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  • 2022-04-26 发布

油田采油废水处理试验研究

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p硕±学位论文I油田采油废水处理试验研究I■TestonoilfieldwastewatertreatmentIII研究生:程亚楠指导教师:袁雅妹高级实验师张立成高级工程师学科专业:市化程二〇 ̄舊十二月■n分类号:10巧3;学校代码UDC:;密级公开硕壬学位论文油巧采油废水处理试验研究2012:作者姓養:程亚楠入学年份年9月:指导教师:袁雅妹高级实验师学科专业市政工程张立成高级工程师申请学位:工学硕i所在单位:市政与环境工程学院论文提交日期:2014年11月论文答辩日期:2014年12月学位授予日期:20巧年1月答辩委员会主席:王铁轉答辩委员会组成:王铁错傅金样唐猜刘军黄殿男论文评阅人:n声巧本人声明,所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文中取得的研究成果除加标注和致谢的地方外,不包含其他人己经发表或撰写过的巧究成果,也不包括本人为获得其他学位而使巧过的材料。与我共同工作过的同志对本巧究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名:日期:2014年12月学位论文版权使用授权书.?本学位论文作者和指导教师完全T解沈阳建筑大学有关俱留、使用学位论文的规定:即学枚有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳建筑大学(戎其授权机构)可W将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并通过网络提供捡索、浏览。(如作者和导师同意论文交流,请在下方签名;否则视为不罔意。)作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后:不限□一一□d/半年年□年半两年□作者签名:导师签名;日期;2015年1月日期:2015年1月n硕±研究生学位论文摘要I摘要随着聚合物驱H次采油技术在我国各大石油中的应用和推广,油田采油废水的产量越来越多一。油田采油废水是种特殊的难降解有机废水。采用传统方法处理油田采油废水难,且处理费用很高W达到排放标准。本试验用水取自葫芦岛油田隔油除砂后的PAM聚合物驱H次采油废水,微黄色,有??微弱的刺激气味,COD为280330mg/L氨氮为2530mg/L、氯离子为372.1mg/L、含油量为68mg/L、PAM为71mg/I—pH值为7.5。 ̄一本试验采用的处理工艺流程为;铁碳微电解预处理生物处理深度处理。铁碳微电解预处理后的出水可生化性强,理过程提供了有毒有害性物质明显降低,为后续的生物处一个稳定的进水条件,;在生物处理部分先采用厌氧生物处理使大分子有机物被水解酸化+CODH-为小分子,有利于后续的好氧生物处理,好氧生物处理对油田采油废水的和N4N一具有较好的处理效果最后再对生化出水进行深度处理歩降低其COD和NH/-N浓,进;度,该过程分别采用H2化/〇3高级氧化法和GAC吸附法,其中GAC吸附处理可分为静态吸附和动态吸附。铁碳微电解预处理通过正交试验,确定影响因素主次:pH值>铁投加量>反应时间>H5丄人铁碳质量比;试验初步确定的最佳试验方案:p值为4,铁投加量为1.67xl〇mg反应时间为30min,铁碳质量比为3:1。单因素试验获得的最佳试验条件为:pH值为3,铁5x,U1.l〇m30min3:1。投加量为67g,反应时间为,铁碳质量比为铁碳微电解对采油废水NH/-N、PAMCOD、的COD、和油都具有稳定的处理效果,在最佳试验条件下进行处理,^--N>PAM53NH/.1%,35.3%.610P38/.%^.3%,ttiXCOD.NH4N>PAM油的平均浓度分别为1532m/L181m/L、27.7mL420mL和.g、.gg/和.g/。H7?.4:值控制在7.6之间生物处理厌氧生物处理的最佳试验条件为进水p,温度控’+37C-吿化,水力停留时间控制在20h。在最佳试验COD和NH条件下,出水4N的平均浓度分别为116.9mg/L和22mg/L,COD的平均去除率为25.7%,COD的最大去除率可到++--27.9%N的平均增长率约为18.生物法对;NH4%,NHN的最大增长率可达20%44;厌氧PAM和油也具有稳定的处理效果,PAM和油的平均去除率分别为1化3%和21.0%,出水PAM和油的平均浓度分别为24.8mg/L和33.2mg/L。好氧生物处理的最佳试验条件为:°进水H值控制在8 ̄8 ̄.2么间3435C,水力停留时间控制在1如。在最佳试p,温度控制在578mCOD的513验条件下,出水COD的平均浓度为.g/^平均去除率为.%,COD的最+^--大去除率可达55.2%N、PAM和油郁具有稳定的处理效果NHN、。好氧生物法对NH44+-PAM和油的平均去除率分别为93..5%、30.9%和580%,出水NH4N、PAM和油的平均浓度分别为1.4m/L、17.1/L13L。gmg和.9ing/nn摘要硕±研究生学位论文3%/L的过氧化氨投加量为0.4mL深度处理H2O2/O3高级氧化的最佳试验条件知,’进水pH值控制在8,反应温度控制在20C左右,反应时间为20min。高级氧化法对COD、++-NH-NN、PAM和4、PAM和油都具有稳定的处理效果,高级氧化法对COD、NH4細的+29、、81-N、PAM平均去除率分别为.2%32.2%2.8%和82.%,则出水NH4和油的平均浓度分别为40.9mg/L、0.97mg/L、2.90mg/L和2.50mg/^采用静态吸附法处理高级氧化出’、H值为C、反应时间水的最佳试验条件为:活性炭投加量为30g进水p7、反应温度为30+-为45min。静态活性炭吸附法对COD、NH4N、PAM和油都具有稳定的处理效果,COD、+〇0-NHN、PAM和油的、、1%和83I、4平均去除率分别为63.8/〇57.7/084..0%,贝j出水COD+NH-N、PAM22mL、05/L2/L2/4和油的平均浓度分别为换.4mg、.72mg和.36mgL。GAC‘动态吸附处理的试验条件为:进水pH值为7、反应温度为30C,当滤速为0.5m/h,COD、+〇0〇-NHII.0/〇、0、84.5%、拍/〇4N、PAM和油的去除率分另j为6773.9/.6,出水浓度分另j为191L5mL、2.27mLnGAC动态.mg/L、0.4mg/、2.6g/g/吸附量为3.58g/g,静态吸附量为5.41g/g,动态吸附比静态吸附效果好。 ̄一综上所述,采用铁碳微电解预处理生物处理GAC吸附处理对油田采油废水的COD+-N都具且能够降低处理费用和NH4有很好的处理效果,处理后的出水无二次污染,。因此,本工艺具有较好的应用前景。