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1、油田含聚废水COD电化学去除研究本科毕业设计（论文）开题报告题目：油田含聚废废水COOD电化化学去除研究学生姓名王浩宇 学号080400301130教学院系化学化工学学院专业年级08级环境境工程指导教师任宏洋 职称讲师单位西南石油大大学111 绪论1.1选题题目的以以及意义义 随随着我国国目前的的采油技技术的发发展，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。HPA
2、M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。然而正是由由于这些些优点，导导致采油油过程产产生的污污水含油油量严重重超标。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 国国内外的的研究现现状从油田开采采过程开开始对HHPAMM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
3、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。1.2.11 生物物法降解解PAMM采用聚合物物驱油产产生大量量含PAAM的污污水急需需处理，其其中生物物处理技技术是最最有发展展前景的的绿色技技术，核核心问题题是
4、PAAM的生生物化学学降解。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。1.2.22 光化化学氧化化和光催催化氧化化降解PPAM光化学氧化化和光催催化氧化化以其可可在常温温、常压压下进行行，可彻彻底去除除有机污污染物，无无二次污污染等优优点，而而被广泛泛用于难难降解有有机物处处理上。陈陈颖110
5、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。光化学法处处理难降降解有机机物具有有高效彻彻底的优优点，只只是处理理成本相相对较高高。1.2.33
6、化学学氧化降降解PAAM过氧化氢与与亚铁离离子的结结合即为为Fenntonn试剂。FFentton试试剂具有有极强的的氧化能能力，特特别适用用于某些些难治理理的或对对生物有有毒性的的工业废废水的处处理。邵邵强44等以以PAMM污水为为处理对对象，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。1.2.44 超声声波技术术降解PPAM超声波技术
7、术作为一一种新的的废水处处理技术术，在国国外已有有大量的的实验室室基础研研究成果果，并有有部分进进入实际际应用。超超声波对对有机物物的降解解是基于于空化理理论和自自由基理理论55。(1)空化化理论超超声波对对有机物物的降解解不是直直接的声声波作用用，而是是和液体体中产生生的空化化气泡的的崩灭有有密切关关系，其其动力来来源是声声空化；(2)自由由基理论论在空化化作用产产生的高高温、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。对超声波降降解聚合合物主要要在聚合合物解聚聚上，其其降解机机理如前前所述，主主链被
8、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。1.2.55 电电化学法法降解PPAM 随随着废水水处理研研究的不不断深入入，生物物法的颓颓势已经经渐渐开开始显现现，而各各种化学学方法也也不利于于清洁生生产。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。1.2.55.1 电化化学氧化化法电化学氧化化法是在在阳极上上发生直直接电解解反应失失去电子子。直接接阳极氧氧化过程程中会有有氧气析析出，
9、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。间接阳极氧氧化是通通过阳极极发生氧氧化反应应产生的的强氧化化剂间接接氧化水水中的有有机物，达达到强化化降解的的目的。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
10、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
11、到到90.44%。1.2.55.2 电化化学还原原法电化学还原原法是在在电解槽槽阴极上上得到电电子，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
12、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。1.2.55.3 电絮絮凝法电絮凝法采采用牺牲牲电极，通通过电解解产生其其氢氧化化物絮体体凝聚水水中的胶胶体物质质形成絮絮凝沉淀淀，并在在阳极析析出氧气气，在阴阴极析出出氢气，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
13、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。1.2.55.4 内电电解法内电解法是是采用不不同电极极电位的的两种金金属或金金属和非非金属为为电极，具具有导电电性的废废
14、水为电电解质，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。1.2.55.5 电渗渗析法电渗析法是是属于膜膜分离的的范畴，是是把阴、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
15、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
16、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实验验内容虽然如今社社会上已已经有了了各式各各样的处处理方法法，但是是或多或或少都存存在一些些暂时无无法解决决的问题题。生物物法难以以降解可可生化性性较差的的废水，化化学法难难以做到到工厂要要求的清清洁生产产，一般般的电化化学法处处理油田田含聚废废水的优优点在于于：既可可以单独独处理油油田含聚聚废水，又又可以与与其他技技术相集集合进
17、行行复合处处理；不不会产生生二次污污染；设设备的体体积小、占占地面积积少、操操作简便便灵活等等。当然然，电化化学法也也有不足足之处，能能耗较高高，成本本偏大是是其短处处。但是是随着深深入的研研究，新新型的电电极材料料的研发发以及电电化学法法与其他他方法相相结合的的复合处处理工艺艺的种类类也越来来越多，因因此电化化学方法法为处理理油田含含聚废水水提供了了一条康康庄大道道。本论文则主主要采用用相较于于其他几几种更具具有优势势的内电电解法。内电解技术就是基于电化学氧化还原反应原理，通过反应介质组成的原电池对废水进行处理的化学处理工艺。内电解技术又被称为微电解法、铁炭法、腐蚀电池法、铁屑过滤法、零价铁
18、法等，具有适用范围广、处理效果好、成本低廉、占地面积小、所用材料简便易得、整套装置易于实现定型化和设备制造工业化等优点。1.4 实实验原理理1.内电解解技术的的工作原原理 利利用铁粉粉、铁丝丝或者铁铁屑等组组成微小小原电池池的正极极和负极极，通过过以污水水为电解解质的介介质，发发生氧化化还原反反应，形形成原电电池。阳极反应FFe一22e-Fe2+阴极反应22H+2ee-H2 阳极反应产产物和阴阴极反应应产物反反应Fe2+2OH-Fe(OH)2 目前普遍遍的观点点认为,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
