微電解-Fenton氧化技術在聚驅采油污水處理中應用研究

楊　霞

(貴州工業職業技術學院，貴州　貴陽　550008)

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微電解-Fenton氧化技術在聚驅采油污水處理中應用研究

楊霞

(貴州工業職業技術學院，貴州貴陽550008)

采用微電解-Fenton氧化技術處理聚驅采油污水，探討了pH值、反應時間、曝氣量對CODCr和HPAM去除效果的影響。實驗結果表明，當pH值為3、曝氣量為100 L/h，微電解反應50 min，然后調節H2O2濃度為2 g/L，反應60 min，CODCr和HPAM去除率可達到83.2%、80.8%；Fe2+、Fe3+與HPAM形成的復合絮凝劑，再添加NaOH調節pH值為10，出水中濁度去除率達到91.2%。

聚驅采油污水；微電解；Fenton氧化

石油作為一種不可再生資源，是國家發展的經濟命脈，對石油進行高效開發和利用是眾多研究者的熱點課程之一。現今，我國油田的開采已進入高含水期開采階段，其中利用聚合物驅三次采油更是在石油開采中得到大規模應用，大量的聚合物采油廢水由此產生。我國聚合物驅油技術廣泛采用聚丙烯酰胺(HPAM)，據統計，大慶油田含聚污水中HPAM濃度甚至已經達到500 mg/L以上[1]。由于聚丙烯酰胺易使采出污水粘度增大，水中油滴及固體懸浮物在聚丙稀銑胺及其水解產物的作用下乳化穩定性強，如果處理不當，回注后會堵塞底層空隙，降低油井產量和注水能力，直接排放會給環境帶來嚴重的污染[2]。

目前，對油田含聚污水處理的方法主要有物理法(重力除油技術、氣浮法和超聲波降解聚合物法)、化學法和微生物處理方法。物理法和化學法由于其局限性，不能科學經濟的將聚驅采油污水降解到排污標準，而生物法尚不成熟，缺乏實踐應用[3-6]。微電解技術自20世紀70年代誕生以來，由于其高度靈活性、無二次污染、易于自動化控制、操作簡單方便等優點，在污水脫色、殺菌、去除有機物等方面有很好的效果，在污水處理領域得到了廣泛的應用[7-8]。

1　實　驗

1.1實驗原理

微電解技術即是在酸性電解質的水溶液中，因鐵-碳顆粒之間存在著電位差而形成了無數個細微原電池。在微電解反應中產生溶劑化電子、·OH、O2·、HO2·等活性物質，生成的Fe2+與H2O2形成Fenton氧化試劑，對HPAM進行降解，同時與有機污染物反應，將其降解為二氧化碳、水和簡單的有機物[9]。

在電解中，還形成具有絮凝作用的Fe2+，與HPAM形成復合絮凝劑，可有效吸附、凝聚水中的污染物，形成膠體顆粒共同下沉，達到凈化水體目的[10]。

1.2測試方法

表1　實驗測試項目和分析方法

1.3原水水質

本實驗所用聚驅采油污水水樣為山東某油田經二級氣浮處理的出水，原水呈現淡黃色。

表2　原水水質

1.4工藝流程

圖1　微電解-Fenton工藝流程圖

聚驅采油污水經水泵提升，經流量計控制進入微電解池，用H2SO4控制pH值，通過調節pH值、反應時間、曝氣量選擇COD和HPAM去除最佳參數，然后添加質量分數為30%的H2O2與微電解反應生產的Fe2+和Fe3+進行Fenton氧化，最后用NaOH調節廢水至堿性測定對聚驅采油污水去除效果。

2　結果與分析

2.1微電解反應

在微電解反應中，對其作用效果的影響因素依次是pH值>反應時間>曝氣量，pH值影響最大。本實驗是在鐵炭比為2.5:1、鐵屑投加量為60 g/L條件下，分別探索pH值、反應時間和曝氣量對COD和HPAM去除率的影響。

2.1.1pH值對微電解反應的影響

用H2SO4將聚驅采油污水pH值分別調節到1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5和6，反應30 min，通過化驗出水2～3 cm處上清液CODCr和HPAM，根據去除效果選擇適宜pH值。

圖2　不同pH值對CODCr和HPAM的去除效果

圖3　總鐵隨pH值變化曲線圖

pH值越小，Fe2+濃度越高，微電池電位差越大，生成的化學活性物質和[H]越多，能有效打破破壞有機物分子鏈，理論上對CODCr和HPAM去除效果越好。但當pH值過低時，生成的H2的阻礙鐵屑和活性炭的有效接觸，降低了原電池效應[11]，且生成的Fe2+和Fe2+帶有顏色；pH值過高時，Fe2+溶出能力減弱，陽極極化作用大，抑制了氧化反應。

由圖2、圖3可知，當pH值為3時，HPAM去除率最高，CODCr去除率在pH值為2.5時效果最佳。pH值在2.5和3時，CODCr去除率相差0.4%，考慮到去除率相差不大及添加H2SO4經濟因素，實驗選擇pH值為3時作為最佳工作參數。

2.1.2反應時間對微電解反應的影響

表3　不同反應時間時CODCr和HPAM的去除效果

將pH值控制在3，分別考察反應時間為10、20、30、40、50、60、70、80、90 min對聚驅采油污水中污染物的去除情況，根據CODCr和HPAM去除效果選擇適宜反應時間。