关巧词:云欠采油度水;铁巧巧电解;生巧&〇2/〇3赶化:活性巧吸附n硕±研究生学位论文Abstract田Abstracteromotionandroductionofolmer打codnEO民化过moloneachbWiththpppyiggyiigoilfieldofourcountry化eoilfieldroducedmoreandmorewastewater.Theoil行eldwastewater,ptittttrtittisaspecialkindofrefracoryorga打cwasewaer.Useheadio打almehodstotreaoilfield,wastewatercantachievegoodtreatmentefect.Thetreatmentprocewispretreatmentby ̄-—Thironcarbonmicroelectrolysisrocessmicrobialtreatmentadvancedtreatment.etoxicitypu-iliinofoutptofpretreatmentbyironcarbonmcroelectroyssprocessreducedsgificantly.Inmicrobialtreatmentsection,aftertheanaerobicmicrobialtreatment,themacromolecularorganicmatercanbederadedintomicromoleculewhichcanbeadvantaeous化thesubseuentg,gqaerobicmicrobialtreatment.Theaerobicmicrobialtreatmentcanachievegoodtreatme打tefect.Thenusing化eadvancedtreatmentbyH2O2/O3化treatthe?afieldwastewater.Fi打allytheoil色eldwastewaterwastreatedwithGAC.TheGACtreatme打thastwosectio打义Thefirstsectionisstaticadsorptionandthesecondsectionisdynamicadsorption.Theectio打ofessreame打r-carbonmcfirststhet;titrettbioniroelectrolsisrocess.ThepyypfactorsthatafectCODremovaleficiencyincludingpH,reactio打time,Fe/C,Fe/HsGwereanalyzedbyorthogonalexperimentsandSinglefactorexperiment.Orthogonalexperimentswerecarriedout1:0determine化eorderofdifferentfactorsasfollows:pH>Fe/H2〇>Kaction===tiine>Fe/Theotimal=Clconditions:H4Fe/H〇:6reactio打time30minFe/C3:l.Under;pp,2,,4+〇NH-NotimalconditionstheaverageremovalrateofCODPAMandoilare扣.1/{)35.3%p,,,,,4+〇〇,6naveNH-1.0心38.3/〇resectivelytheoututofGACdamicadsortionsraeCODNp,pypg,,PAMandolare15m.i3.2m/L18.1/I27.7mg/Land420/Lresecivel.^mtg,g,gpyThesecondsectio打ofthetestismicrobial行eatment.Theoptimalconditio打sofanaerobic°mH=74?7=37=20hicrobialtreatment:..6reactio打temeratureCHRT.Underotimalp,p,p+,condons也eoutofanaerob-uicmcrobaleamensaveraeandareititiitrttCODNH4N,pg1169m/LLtaveraea打daximumteois257%279%.gand22mg/hegmremovalrafCOD.and.,+rsective-Ni1eplyand化eaverageandmaximumgrow化rateofNH4s8.4%and20%respectively.TheaveraeremovalrateofPAMand0。are10.3%and21.0%resectivelthegpy,,outputofanaerobicmicrobialtreatmentsaveragePAMand0。are24.8mg/Land33.2mg/LH=?respectively.Theop巧malconditionsofaerobicmicrobialtreatment:88.2reactionp,°= ̄=Undetemerature3435CHRT18h.roptimalconditionstheoututofaerobicmicrobialp5,p’treatmentsaverageCODis57.8mg/L化eaveraeandmaximumremovalrateofCODare,g〇4+0〇1an55-5.2eaveraeremovalrateofNHPAMandoilare93.5309%.3/0d/〇.ThN%.%.0/〇g,,4+,resecveouuonmcadsoronsaverae-Na打d0。are1tielttfGACdaitiNHPAM.4p乂化pypg,nIVAbstract硕i硏究生学位论文mg/L,17.1mg/Land13.9mg/Lrespectively.Thethirdsectio打ofthetestisadvanced仕eatment.TheoptimalconditionsofH2O2/O3:〇二二二二dosageofHO0.4HreactiontemeratureCreaction巧metnin.erotmal22mL,p8,p20,20Undpiconditions,theaverageremovalrateofCOD,PAMandoilare29.2%,32.2%,82.8%,,4+-82.1%resectivel化eoututofGACdnamicadsortionsaveraeCODNHNPAMandy,,ppypg,oilare40.9mg/L,0.97mg/L,2.90mg/Land2.50mg/Lrespectively;TheoptimalCO打ditionsof==H=GACstaticadsorption:dosageofGAC307reactiontemerature30Vreactiong,p,p,4+=-Ntime45min.UnderoptimalconditionstheaverageremovalrateofCODNHPAMandoil,,,0,are63.8%67.7%84.1/083.0%resectiveltheoututofGACdnamicadsortionsaverae,,py,pypg4+NR-NPAMandoCODilare22mg/L0.45m/I^2.72m/Land2.36m/Lresectivel,,ggy;,,gp*H=7n=Cenow=Whenreactiotemerature3Ginflutflrate0.5m/h化eaveraeremovalrateof,pp,,g+4-4化eCODNHNPAMandoilare67.0%73.9%8.583.6%resectiveloututofGAC,,,,%py,p4+’dnamicadsorionaveraeDNH-and0。