19、过过程中，电电极反应应生成H、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，提高污污水的可可生化性性。同时时，在原原电池周周围电场场的作用用下，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、CODD测定法法-重铬铬酸钾法法实验过程中中CODD的测试试采用重重铬酸钾钾法
20、，其其原理是是在强酸酸溶液(硫酸)中，用用一定量量的重铬铬酸钾氧氧化水样样中的有有机物，过过量的重重铬酸钾钾以试亚亚铁灵作作指示剂剂，用硫硫酸亚铁铁铵标准准溶液回回滴，根根据其用用量，算算出消耗耗的重铬铬酸钾的的量，再再换算成成氧气的的量即为为CODD的值。3、Fe22+和总总铁含量量的测定定-分光光光度法法实验废水中中Fe2+和总铁铁的测定定采用邻邻菲罗啉啉分光光光度法。测测二价铁铁离子含含量，FFe2+邻菲罗罗啉作用用生成橙橙红色络络合物。测测量总铁铁含量，以盐酸羟胺为还原剂，将Fe3+还原为Fe2+，在缓冲介质（pH值46）中，与邻菲罗啉作用生成橙红色络合物，其颜色的深度与铁离子浓度成正
21、比，在最大吸收波长510nm处，用分光光度法进行铁的测定。4、HPAAM含量量测定-淀粉-碘化镉镉光度法法1.5 拟拟采方案案此次研究的的主要任任务是就就内电解解技术对对PAMM的降解解进行可可行性分分析，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。针对本次研研究的任任务目标标，主要要依靠内内电解技技术降解解油田含含聚废水水，而
22、影影响内 电解实实验的主主要因素素应该包包括原水水pH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.首先以以某油田田污水为为原型配配置采油油污水，取取定量的的配置水水样，测测定其CCODCCr以及及相关的的水质参参数。2.单因子子变化实实验，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
23、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。 3.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 工工作进度度安排1.20112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2.20112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 33.20112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
24、考察及及有机物物的监测测 4.20112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1Kaay-SShoeemakke JJ LWattwoood MM E Lenntz R DD，ett a11Poolyaacryylammidee ass an orrgannic nitroogenn soourcce ffor soiiliccrooorgaanissrnss wiith pottenttiall efffeccts Oill innorgganiic ssoill niitroogenn in aagriicullturral soiilJJSS
25、oillBioologgy&BBiocchemmisttry,19998，330(889)：10045105522KaayShooemaake J LL，Waatwoood ME，LLenttz RR Det a1Pollyaccryllamiide aS a ssuhsstraate forrmicroobiaal aamiddasee inn cuultuure andd sooilJSoiil BBiollogyy&Biiochhemiistrry,119988，300(133)：164716554 3任广广萌，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，
26、2006，226(11)：1144邵强强，闫光光绪，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能能源环境境保护，1007，21(3)：37425 陈陈家庆石油石石化工业业环保技技术概论论M北京京：中国国石化出出版社，2005:1026庞娟娟娟.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）：57-600.7 CChiaang L CC,Chaang J EE,Wenn TCC ,Inddireect oxiidattionn efffecct iinelecttrocchemmicaal ooxiddatiion tre
27、eatmmentt off laand filll lleacchatte J.WatterReserrch ,19995,29(2):6711-6778.8Hee J,Elaa W P, Beetteertoon EE A, ett all. RReduuctiive dehhaloogennatiion ofaqueoous-phaase chlloriinatted hyddroccarbbonss inn ann ellecttrocchemmicaal rreacctorrJ. Inddusttriaal Enggineeeriing Cheemisstryy Reeseaarchh
28、, 20004,43(25):7965-77 9774.9 李李雯，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，20008,27(5)：53-55.10陈陈颖，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，1995，220(33)：3309312211 胡俊生生，郝苓苓汀，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J水处处理技术术，20010,36(1)：52-55.12贾贾保军，张张东，李李永电电化学多多相催化化处理硝硝基苯废废水JJ.水水处理技技术，20008,34(3)：63-66.13刘刘艳，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J环境境科学与与技术，2009,32(12):91-93.14求求渊，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J.环境境工程学学报，220099,3(66):11 0229-11 0332.15孙孙友勋，毕毕学军，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J中国国给水排排水，220088,24(13):922-955.