電解池中聚驅采油污水反應時間越長，化學活性物質和[H]生成的越多，氧化越徹底，對CODCr和HPAM去除效果越好[12]。由表3中可以看出，在前50 min，CODCr和HPAM去除率隨著反應時間增加而增加。但前50 min，pH值逐漸上升，Fe2+生成量降低，制約了化學活性物質和[H]的生成。從50 min 到90 min，CODCr去除率增加6.8%，HPAM去除率僅增加2.7%。

反應時間太長，不僅會降低設備的利用率，增大了成本支出，還可能會使生成的膠體沉淀體系受到破壞，使HPAM去除率反而上升，如在70～80 min，HPAM去除率反而降低了1.1%。因此，試驗中選擇反應時間為50 min。

2.1.3曝氣量對微電解反應的影響

在進水pH值為3、反應時間為50 min時，分別在曝氣量為0、20、40、60、80、100、120、140 L/h條件下，考察不同曝氣量對聚驅采油污水CODCr和HPAM去除效果的影響。

圖4　不同曝氣量對CODCr和HPAM的去除效果

曝氣有利于微電解反應，原因在于：一是能不斷沖刷鐵屑和活性炭表面，避免板結，減少極化作用；二是不斷補充O2，增大電位差，促進反應；三是能使聚驅采油污水與鐵碳填料充分混合。但如果曝氣量太大，一部分Fe2+會被氧化為Fe3+，且鐵屑和活性炭會被氣泡包裹，不利于有機物氧化降解[13-14]。

由圖4可知，在曝氣量為100 L/h時，CODCr去除率最大。從80 L/h和100 L/h，HPAM去除率相差0.2%。因此，實驗選擇曝氣量100 L/h為最佳實驗條件。

2.2微電解-Fenton反應

經微電解反應后的聚驅采油污水，pH值會升高。由于Fenton反應一般在酸性條件下反應，實驗通過添加H2SO4控制pH值為3條件下，通過控制質量分數為30%的H2O2添加量和反應時間確定最佳反應參數。

2.2.1H2O2添加量對Fenton反應的影響

在pH值為3條件下，添加質量分數為30%的H2O2，使其濃度控制在0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5和4 g/L條件下進行試驗，反應30 min，確定最佳H2O2投加量。

圖5　不同H2O2投加量對CODCr和HPAM除率影響

H2O2濃度增大，產生的OH·增多，對聚驅采油污水中CODCr和HPAM氧化降解作用好。但濃度過大，一方面會部分H2O2把Fe2+氧化為Fe3+，消耗了氧化劑Fe2+，破壞了Fenton氧化體系；另一方面，濃度過高對OH·有抑制作用，生成的HO2·氧化能力低于OH·，反應如下[15]：

由圖5可知，在H2O2濃度為2g/L時，CODCr和HPAM去除率綜合比較較佳。

2.2.2反應時間對Fenton反應的影響

在pH值為3、H2O2濃度為2 g/L條件下，控制反應時間分別20、30、40、50、60、70、80 min，確定最佳反應時間。

圖6　反應時間對CODCr和HPAM去除率影響

由圖6 可知，反應時間越長，·OH產生量越多，對有機類物質去除效果越好。但反應時間到60 min后，CODCr去除率反而下降，原因可能是由新的COD物質生成[16]。

微電解-Fenton出水添加NaOH使Fenton出水pH值控制在10，沉淀后出水中，含油量去除率為86.4%；生成的Fe2+、Fe3+與HPAM形成復合絮凝劑，濁度去除率達到91.2%。

3　結　論

(1)微電解處理聚驅采油污水受到很多因素制約。實驗結果表明，在進水pH值為3、反應時間為50 min、曝氣量為100 L/h時，CODCr和HPAM去除效果最好；

(2)在微電解-Fenton實驗中，在pH值為3、H2O2濃度為2 g/L、反應時間為60 min條件下，CODCr和HPAM取消率分別達到83.2%、80.8%。添加NaOH使Fenton出水pH值控制在10，出水中，含油量去除率為86.4%；

(3)微電解-Fenton處理聚驅采油污水使生成的Fe2+、Fe3+與HPAM形成復合絮凝劑，絮凝效果更好，在加堿出水中濁度去除率達到91.2%；

(4)微電解反應器在工作中，板結、鈍化、更換頻繁等問題制約了其應用，探索新型填料(如Fe/Al/C、Fe/Cu/C以及與黏土類作為填料粘接劑)亟待研究。

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Study on the Application of Micro-electrolysis-Fenton Oxidation Technology in the Polymer Flooding Produced Water Treatment

YANG Xia

(Guizhou Industry Polytechnic College,Guizhou Guiyang 550008,China)

In this work,polymer flooding produced water was treated by using micro-electrolysis-Fenton oxidation technology.Effect of pH,reaction time and aeration amount of micro-electrolysis-Fenton oxidation technology on removal efficiency of CODCrand HPAM were discussed.The results showed that when pH=3,aeration amount was 100 L/h,micro-electrolysis reaction time was 50 min.After adjusted the H2O2concentration(2 g/L),and Fenton oxidation reaction time was 60 min,the removal ratio of CODCrand HPAM could reach 83.2% and 80.8%,respectively.In reaction,the Fe2+and Fe3+produced in the micro-electrolysis reaction would form compound flocculant with HPAM,after adjusted pH(10),the removal ratio of turbidity could reach 91.2%.

polymer flooding produced waste；micro-electrolysis；Fenton oxidation

楊霞(1984-)，女，碩士研究生，貴州工業職業技術學院教師。

TE3

A

1001-9677(2016)04-0070-04