aremL0mLtsCONPAM19.1/.4/2.65mg/Lpg,,y,g,gand2.27mg/Lrespectively.TheGACadsorptioncan过chievebetter化eatme打tefectthanH202/03.TheGACdynamicadsorptio打canachievebettertreatmentefect.Inaword,usingpretreatmentbyiron乂arbonmicroelectrolysisprocess,microbialtreatmentandadvancedtreatmenttotreatoilfieldwastewatercanachievebetter化eatmentefectofCODandTheoututhadnosecondarollutionandthecostreduced.Thereforethispyp,technologyhasgoodapplicationprosped.Kewords:tertiaroilfeldwastewatermicrobialtreatmentHO2/Oadvancedtreatmentyy;;23;*GACadsortion化eieinovalra化ofCODp;n硕±研究生学位论文目次I目次摘要IAbstractIllS次IContentsI一1第胃绪论1.1研究背景111.2油田采油废水概述11.2.1油田采油废水的特点1.2.2油田采油废水的危害21.3国内外油田采油废水处理发展现状31.3.1物理法31.3.2化学法和物理化学法51.3.3生物法81.4课题研巧的目的及意义91.5本课题试验方法简介10151..1铁碳微电解法0211.5.厌氧生物法21531..好氧生物法31414.5.&〇2/〇3高级氧化法11.5.5活性炭(GAC)吸附法5116.6研巧内容1.6.1研巧技术路线与影响因素16第二章试验材料与分析方法172.1试验药品与仪器1722试验参数1.及检测方法82.2.1试验参数182.2.2检额防法181第H章铁碳微电解预处理试验23.1试验水质213.2试验材料及方法213.2.1试验材料213.2.2试验装置及方法213.3正交试验结果及讨论22nn目次硕±研巧生学位论文3.4单因素试验结果及讨论233.4.1pH值对COD去除率的影响23342D..铁投加量对CO去除率的影响243.4.3反应时间对COD去除率的影响24344D去除..铁碳质量比对CO率的影响253.4.5最佳试验条件下的处理效果263.5本章小结28第四章生物处理试验2941.厌氧生物法试验装置与启动2942厌30.氧生物法试验结果与讨论4.2.1进水pH值对COD去除率的影响304.2.2反应温度对COD去除率的影响31TCOD4.2.3水力停留时间(HR)对去除率的影响324.2.4最佳试验条件下的处理效果巧4.3好氧生物法试验装置与启动354.4好氧生物法试验结果与讨论374.4.1进水pH值对COD去除率的影响374.4.2反应温度对COD去除率的影响384.4.3水力停留时间(H民T)对COD去除率的影响39444溶解氧(DOCOD去除率的影响40..)对4.4.5最佳试验条件下的处理效果414.5本章小结43第五章深度处理试验4551H0/〇45.223高级氧化法试验装置与方法5.2H2O2/〇3高级氧化法试验结果与讨论455.2.1过氧化氨投加量对COD去除率的影响455HCOD46.2.2进水p值对去除率的影响5.2.3反应温度对COD去除率的影响47524反应时间对COD去除率的影响4..85.2.5最佳试验条件下的处理效果495.3GAC静态吸附法试验5051.3.活性炭投加量对COD去除率的影响505.3.2进水pH值对COD去除率的影响515.3D52.3反应温度对CO去除率的影响5.3.4反应时间对COD去除率的影响535.3.5最佳试验条件下的处理效果54n硕±研巧生学位论文目次ni5AC动态吸附法试验巧.4G5.4.1GAC动态吸附试验装置与方法555.4.2GAC动态吸附试验结果与讨论565.4.3GAC静态吸附量和动态吸附量试验565.5本章小结57第六章结论596159.滅6.2建议606165作者简介致谢67n硕±研充生学位论文ContentsI£ont:entstAbstracIAbstractIllChapter1Introduction11.1Subectbackground1jr12Introductio打ofoil行eldwastewate1.1.2.1Thecharacteristicsofoilfieldwastewater11.2.2Theharmofoilfieldwas化water21.3Domesticandinternationalresearchstatusanddevelopment31.3.1Thehsicalmethod3py1.3.2Thechemicalandhsicalmethod5py1.3.3Thebiologicalmethod8rsiifireh91.4Puposeandgncanceofsearc1.5Introductionoftestmethod10ron-carbon1.5.1Imicroelectrolysisrocess10pricmirobialrtm1.5.2Anaeobcteaent121.5.3Aerobicmicrobialtreatment131.5.4H2O2/O3141.5.5GACadsortion15p1.6Researchcontents161.6.1民esearch化chnicalrouteandinfluencingfactors16Chater2Thetestmaterialsandmethodsofanalysis17p2.1Laboratoryequipmentanddrags172Testrttrmnatith18.2aameersanddeeonmeodp2.2.1Testarameters18p2.2.2Determnationmethod18Ch-apter3Pretreatmentbyironcarbonmicroelectrolsisrocess21yp3tewtrli.1Wasaeuat21qy3.2Materialsandmethod213.2.1Materials213.2.2Thetestdeviceandmethod■?垂???*■?