钻井污水处理研究

中国污水处理工程网（www.dowater.com）找污水处理技术，上中国污水处理工程网钻井污水处理研究1引言钻井污水是钻井作业过程中产生的一种特殊工业废水，含有石油、重金属盐类、难降解的有机物、泥沙、细菌等有毒有害物质，具有复杂性、多变性、分散性等特点，其呈黑褐色不透明的胶体状态，有浓厚的刺鼻气味和腐臭味.臭氧催化氧化技术由于具有能耗低、降解效率高和不造成二次污染等优点，已成为去除钻井废水中难降解有机污染物的高效处理技术.由于催化剂的种类繁多，不同种催化剂就表现出不同的催化活性.为此，应从某种特定的催化剂及实验研究对象的特征或废水水质情况等方面进行深入研究，为废水处理工艺提供有价值的依据.本研究基于Mn2O3的催化氧化特性，以钻井废水为处理对象，考察Mn2O3催化剂加量、pH、反应温度、反应时间和强化剂的引入对钻井废水催化臭氧化效果的影响，通过正交试验得出最佳的处理工艺条件，以及对Mn2O3催化剂的稳定性能进行了研究，也为工业应用提供基础.2材料与方法2.1实验材料钻井废水取自四川某气田，COD为8764.2mg·L-1，经过混凝预处理后用于试验研究，经过预处理的水质指标如表1所示.臭氧由臭氧发生机现场制备，以纯度为99.99%的氧气为气源，O3浓度为85mg·L-1，采用2%的KI溶液吸收臭氧尾气.Mn2O3催化剂由实验室采用沉淀-烧结法制备，在反应沉淀时间为1h、焙烧温度为400℃、焙烧时间为4h，通过XRD表征得到主晶相结构为Mn2O3的催化剂，并且通过BET比表面积测定其比表面积为184.5m2·g-1、孔隙度为66.78%，为不规则细小颗粒状.试验中所使用的硫酸亚铁、硫酸汞、浓硫酸、重铬酸钾、硫酸亚铁铵、等均为分析纯，由成都科龙化工试剂厂生产.表1预处理后钻井废水的水质指标2.2实验装置与方法臭氧经微孔曝气头通入高为600mm，直径为40mm，有效容积为700mL的自制有机玻璃反应器，实验装置如图1所示.自来水为循环冷却介质.COD(化学需氧量)的测定采用GB11914-89—重铬酸钾法.中间产物的测定采用Aglient7890/5975CGC/MS，DB-5ms色谱柱(规格为30m×0.25mm×0.25μm)进行分析，取进样量为1μL，采用恒压模式，不分流进样.升温程序：初始温度40℃，保持2min;以5℃·min-1的速率升至120℃;以15℃·min-1的速率升中国污水处理工程网（www.dowater.com）找污水处理技术，上中国污水处理工程网至270℃，保持15min.进样口温度280℃，离子源温度280℃，质谱扫描离子范围为35～600amu，全扫描模式，溶剂延迟3min.图1实验装置图3结果与讨论3.1催化剂加量对COD去除率的影响考察不同催化剂投加量对Mn2O3催化臭氧氧化去除COD的影响，实验结果见图2.随着催化剂投加量的增加，COD去除率也随之增加，当催化剂投加量分别为25、50、100mg·L-1时，COD的去除率分别为43.6%、54.3%和48.1%，比单独臭氧氧化分别提高了6%，15.7%和10.5%.中国污水处理工程网（www.dowater.com）找污水处理技术，上中国污水处理工程网图2Mn2O3加量对COD去除率的影响在催化剂为低剂量的条件下，COD去除率是随着催化剂的增加而增大.催化剂投加量的增大，在反应体系中将存在着更大的比表面积和更多的表面活性位置，能够增强催化剂对臭氧和有机物的吸附作用并能产生更多的羟基自由基，使COD去除率增大.但当催化剂投加量增加至100mg·L-1时，使得短时间内反应体系中产生的羟基自由基浓度激增，过多的羟基自由基之间会产生猝灭，导致羟基自由基总量降低，从而COD去除率反而下降.可见，催化剂投加量存在一个最佳值为50mg·L-1.3.2pH对COD去除率的影响反应体系pH的不同会影响反应体系总羟基自由基的产生量，从而导致非均相崔化臭氧化的处理效果不同.在催化剂投加量为50mg·L-1，考察pH分别为5、7、9、11时，Mn2O3催化臭氧氧化对COD去除率的影响，实验结果如图3所示.中国污水处理工程网（www.dowater.com）找污水处理技术，上中国污水处理工程网图3pH对COD去除率的影响反应25min，pH为5、7、9、11时，钻井废水的COD去除率分别达到45.4%、51.2%、59.8%、64.3%，随着pH值的不断升高，钻井废水的COD去除率不断升高.在臭氧的链式反应中，氢氧根可作为引发剂引发O3分解：臭氧在水中循环链式分解产生超氧自由基、超氧化氢自由基、氢化臭氧自由基、氧分子、羟基自由基和臭氧羟基自由基等中间态的高活性自由基.由上式可以看出，OH-可以促进臭氧的链式分解，增加·OH的生成量.因此，pH升高意味着更多的氢氧根，有利于