O3TiO2Al2O3处理钻井废水的试验研究

氧化技术遥其特征是利用固体催化剂如金属氧化物渊MnO2尧TiO2尧Al2O3等冤尧负载于载体上的金属或金属氧化物渊Cu/Al2O3尧Fe2O3/Al2O3尧Ru/CeO2尧V-O/硅胶和TiO2/Al2O3等冤及多元金属掺杂改性催化剂等在常温常压下加速液相或气相的氧化反应来提高臭氧分解能力袁生成一系列高活性尧强氧化性的中间物种如窑OH或易被臭氧分解的络合物袁从而增强臭氧对有机物的氧化能力也6页遥与均相催化臭氧化相比袁多相催化臭氧化具有反应条件温和尧无选择性尧矿化作用强尧处理效果好尧成本低尧能耗少尧操作简便尧适用范围广和无二次污染等优点也7-8页遥近年来袁针对多相催化臭氧化净化水中难降解有机污染物方面的研究取得了显著进展也9-11页袁其关键是获得高效尧廉价尧无害的催化剂遥本研究以具有比表面积大尧力学强度高尧与活性物质附着力强尧不易脱落的多孔结构Al2O3为载体袁采用改进的溶胶-凝胶法对纳米TiO2进行负载袁制备了TiO2/Al2O3多相催化剂袁并以制得的TiO2/Al2O3催化臭氧氧化经混凝处理后的钻井废水袁考察了催化剂投加量尧臭氧浓度尧pH和反应时间等对该体系处理效果的影响袁得到了O3/TiO2/Al2O3体系的最佳工艺参数袁以期为今后实现该技术处理钻井废水的工业化提供一定依据遥1材料与方法1.1试验材料试剂院十二烷基胺袁CP袁上海三爱思试剂有限公司曰钛酸丁酯尧无水乙醇尧冰醋酸尧碘化钾尧氢氧化钠尧浓硫酸渊质量分数为98%冤袁均为分析纯袁成都科龙化工试剂厂曰Al2O3袁实验室自制遥试验用水为川中某油井经混凝预处理后的钻井废水袁其水质院COD890mg/L袁油类4.5mg/L袁挥发酚0.38mg/L袁SS130mg/L袁pH8.5遥制取臭氧的原料为纯氧渊纯度99.99%袁成都新炬化工有限公司冤袁由CFJ-5型臭氧发生器渊成都斯塔瑞测控工程有限公司冤产生袁气相中的臭氧浓度采用碘量法测定遥试验所用玻璃仪器均用浓硫酸-重铬酸钾洗液浸泡袁然后依次用自来水和蒸馏水清洗数次遥1.2多相催化剂的制备采用改进的溶胶-凝胶法在优化条件下制备多相催化剂也12-13页遥先将10mL钛酸丁酯溶解于加有10mL模板剂十二烷基胺的100mL无水乙醇中袁边搅拌边添加6mL抑制剂冰醋酸袁使之与钛酸丁酯形成螯合物袁从而控制钛酸丁酯均匀水解袁减小水解产物的团聚袁得到颗粒细小且均匀的胶体溶液遥在溶胶中加入4mL去离子水袁使胶体粒子形成一种开放的骨架结构曰同时缓慢加入10gAl2O3袁溶胶逐渐失去流动性袁形成凝胶遥于100益下将凝胶恒温干燥24h袁以去除凝胶中的水分尧有机基团和有机溶剂遥将制得的晶体放入马弗炉中程序升温至550益袁恒温4h袁制得负载型TiO2/Al2O3多相催化剂遥1.3试验方法试验装置如图1所示遥臭氧化试验过程在直径为50mm尧高为600mm尧有效容积为500mL的有机玻璃反应器中进行遥试验前先用自来水冲洗反应器袁再用蒸馏水清洗数次以去除反应器中可能消耗臭氧的干扰组分遥进行臭氧化试验时袁将已调整好pH的500mL钻井废水和适量的TiO2/Al2O3多相催化剂混匀后一次性转入反应器中袁连续投加臭氧袁臭氧经过微孔曝气头进入反应器遥臭氧和水溶液在反应器中混合渊为使臭氧能与水溶液充分地接触袁试验中采用上海标本模型厂生产的增力电动搅拌机进行搅拌冤袁从而发生气尧液两相反应遥氧化时间为25min袁氧气流量为7.5L/min袁臭氧投加量约为80mg/L袁臭氧尾气由质量分数为2%的KI溶液进行吸收遥TiO2/Al2O3多相催化剂通过过滤尧烘干尧焙烧后重复利用遥控制好臭氧浓度和搅拌机搅拌速度袁定时渊5min冤取样进行分析遥溶液pH用pHS-3C精密pH计渊上海雷磁仪器厂冤进行测定袁COD采用重铬酸钾法渊GB11914要1989冤也14页进行测定遥图1多相催化臭氧化试验装置示意2结果与讨论2.1不同工艺对钻井废水COD的降解效果比较在pH为9.4袁温度为20益袁臭氧质量浓度为80mg/L袁反应时间为25min的条件下袁考察了O3尧O3/油气田水处理工业水处理圆园14-06袁34渊6冤70TiO2和O3/TiO2/Al2O3渊其中袁TiO2和TiO2/Al2O3投加量均为3.75g/L冤3种工艺对钻井废水COD的降解效果袁结果如图2所示遥图2不同工艺对钻井废水COD的降解效果比较由图2可以看出袁反应25min时袁O3/TiO2/Al2O3对废水COD的去除率高达92.35%袁相比单独臭氧尧O3/TiO2袁分别提高了34.92%和13.36%遥这说明TiO2/Al2O3多相催化剂与臭氧化有明显的协同作用袁提高了臭氧的利用率和水中窑OH的生成量袁促进了废水中有机污染物的降解遥在所比较的3种工艺中袁O3/TiO2/Al2O3对钻井废水COD的降解效果最好遥2.2催化剂投加量的影响催