伞13.3Theresultsanddiscussionoforthogonaltests223.4Theresultsanddiscussionofsinglefactor化巧s23nnContents硕:t:研巧生学位论文3.4.1TheefectofHonCODremovalefficienc23py3.4.2TheeffectofdosaeofFeonCODremovalefficiency23g3Theefectofreactio打timecmCODremovaleficiency243tCD.4.4TheefecofFe/o打COremovaleficiency253.4.5Thetreatmenteffectunderoptimalconditions263.5Chaptersummary28Chapter4Microbialtreatment29men-41Aerobcrobaeattestevanseu.naicmiiltrtdicedtp294.2Theresultsanddiscussionofanaerobicmicrobialtreatment304.2.1TheefectofHo打CODremovaleficiency30p4.2TheeffectofreactiteeratureonCODremovaleficienc.2onmpy314.2.3TheeffectofHRTonCODremovalefficiency324.2.4Thetreatmenteffectunderoptimalconditions33men-4erobcmcrobareaesdevceandseu.3Aiiiltttttitp354.4Theresultsanddiscussionofaerobicmicrobialtreatment374A1TheefectofHo打CODremovaleficienc37py4.4.2Theefectofreactio打temperature0打CODremovaleficienc38y4.3ftofremovalefficienc.4TheefecHRTonCODy394.4.4TheefectofDOonCODremovalefficiency404.4.5Thetreatmenteffectunderoptimalconditions414.5Chaptersummary43Chapter5Advancedtreatment455.1H2O2/Otestdevice4535TeresultsanddiscussionofHO/.2h22O3451TecHcenc455.2.heeftofdosageof2O2/O30打COD化movalefiiy5.2TheefectofH0打CODremovaleficienc46.2py5Theterao打Dremovficien47.2.3efectofreactionemptureCOalecy5.4TheeffectofreactiontimeonCODremovalefficienc4.2y85Theteatmenefecnderotmacondtns49.2.5rtftupiliio5.3GACstaticadsorption505TheefectofdosaeofonDremovalefficienc50.3.1fgGACCOy5.3.2Theefectof阳onCODremovaleficienc51y5.Theeffecofreactionemeraureonremovalefficienc.33ttptCODy52535.3.4TheefectofreactiontimeonCODremovaleficiency5.3.5Thetreatmenteffectunderoptimalconditions545.4GACdynamicadsortion55pn硕i研究生学化论文Contents扭5.Tesdevice.41t5552Theresulsandscussonofdnamcadsorion5.4.tdiiGACyipt65.4.3GACstaticadsorptionamountanddynamicadsorptionamount565.5Chaptersummary57Chater6Conclusion59p6.1Conclusion596.2Suggestion60Reference61Authorbriefintroduction65Acknowledmentsg57n一章绪论硕击研巧生学位论文第1第一章绪论1.1研巧背景。近几年来,随着工业的快速发展,我国对于石油的需求量在逐年増化目前,我国东部油田的开发进入到中后期,,部分油田已经到高含水后期其综合含水率可离达9〇%W上,一此时传统的次采油技术和二次采油技术己经不能满足所需的原油产率。因此,聚合物驱H次采油技术在各大油田采油过程中得到了大规模的开展和应用。聚合物驱H次采油技术是目前应用最为广泛的兰次采油技术,它的原理是向油田的注入水中加入一定量的聚丙締醜胺,这样可W在增加水相粘度的同时降低水相渗透率,从而改善油水流度比,实现提高原油开采量的目的。2000年,我国大庆油田采用聚合物驱云次W采油技术,产油量达到900万吨W上。我国油田聚合物驱三次采油技术采用的是聚丙帰P1醜胺和聚丙締酷胺改性聚合物。近年来,随着石油开采难度的不断加大,为了巧证产油率1200万増加到2500万,聚合物的浓度也由lOOOm/L,加入的聚合物的分子量由g增加凹到2000mg/L,甚至更高。油田采油工艺采用聚合物(HPAM)驱采油技术,在提高油田开采率的同时,大量的采油废水也随之产生。未经过处理的采油废水直接排放将会污染周边的地表水域和陆地栖息地等生态环境,甚至还可能因为聚结的油品燃烧而产生安全问题目前油田废水已成为废水处理的热点和难点问题。12.油田采油废水槪述1.2.1油旧采油废水的铃点一种比较特凍油田采油废水是、复杂和难降解的废水。与常规废水相比较,油田采油废水具有W下特征;一-(1)含油量高。般油田采油废水含有的原油量为10002000mg/L,部分含油量可W达到SOOOmg/L^上。根据含油颗粒的大小不同,油类在水中的存在形式可1^^分为浮油类、一>m分散油类、乳化油类和溶解油类。般采油废水中90%左右的油类是浮油(粒径100)p和分散油(10脚<粒径<100畔1),另外10%为乳化油类(〇.1卿<粒径<1〇畔1)和溶解油类(粒径<0.1牌)。(2)粘度大。油田采油废水的粘度主要是由废水中聚合物造成的,聚合物的浓度越P1高采油废水的粘度越大。(3)乳化稳定性强。油田采油废水的乳化稳定性越强,其油水分离的速度越慢,并W且可生化性越差、越难降解。一(4)混凝剂用量大、絮凝效果差。方面,油田采油废水中含有阴极离子聚合物,n2第一章绪论硕±研巧生学位论文其存在今严重干扰到混凝剂的作用效果,使混凝剂作用变差,从而加大了混凝剂用量,増一反面加处理成本。另,由于聚合物的存在,使油田采油废水的絮凝处理效果变差,处理后的水质滩W达标。一5-()含有悬浮固体颗粒。主要有细砂、粘主颗粒、和攪砂等,其颗粒粒径般在11OOim^之间。(6)细菌含量高。常见的细茜有腐生菌、硫酸盐还原菌、铁细菌,其细茜的平均爸248一 ̄量般为1〇1〇个/mL,有时甚至可W达到1〇个/mL,这些细菌容易腐蚀和堵塞管线。(7)含盐量高。油田采油废水的无机盐含量很高,在几千至几万mg/L之间,油田区2++2++2+2+块、油层不同含量不同。