化学混凝-Fenton氧化处理天然气钻井废水实验研究

【摘要】：天然气钻井废水是产生于天然气钻探过程中的一种特殊工业废水，通常含有溶解及分散油、重金属盐类、放射性物质、有机和无机化学处理剂、泥沙等有毒、有害物质，与石油钻井废水相比其有机物、挥发物及毒性都更高。如果不经处理而直接将其排放至自然环境中，则会对周围地表和地下环境带来严重污染。传统的生物处理法一般不适合直接处理天然气钻井废水，往往需要通过物理化学预处理手段来提高废水的可生化性，并降低废水的有机负荷。本课题采用化学混凝—Fenton氧化(常规Fenton氧化、超声波Fenton氧化及紫外光Fenton氧化)处理天然气钻井废水，研究各处理流程的最佳工艺条件，探讨有机污染物在各处理流程中的变化情况，并分析各处理流程的反应机理。 化学混凝实验表明，聚合硫酸铁和聚合氯化铝能够有效去除钻井废水中的有机污染物和悬浮固体。考察并比较了两种絮凝剂的投加剂量、反应初始pH值、助凝剂聚丙烯酰胺用量以及搅拌时间对混凝效果的影响。通过实验确定聚合硫酸铁预处理钻井废水的最佳工艺条件为：投药量为20g/L，初始pH值为11，聚丙烯酰胺用量为30mg/L，快速搅拌时间和转速分别为2min和250r/m，慢速搅拌时间和转速分别为15min和50r/m，此时COD、BOD5、TOC、石油类、色度和悬浮固体的去除率分别为86.06%、45.54%、86.05%、98.88%、98.16%和99.03%。聚合氯化铝预处理钻井废水的最佳工艺条件为：投药量为25g/L，初始pH值为11，不投加聚丙烯酰胺，快速搅拌时间和速度分别为2min和250r/m，慢速搅拌时间和速度10min和50r/m，此时COD、BOD_5、TOC、石油类、色度和悬浮固体的去除率分别为90.09%、49.04%、89.41%、95.25%、99.92%和99.03%。 常规Fenton氧化实验表明，常规Fenton氧化法能够有效去除混凝预处理后废水中的COD、TOC、BOD5、色度和UV254等污染指标。考察了H_2O_2/COD质量比、H_2O_2/Fe~(2+)摩尔比、反应初始pH值、反应时间对Fenton氧化效果的影响。通过实验确定Fenton试剂氧化处理混凝预处理后废水的最佳工艺条件为：H_2O_2/COD质量比为8，H_2O_2/Fe~(2+)摩尔比为25，反应初始pH值为3，反应时间为60min，此时COD、BOD_5、TOC和色度的去除率分别为68.9%、47.96%、55.74%和89.78%。 超声波Fenton和紫外光Fenton氧化实验表明，超声波Fenton和紫外光Fenton氧化法比常规Fenton氧化法对有机物去除效率更高。考察了超声功率对Fenton氧化法处理效率的影响，并研究了有机物去除率在超声波Fenton和紫外光Fenton氧化法过程中的变化情况。超声波Fenton氧化法对COD、BOD_5、TOC和色度的去除率分别为78.77%、65.59%、70.34%和94.67%；紫外光Fenton氧化法对COD、BOD_5、TOC和色度的去除率分别为81.77%、67.90%、73.19%和95.11%。 化学混凝法能有效去除废水中绝大部分有机物和悬浮固体。氧化实验中，有机物去除率大小顺序分别为紫外光Fenton氧化＞超声波Fenton氧化＞常规Fenton氧化。经化学混凝和Fenton氧化法处理后，难降解有机物基本被降解为小分子有机物、二氧化碳和水，另外废水的可生化性也从0.08提高到0.76。 【关键词】：天然气钻井废水 化学混凝 常规Fenton氧化 超声波Fenton氧化 紫外光Fenton氧化
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X741
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 课题的研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 钻井废水来源及特点11-13
• 1.2.2 钻井废水处理方法及其发展趋势13-18
• 1.3 课题研究目的、主要内容和技术路线18-21
• 1.3.1 课题研究目的18-19
• 1.3.2 主要内容和技术路线19-21
• 2 化学混凝预处理钻井废水实验研究21-37
• 2.1 引言21-24
• 2.2 试验材料与方法24-28
• 2.2.1 试验材料24-26
• 2.2.2 测试指标与方法26-27
• 2.2.3 试验步骤27-28
• 2.3 试验结果与讨论28-36
• 2.3.1 絮凝剂用量对混凝效果影响28-31
• 2.3.2 反应初始 pH 值对混凝效果影响31-32
• 2.3.3 助凝剂聚丙烯酰胺对混凝效果影响32-34
• 2.3.4 水力条件对混凝效果影响34-36
• 2.4 本章小结36-37
• 3 常规 Fenton 氧化处理钻井废水实验研究37-51
• 3.1 引言37-39
• 3.2 试验材料与方法39-42
• 3.2.1 试验材料39-40
• 3.2.2 测试指标与方法40-41
• 3.2.3 试验步骤41-42
• 3.3 试验结果与讨论42-49
• 3.3.1 不同 H2O2/COD 比值对 Fenton 氧化效果影响42-44
• 3.3.2 不同 H2O2/Fe2+比值对 Fenton 氧化效果影响44-46
• 3.3.3 不同初始 pH 值对 Fenton 氧化效果影响46-48
• 3.3.4 反应时间对 Fenton 氧化效果影响48-49
• 3.4 本章小结49-51
• 4 超声波 Fenton 和紫外光 Fenton 氧化处理钻井废水实验研究51-65
• 4.1 引言51-53
• 4.2 试验材料与方法53-55
• 4.2.1 试验材料53-54
• 4.2.2 测试指标与方法54
• 4.2.3 试验步骤54-55
• 4.3 试验结果与讨论55-63
• 4.3.1 超声功率对 US/Fenton 氧化效果的影响55-56
• 4.3.2 超声辐射时间对 US/Fenton 氧化效果的影响56-58
• 4.3.3 紫外光辐射时间对 UV/Fenton 氧化效果的影响58-63
• 4.4 本章小结63-65
• 5 结论与展望65-67
• 5.1 主要结论65
• 5.2 后续研究工作展望65-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-79
• 附录79
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录79

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