD最大去除率为90.2％。实测为86.1％，与模型预测值相差仅4.1％，模型能够比较真实的反应Fenton氧化此高含磷清洗废水的真实情况。二次Fenton氧化中确定H2O2投加量为每100mL废水中1.10mL，n(H2O2)∶n(Fe2+)为10.26，pH4.24，温度30℃。在此条件下出水中COD浓度可降到37.81 mg/L。
　　考察了海洋油气管道酸洗废水O3氧化降解COD工艺，研究确定了O3氧化过程的适宜反应条件为:臭氧投加量9.5 g/h，pH值9，进气流量2 L/min，时间50 min;响应面优化实验结果表明臭氧投加量和pH对COD的去除率具显著性影响，而各交互作用的影响均不显著。当臭氧投加量为9.50 g/h，pH8.92，进气流量2.33 L/min时，模型预测COD的最大去除率为38.06％;验证试验得到COD的去除率为39.21％，与模型仅相差1.15％，说明此模型能够较好的模拟臭氧氧化降解COD的过程。
　　综上所述，本研究最终确定了CaCl2沉淀-一次Fenton氧化-二次Fenton氧化处理海洋油气管道高含磷清洗废水的工艺，出水指标达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级B标准。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 海洋油气管道高含磷清洗废水概述

1．2 废水中磷的处理方法

1．2．1 吸附法

1．2．2 化学沉淀法

1．2．3 生物法

1．2．4 废水中除磷的研究展望

1．3 废水中COD的处理方法

1．3．1 物理化学法

1．3．2 化学法

1．3．3 生物法

1．4 本课题研究意义和主要内容

1．4．1 课题研究的目的意义

1．4．2 课题研究的主要内容

1．4．3 课题研究的技术路线

2 海洋油气管道酸洗废水化学沉淀法除磷研究

2．1 实验原理

2．2 实验材料

2．2．1 实验药品及试剂

2．2．2 主要仪器设备

2．3 实验方法

2．3．1 分析方法

2．3．2 氯化钙除磷实验步骤

2．4 实验结果与讨论

2．4．1 钙磷摩尔比对总磷去除率的影响

2．4．2 溶液pH对总磷去除率的影响

2．4．3 反应时间对总磷去除率的影响

2．4．4 反应温度对总磷去除率的影响

2．4．5 响应面优化实验研究

2．5 本章小结

3 Fenton氧化法去除海洋油气管道酸洗废水COD研究

3．1 实验原理

3．2 实验材料

3．2．1 实验药品及试剂

3．2．2 主要仪器设备

3．3 实验方法

3．3．1 分析方法

3．3．2 芬顿氧化降解COD实验步骤

3．4 实验结果与讨论

3．4．1 双氧水投加量对COD去除效果的影响

3．4．2 摩尔比n(H2O2):n(Fe2+)对COD去除效果的影响

3．4．3 初始pH对COD去除效果的影响

3．4．4 反应时间对COD去除效果的影响

3．4．5 反应温度对COD去除率的影响

3．4．7 二次Fenton氧化对酸洗废水COD去除研究

3．5 本章小结

4 O3氧化法降解海洋油气管道酸洗废水COD研究

4．1 实验原理

4．2 实验材料

4．2．1 实验药品及试剂

4．2．2 主要仪器设备

4．3 实验方法

4．3．1 分析方法

4．3．2 臭氧氧化降解COD实验步骤

4．4 实验结果与讨论

4．4．1 反应时间及臭氧投加量对COD去除率的影响

4．4．2 反应时间及初始pH对COD去除率的影响

4．4．3 反应时间及进气流量对COD去除率的影响

4．4．4 响应面优化实验研究

4．5 本章小结

5 结论

6 展望

参考文献

8 攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