无机盐离子主要有:Ca、Na、Mg、K、Fe、C03、Cr等。(8)含表面活性剂。主要存在于聚合物驱H次采油废水中,表面活性剂会破坏W/0型孔状液的形成,,而促进0/W型现状液的形成因此増加了油田采油废水水处理的难度,使其出水含有量很高。另外,油田采油废水还具有高pH值和寓水温的特点。其中,粘度高、乳化稳定性强和含油量高是油田采油废水区别于其他废水的主要特征,也是其难于降解的主要原因。1.2.2油田采油废水的危害1.2.2.1回注的危害油田开采过程中为了节约水源一、降低采油成本同时减少外排水量,通常会把经过定处理后的油田采油废水作为回注水使用。未经处理的油田采油废水不能直接回注,这是因为废水中含有大量的油和悬浮物会堵塞地层,而各种有害微生物还能腐蚀管线,从而阻碍油田的开采,降低产油率。1.2.2.2外排的危害油田采油废水中通常含有的多环芳炫、石油姪、苯和齡等有机物和重金属、化学药剂理直接外排、±等无机物,如果不经处,对于水体壤及大气等环境都是有毒有害的。(1)对水体的危害。油田采油废水进入水体后,其含有的大量的油会在水体表面扩散成油膜,由于油膜的存在,氧气被阻隅,进而使水体中的溶解氧无法补充,导致水体中的生物大量窒息死亡。重质油沉积于水底或附着在河床上,会释放有毒性的分解产物,影响水生生物的生长、繁殖。采油废水中的多环芳控、石油炫、苯和酶等有机物进入水体后,水生生物吸收和富集这些有毒物质后会发生突变,另外,通过食物链的传递,这些有毒物质最终会进入人体,导致人体发生病变,危害健康。(2)对±壤的危害。油田采油废水进入主壤后,会吸附在±壤表面和空隙中,形成油膜,破坏±壤团粒结构,同时阻碍止壤通透性,影响±壤中微生物的生长、繁殖。另外,一一采油废水中富含的反应基团方面会消耗止壤中的无机氮和磯,另方面,限制硝化作用和脱憐作用产生无机氮和磯,从而使主壤中的氮和磯不断减少,丧失±壤肥力。采油废水中的油类进入主壤后还能附着在作物的根部,阻碍其营养吸收和呼吸作用,造成减产或死一t。旦有毒有害物质被作物吸收,最终,通过食物链的传递还是会危害到人体健康。n硕±研究生学位论文第一章绪论3(3)对大气的危害。油田采油废水扩散成油膜后,在自然环境下,部分有毒有害物质会挥发,挥发的有毒物质最终会危害周围环境和大气。13.国巧外油田采油废水处理发展现状近几年,石油工业的产水量和用水量都很大油田开采产生的水主要有油田开采废水、钻井废水及洗井废水,除了产水大量的采油废水之外,还需要向底层回注用于驱动地层压。力,这部分回注水量也相当大为了满足用水量,往往需要就地或从外地取水回往到地层。目前,采油废水资源化可W有W下用途:(1)外排。经过处理后的采油废水,在各项指标均达到国家排放标准后可W直接排放。(2)回注。油田采油废水通过有效的工艺处理后达到回注标准,可W回注到原地层或其他油田地层90%。。我国油田的采油废水处理后用于回注(3)油田作业。油田开采钻井的清洗和维修均可使用经过处理后的采油废水。(4)其他用途。在某些地区,油田采油废水采用深度处理后,可W用于农田灌概、畜牧养殖,甚至作为饮用水。油田采油废水最佳的处置方式是资源化再利用,针对采油废水的特点可从除油、去除悬浮固体、去除大分子有机物、脱盐、降低硬度等方面进行处理。其中含油量和悬浮固体量是采油废水化理的主要控制指标。对于油田采油废水的处理方法主要有物理法、化学法和物理化学法及生物法。13.1物理法11.3丄重力分离法重力分离法是利用油和水之间的物理特性不同,将油田采油废水中的乳化油、分散油、及浮游的油去除。主要的分离技术有自然沉降、离屯、水为旋流法、气浮法等。重力分离法的优点在于运行效果稳定、、费用低且对废水的适应能为强维护管理方便。其缺点在于不易实现自动化,不适用于处理量大量的油田废水。目前,隔油池和气浮装置是最常用的重力分离设备。隔油池主要用于浮油或破乳后的乳化油的去除,其设备占地面积较大。气浮装畳的作用原理是利用废水中被高度分散的微小气泡粘附悬浮物,使其随着气泡上升到水面而被分离。郭化油、重质油和疏水性固体悬P'ni浮物可被气浮去除。SHAMRANI等采用溶气气浮法处理油田采油废水,采油废水首先进行絮凝预处理,絮凝剂采用硫酸错(Al2(S〇4)3),然后进行气浮处理,实验表明,进水的含油量为lOOmg/LfW。时,通过气浮可将废水中的油基本去除陈巧讳等在隔油池后设置了满凹气浮装置(CAF),石化废水经过处理后,其含油量从L〇牌200m/L下降到lOmg/W下5/〇。g,油的去除率可达到9n一4第章绪论硕±研究生学位论文朱东辉等采用旋切气浮法(MAF)对采油废水进行处理时,固体悬浮颗粒和油的平均"[1去除率可^分别达到69.2%和81.4%。DengSB等人采用聚结器与横向流分离器相结合,聚结器加速了小油滴的聚结,缩短了分离部分油滴的上升时间。在处理聚合物浓度低于410mg/L的聚合物驱采出水时,能满fW足后续的过滤要求。ZhangLH等人采用新材料及横向流设计的油水分离器处理兰元复合驱含聚采出水,it分离效率高于98%,排放水中油浓度减少到600mg/L,平均油滴粒径约6nm\1.3丄2物理吸附活性炭、聚合材料、有机粘粒、树脂、沸石等多孔介质利用其自身的吸附性能够有效的去除废水中的有机化合物。物理吸附法被应用到采油废水处理中,其对采油废水中的石油煙类具有很好的处理效果。Carva比0等利用高分子聚合物对油田采油废水进巧处理,其中,所用的高分子聚合物是利用用二乙稀基苯(DVB)及甲酸丙稀酸甲酷(MMA)合成的。fW。通过评估可知,这种高分子聚合物对油田采油废水中的石油类去除率可达89%物理吸、、乙苯等苯系物(BTE巧等采油废水中的溶解附试验研究表明,有机粘粒不仅对苯甲苯tW控类化合物具有很高的去除率,还可W彻底去除采油废水中游寓的石油轻。Janks和Cadena利用沸石对采油废水进行处理,通过研巧得出,沸石能够有效的去除采油废水中的peiTE ̄苯系物:X,其去70%85%。(B)除率可达1.3丄3水为旋流技术水力旋流技术的原理是采油废水在有压条件下,W较高的速度与圆筒器壁切向进入,在圆筒内高速旋转流动,高速旋转会产生巨大的离也力,由于油的密度小于水,因此在离P1也力的作用下油类会聚集在内部1,而水分散在外圈,从而实现油和水的分离。位于美国德州西部的PermianBasin油田在其工艺流程中引入了水力旋流技术来替代原有的隔油及浮选单元,从而实现了将含油量为200mg/L、TDS为10000mg/L、硬度为20001^mL1一g/L、硫化物为500mg/的采油废水转化为蒸汽锅炉用水。王尊策等自行研发了种动态水力旋流器,通过现场试验表明这种动态水力旋流器可W将采油废水中的油从PS1?11.8g/L降低到0.02g/L左右,其去除率可达95%。Deng等处理大庆油田采油废水时,在油水分离器中填充了聚合物,使油气和沉淀物分别从顶部和底部排出,经过处理后的出P4水中含油量可W降到lOOppm^1.3丄4蒸饱法蒸饱法的原理是利用采油废水中的溶解性姪类物质和水的沸点不同实现油水分离。在蒸馈填料塔内,由于许多炫类和水能够形成共沸物,因此沸点低于水或者沸点高于水的炫 ̄类有机物都能进入蒸汽相,通过拴制水的蒸发量为进水量的5%20%可高效分离油和水。1999年,蒸馈法开始用于处理稠油废水,该工艺主要是和石灰歡化及弱酸离子交换系PS1统联用,将蒸发装置与结晶装置组合,可用于直流蒸气锅分离器排污的处理。2004年W后,基于经验和数据的积累,蒸傭法开始直接用于除油后SAGD采出水的处理。蒸发后的水进入汽包式锅炉可产生100%干度的过热蒸汽,然后直接进行SAGD油田n一硕±研究生学位论文第章绪论5的注汽。至今为止,在国外有大约14套的调油废水蒸发装置在运行或在建。未来将有12套稠油废水蒸发器陆续投入使用。蒸发法处理油田采油废水工艺逐渐取代原始的石灰软化26-27[]及弱酸离子交换工艺,标志着SAGD技术的经济、技术性提升。1.3.1.5过滤法过滤法是利用过滤装畳对油田采油废水进行处理,。采油废水经过过滤装畳其含有的悬浮固体颗粒和油会被过滤介质或滤饼拴截。按照过滤介质可将过滤法分为传统式和膜过滤。该方法对油的去除率很高,其出水水质能够作为低渗透油田的注水,工艺和设备简单,一ODCOD并且能定程度的降低油田采油废水的B和值,运。但过滤法处理水量较小行中,且过滤介质不易再生过滤介质容易发生污染、损害和堵塞等问题。当处理水量大且出水水质要求较高时,过滤法需要进行严格的预处理。1.3丄6膜分离法、工业目前,膜分离法己经广泛的应用于生活污水废水处理工艺中,但采用膜分离法i处理油田采油废水还处刚刚起步,处于试验研巧阶段。Smms等采用膜分离法对加拿大西,当使用化8^ml陶瓷微滤膜时部油田含聚废水进行处理,经过预处理后,整体工艺出水的含油量和悬浮物含量分别低于20mg/L和lmg/レ当使用聚合物超滤膜时,维持过滤速度2psj ̄90m-20m在59L/(h,处理后的出水含油量可低于g/L。MarcelMelo等在对己西东北部)某油田采油废水进行试验研究时,,采用了联合膜处理(RO/NF)工艺试验主要是去除采油废水中的油类和悬浮固体,同时考察膜分离法对无机盐的去除情况,使其出水可用于二次回注或灌概。试验研巧表明,当跨膜压力维持在15bar3.5mVh,过滤速度维持在时,采油废水经过预处理和RO/NF工艺处理后,含油量、有机物含量、TDS、无机盐可W有效去除,其中TDS的去除率可稳定维持在95%左右,从而达到灌概、回用、回注、外排等水PWUA质要求。H等处理油田采油废水时,采用了陶瓷微滤膜,当进水含油量为250mg/L时,TOC的去除率为95.8%;当进水含油量为lOOOmg/L时,TOC的去除率为98%;当进Wfl2000mOC9-水含油量为g/L时,T的去除率稳定在8%。CUI等采用NaAAxAl2〇3微滤膜-i处理油田采油废水,结果表明50,,L/nvh,在压力为kPa微滤腺孔径为1.2Mm进水流速为85PU99时,废水中油的去除率可大于%,再生可采用热水和碱液反复冲洗。12.3.化学法和物理化学法油田采油废水中含有大量的溶解性物质和胶体,采用化学法和物理化学法处理工艺启动时间短、便于调节和管理。目前,常用的化学法和物理化学法包括浪凝法、吸附法、氧gpwi化法、电化学法、超声波法等。1.3.2.1混凝法混凝法的作用原理是向采油废水中投加混凝剂,使废水中的胶体粒子失去稳定性,再通过吸附架桥作用凝聚在一起,凝聚体的逐渐变大,从而使采油废水中的可溶性杂质和悬浮固体被吸附或网捕去除。游凝法处理采油废水的优点为加药量小、pH值适用范围广及处理效率高等。n一6第章绪论硕±研究生学位论文一eC常用的海凝剂可分为两种,种是无机盐类,主要有Fl3、FeS〇4、Fe2S〇43、Al2(S〇4)3、()KA一KS04)2、Na3Al〇3等铁盐和铅盐;另种是高分子类,主要包括聚丙賺醜胺、硫酸铅铁、聚合氯化铅等。刘巧等采用混凝法对采油废水进行试验研究,混凝剂选用的是FeCls,通过正交试验,得出的采油废水处理最佳条件为:常温、FeCk投加量为25mg/L^、pH值为8、PAM投加量为0.75mg/L。经过处理后的出水COD值从3815mg/L下降到1034mg/L,其去除率为WW72.9%。ZENG等采用混凝法处理采油废水,使用的混凝剂是由聚丙筛酷胺阴离子(A-PAM)PZSS和聚合珪酸锋()复合而成的,对油的去除率可达99%,出水悬浮固体41[1浓度可降低到5mg/LW下,可W用于回注。1.3.2.2吸附法吸附法的作用原理是利用亲油牲的吸附材料来吸附采油废水中的油类、悬浮固体颗粒及溶解性有机物。吸附法可处理采油废水中难降解的大分子有机物,且效果显著,因此近年来受到广锭关注。目前,可用于采油废水吸附的材料有活性炭、陶粒、石英妙、煤炭、稻草、木屑、吸附树脂等。活性炭是最常用的吸附材料,可有效去除采油废水中的溶解油、一?番L化油及分散油般財油的吸附量约为3080m/,,,但其吸附容量有限,gg且再生困难一处理成本高,因此般用于采油废水后期的深度处理。马雅雅等采用GAC吸附法和混凝、二次絮凝法相结合,对气田聚横泥浆姑井废水进30-200mL行处理,水样为普光13井钻井废水,水样的最佳处理条件:活性炭投加量为40g,阳值为1.5,吸附时间为1.5h,经过吸附后的处理效果是出水色度接近0,COD去2+Fe一除率大于90%,最后经过H2〇2/氧化法的处理后,出水的各项指惊均可法到国家级排42lt放标准。高赛男等采用颗粒活性炭(GAC)对胜利油田乐安联合处理站经过预处理的采油废水GAC对生物处理出水COD ̄(7080mL进巧吸附处理,考察了g/)的处理效果,结果表明,°35?AC当摇床温度为C,转速为lOOr/min,H为8.09.0时,G静态吸附2h内,CODp去除率可达50%,同时发现在吸附过程中,GAC对不溶于水且非极性的窗代姪的去除效果最好,可达80%!^上,出水水质可达排放要求1.3.2.3氧化法化学氧化法的作用原理是利用氧化剂将采油废水的大分子有机物质氧化分解为易降。解、小分子的无机物或有机物。该方法可W单独使用,也可W和其他方法联用目前,新兴的高级氧化法己经开始应用于采油废水处理。高级氧化法是在低pH值条件下,利用啓基自由基的强氧他性,将采油废水中的大分子物质氧化为无机物质、&0及C化。高级氧化法适合同其他处理方法联用,这样不仅协同作用好,还大大降低了处理成本。目前,应用最多的富级氧化法有:NaClO氧化法、〇3氧化法、&〇2氧化法、Fenton法、湿式氧化+2[W法(WAO)、UV/〇3、UV/H2O2、UV/H2〇2/Fe、半导体光傕化氧化法等。(1)NaClO氧化法。NaClO和Cl〇2在处理油田采油废水时作为氧化剂,可W有效的降解阴离子水溶性的n一章绪论硕±研究生学位论文第7NC一H聚丙稀醜胺和聚两稀酸醋等聚合物。alO氧化法的优点是用量小,般为2化或N浊化一用量的五分之,其缺点是不能回收废水中的有用物质,实现资源化,且反应条件控制不好会造成二次污染。(2)〇3氧化法〇3氧化法的作巧原理是〇3在水中分解出中间产物如哲基自由基,这些中间物质通过,。〇化法的优点是具有脱水和杀菌作用改变有机大分子的分子结构使其最终得到降解3氧,降解后的出水可生化性好,且不易产生二次污染,。目前&氧化法主要是作为预处理设置在传统生化处理工艺之前,单独处理效果不明显。(3)Fenton法Fenton试剂是由过氧化氨水溶液和亚铁盐组成的Fenton,法的作用原理是亚铁离子可,W催化过氧化氨产生哲基自由基,哲基自由基具有很高的反应活性从而能够用于油田采油废水中大分子有机物的降解,且降解速度较快。Fenton试剂己经在多种工业废水如食品、en—制药等产业废水中广泛应用。目前,Fton法单独处理油田采油废水效果不佳,所W般与混凝法、生物法和活性炭吸附法等联用研究其整体条件的优化。(4)湿式氧化法湿式氧化法WAO)的作用原理是在高温高压环境下,向液相中通入空气或直接通入(氧气,通过氧气的氧化将废水中的有机物和无机物去除。湿式氧化法可用于处理各类高浓度、常规难降解的工业废水和垃圾渗滤液等有机废水。1.32.4.电化学法一电化学法有两种常用的,种是电解气浮法,主要是通过电解在采油废水中产生氧气和氨气,形成无数微小的气泡,在浮力作用下去除废水中的悬浮颗粒,且去除率较高,常一种是电解絮凝法用于采油废水回注处理,金属被氧化为离子形式,进而发生水解絮;另凝,在絮凝作用下去除废水中的悬浮物质和微小颗粒。李志健等使用铅电极气浮处理模巧采油废水,获得的最佳处理条件为:初始pH值为7.2lO120min、极板间距为mnu电流强度为A、反应时间为,处理废水的含油量为500mg/L^51油类去除率可达89.6%。庞娟娟等采用阳极为错,阴极为铁对油田采油废水进行电解试验研究,其处理后的出-.N去73NH.2985水C0化%和.%,能够达到国家二级排放标准,和3除率分别为1.3.2.5盘析法一定量盐盐析法的作用原理是向油田采油废水中投入,压缩油界面和水界面之间的双电层厚度,从而使油巧相互聚集失稳,进而被去除。盐析法的优点为工艺流程简单和操作一。。目前,应用较多的是作为初级处理工艺盐析法的缺点在于其投药量大运行费用低,?般为15%,设备的占地面积较大,凝聚析出的速度较慢,油水的分离时间至少在1天W上,而且不适用于处理表面活性很高的乳状含油液体。n一8第章绪论硕±研巧生学位论文1.3.2.6超声波法超声波具有空化效应一,适用于处理且具有定粘度的低浓度成膜液体,其施加的超声福射超过成膜液体的空化闕值,从而在溶液中形成负压,产生大量的微气泡进而形成高温高压条件及巨大的水力剪切力,聚合物断裂形成自由基,然后重新组合。超声波法具有W下两个理论:一?(1)空化理论。在液体中,超声波的波长般为0.01510cm远远超过超废水中的分,子尺寸,因此声波不是直接利用其声波作用来降解有机物,而是通过空化产生大量的空化气泡来降解废水。(2)自由基理论。空化作用可W在废水中形成高温、髙压环境,分子断裂产生自由一>基。由于自由基存在电子,所1^1活性高,容易进步形成稳定分子。-2FrancescaCavalieri等采用超声波法处理采油废水,在液面20khz、200WAn超声30s,2m通过浮选和反复清洗得到溶解酶素微气泡,在改性时间为in和15min时形成的微气泡直径分别为肚2|xm和4±1畔1;当超声时间缩短到15s时,改性15inin,形成的微气泡直径W为10±2nm。ZhanwenXing等采用超声波法处理由PEG40S、NaCl和Span60配制的乳90%twXU淑形成的的微气泡直径可小于邮m。等采用超声波法处理采油污泥时,最佳49t3处理效果为污泥中的含油量降低了55.6%。1.3.3生物法生物法的原理是利用微生物的代谢作用,将油田采油废水中的大分子有机物降解为小分子有机物或无机物,将有毒有害物质降解为无毒无害物质,从而使废水得到净化。生物法主要可分为厌氨生物法、好氧生物法和自然生物法1.3.3.1厌备生物法在厌氧条件下,废水中的厌氧菌(兼性厌氧菌和专性厌氧菌)可W通过生物降解作用将采油废水中的有机物转化为小分子的有机物或无机物。厌氧生物法具有下优点:(1)有机负荷局,占地面积小;(2)在降解有机物的同时产生甲烧,甲烧可回收利用;(3)污泥产量小,其剩余污泥处理费用低;(4)运巧费用低、运行维护简单。目前,厌氧生物法已经成为降解有机污染物的重要技术。油田采油废水中的含有多环芳控类难被生物直接降解的高分子有机物,经过厌氧生物法的处理,可W使这类商分子有一2机物被微生物分解为醇类和有机酸,同时还可W去除部分S%从而提离采油废水的可生化性。1.3.2好氧生物法J好氧生物法主要有两种一,种为活性污泥法,该方法是利用曝气池内的活性污泥絮体将微生物固定,再通过污泥絮体的吸附作用将废水中的有机物吸附,为微生物提供营养物质一,从而实现生物降解采油废水,目前,常用的活性污泥法为SBR;另种为生物膜法,n硕±研巧生学位论文第一章绪论9该方法是使微生物附着在生物滤池内的载体上,废水自上而下通过生物滤池,与微生物充分接触,从而被微生物降解去除,目前,常用的生物膜法工艺有生物接触氧化法、生物滤池和生物滤化床等。1.3.3.3自然生物法自然生物法的代表是氧化塘处理工艺,目前应用氧化搪处理采油废水己经获得成功,其出水能够达到国家排放标准。ChenWu等先用API隔油池和气浮装置处理采油废水,其,生物停留时间超过20d后出水的含油量为40mg/L然后进入氧化塘,其最终出水的含油量可降低到18mg/LW下54-55[1。综上诉述,生物法在处理油田采油废水方面具有很强的优势初旭等处理卿嘛甸油田采油废水时,使采油废水依次通过离效油水浮选装置、生物反应器、高效固液浮选装置,最终获得的出水能够达到排放要求,同时污油的回收率可W达〇口6-57到]94.85/〇。包木太等在对胜利油田采油废水进行现场处理模拟试验时采用了生物接触氧化法。在-接种PM1菌后,生化出水中的聚合物、油、悬浮固体願粒含量和COD、BOD和平均腐蚀率等指标均能达到回注水要求。魏泽刚等针对油田采油废水处理难度大,提出了在气浮装畳、过滤出水水质差等问题一和级过滤装畳之间加入了生物反应器,采池废水中的乳化油等有化大分子物质被微生物分解为水和二氧化碳等无污染的无机物,通过这种组合工艺流程获得的出水再低渗透区块wif能满足回注要求。与化学法相比,生物法具有处理工艺环节少、无二次污染等优点。但目前依然存在许多间题:(1)实际工程占地面积大、投资高;(2)水力停留时间较长;(3)耐盐、耐高聚物微生物培养繁殖困难。14.谋題研巧的目的及煮义近几年,俾随我国油田的开发大部分进入到中后期,油田的含油量不断降低,含水量相应的不断增加,致使石油开采率下降。为了提高石油开采率,聚合物驱H次采油技术被H次采油技术有两方面问题一广泛应用到各大油田。目前,聚合物驱,方面是采用聚合物驱油现场需要大量的清水来稀释聚合物一方,导致了送种工艺对淡水资源消耗量很大;另面,在油田采油过程中会产生大量的含聚采油废水,直接外排到环境中会造成严重的污染,因此将油田采油废水资源化、,使其化理后的出水能够实现直接排放回注和再次利用已经一个聚合物驱H次采油系统中亟待解决的问题成为。油田采油废水具有含油量髙、含盐量髙、矿化度高等特点,同时采油废水的组成成分此,采用常规的处理工艺难。复杂也加大了其处理的难度,因!^达到外排或回用要求传统n一10第章绪论硕壬研究生学位论文’‘‘’的老H套工艺通过隔油一一浮选—过滤处理油田采油废水的出水无法达到回注水水质要求和直接排放的国家标准。采用物理化学方法处理油田采油废水时,虽然能够得到明显的处理效果,但其加入的大量药剂使处理费用相对较高,同时还存在二次污染问题。采用微生物法处理油田采油废水,与化学法相化,无需加入过多的药剂,处理的工艺环节少且二次、,无污染,但生物驯化时间较长,且耐高聚物耐盐微生物难W培养同时由于油田采油废水的水质变化对生物冲击较大,因此难W达到稳定的处理效果。一的处理工艺难W经济有效的处理油田采油废水综上所述,采用单,因此探索最佳工艺组合和处理方法是当前采油废水处理的关键问题。1.5本谏题试验方法简介1.5.1铁碳微电解法1.5丄1铁碳微电解的基本原理铁碳微电解法是基于腐蚀电化学产生的,将铁和碳送两种具有不同电极电位的物质直一接接触在起,浸泡在电解质溶液中,使其发生电池效应,从而形成无数个微原电池。铁一作为阳极被腐蚀消耗,伴随电化学腐蚀,产生了系列惦同作用如吸附、絮凝、架桥、卷扫、电化学还原、共沉、电沉积等。具体来说,主要有W下几种作用:一一(1)原电池反应。铁碳微电解试验般采用定比例的碎铁屑和活性炭作为电解材料,酸性麽水作为电解质溶液,游合均匀的碎铁屑和活性炭在酸性废水中呈静态床形式。通过电化学反应,从。微原,在铁屑和活性炭之间产生电极电位差而形成无数个微原电池一电池包括微观电池和宏观电池,微观电池是由铁屑本身具有的微小的碳化铁願粒及些化学电位化纯铁高的杂质引起的,而宏观电池则是由加入的活性炭与铁屑直接接触而形成一的,相当于在微电池腐蚀基碰上,铁屑受到进步强化的腐蚀及微电解作用。在原电池反应中,铁屑作为电池反应的阳极,活性炭作为电池反应的阴极。反应式如下:2+02+一?^-6?[6〇44¥阳极(6626一?66/为.(3.1)),()+?+阴极(C):2H+2e一2町一吐.E(H/H2)为0V(3.2)]富氧条件下还可产生如下反应:+0+4H+〇2+4e一2H20.£(H伯2〇)为1.23V(3.3)从式3.3可W看出,在酸性富氧条件下,电极间的电位差最大,铁屑腐蚀最快,即废水处理效果最好一。这是因为向废水中充氧,方面,氧气可W在铁碳微电解过程中与废水一中的有机物进行反应,有利于某些有机物的氧化,从而提高采油废水的可生化性。另方面,可W增加对铁碳微电解体系的揽动,减少结块和浓差极化,能及好使铁屑表面的铺化膜脱落,还可W提高出水絮凝效果。2+(2)在酸性废水中,铁屑表面产生的大量出生态Fe和H原子具有极高的化学活性,能够使废水中的大分子有机物的结构和性质发生改变,使有机物发生开环、断链等作用,n一硕±研巧生学位论文第章绪论112+如芳香化含物裂解为芳香胺;对于含有重金属如Cl产、Pb离子的废水,铁能直接将其置+一2换,e,进而沉积在铁表面同时这过程还能强化微电解作用;初生态的F和H原子还能0—灯〇——将N3、4、化〇7等强氧化性离子还原。(3)吸附和附集作用。微电池的电极周围存在电场,溶液中的带点离子和胶体能够附集在电极上,最终通过沉积去除。微电解通常采用的铸铁屑、焦炭及活性炭等比表面积大且表面活性高,能够吸附多种离子,且能够催化废水中有机物的降解。"3(4)絮凝作用。微电解产生的Fe、Fe义其水合物吸附絮凝活性较强,特别是在一碱性条件下,形成的Fe0H)沉淀和进步氧化得到的Fe0H淀的吸附絮凝作用更加(2()3沉2++一般絮凝剂水解FFeOHFFe3剧烈,其活性比e(0H、()沉淀和水解产物高。e、还具有)23沉淀作用,能够与氯根离子、硫离子等形成沉淀,使其直接被去除。废水中原有的悬浮物、产生色度的不性染料及微电解反应后产生的不溶性物质均可被吸附絮凝去除一,从而进步3++H3净化废水。当废水的p值较低时,Fe的主要存在形式为FeH2〇)6,随着电极反应的进(3+行,FeH2〇FeOH()6逐渐水解为各种磬基铁离子,最终水解为()3沉淀。1.5丄2铁碳微电解的持点,微电解法己经广泛应用于各种有机废水的处理工艺中近几年,随着研究的深入己日趋成熟。目前,pH值、处理负荷、铁碳比、铁屑粒径、停留时间、微电解材料的选择及组一合、通气量等是影响微电解的主要因素。这些因素有时还会影响反应的机理,般有W下几种情况:一= ̄(1)进水的pH值应调节为酸性,般控制在pH36.5,酸性越强越能促进微电解作用,,,,但酸性过强会消耗大量的铁产生的铁泥多增加后续处理负荷同时过量的酸还会破坏后续的絮凝体。随着微电解的进行,废水中的酸被逐渐消耗,pH值不断升高,微电解反应最终趋于缓和。一(2)停留时间的长短也直接影响到微电解的处理效果,般情况下,微电解的处理效果会随着时间的延长而提高,停留时间不足,则微电解反应不完全;但时间对微电解的一影响具有饱和性,即达到定范围后,再延长停留时间处理效果不再提高,同时由于停留时间过长会导致铁屑的消巧量大、返色等结果。不同的废水水质和污染物的种类不同,所需要的停留时间就各不相同。因此,针对特定的废水,应该通过试验研巧来确定其水力停留时间。(3)对微电解体系进行曝气,充氧有利于有机物或无机物的氧化,同时增加了对系,且能及时的使铁屑表面沉积的纯化膜脱落去除統的燃动,减少了铁屑结块,从而增加出水的絮凝效果。但曝气量过大会对微电解体系产生剧烈的扰动,缩短了铁屑和废水的接触时间,,从而降低有机物的去除效果。曝气除了能提供氧气还能促进阳极反应的进行,并。通过震荡、揽拌等作用减小浓差极化,促进电极反应的进行(4)向微电解体系中投加金属氧化物如CuO、Al2〇3、Mn〇2等催化剂,可W促进阴极的电解能力,提高其电化学活性,且反应效果明显。投加氯化钢、氯化钱等盐类,能够通过提高废水的电导率而促进微电解反应的进行。n一12第章绪论硕±研究生学位论文一(5)铁碳填料的比例也是影响微电解效果的主要因素之。合适的铁碳比,能够在一。废水中实现微电池数量的最大化,巧节约填料的同时获得最佳的处理效果般情况下, ̄铁碳质量比可控制在化530之间。铁碳比的具体值应根据填料粒径通过试验研巧确定。(6)填料粒径越小,其化表面积就越大,在微电解体系中能够形成的微电池数量也就越多,从而加速了微电解反应的进行,对废水的处理效果也越好。但实际应用中,选用填料的粒径过小会导致严重的板结问题。综合考虑,填料选用铁粉时,最佳的粒径应控制 ̄在6080目。但铁粉来源少,实际工程中多采用工厂的废铸铁屑。H一(7)微电解出水絮凝时调节的p值。微电解出水中通常含有定量的亚铁离子,不仅会使出水返色,还会干扰COD的测定,所W应该去除。目前最常用的方法是向微电解出水中加入碱,。,亚铁离子和碱作用生成墨绿色的Fe(0H)2从而被沉淀去除絮凝沉淀的一H?H9最适p值在88.5之间,通过计算获得理论p值为8.95,故般调节为W上。8一()不同的材料反应活性不同,对应的处理效果也不同。阳极材料般选用铸铁屑、一铸铅屑、小碎铁块、铅合金等,明极材料般选用活性炭、焦炭、石墨和煤粉等,因此微电解材料可W有不同的组合搭配。不同的姐合方式处理效果差异也很大。微电解工艺的优点为;"(1)废水处理使用的材料为废弃的铸铁屑或倒花,废治废实现了资源再利用,同时处理费用低。(2)系统构造倚单、装置易于制造、占地面職小、且可用于处理多种有毒有害废水,如电渡废水、石油化工废水、印染废水等。(3)设备使用寿命长,系统运行维护方便,微电解床只需定期添加铁屑填料即可,且从各实际工程运行情况来看,微电解工艺对废水的处理效果都很理想。微电解工艺的缺点为:一(1)铁碳微电解系统运行段时间后,容易出现铁屑板结及沟流现象,明显降低其处理效果。当微电解塔很商时,底部的铁屑在压实作用下很容易板结,沉积在铁屑表面发。生鈍化,从而降低系统的处理效果,因此微电解系统需要定期进行反冲洗(2)微电解反应通常是在酸性条件下进行的,因此出水的铁泥量很大,在絮凝过程一中产生的沉淀物较多,这增加了后续工艺的负担,而废渣的处理也成了个问题。1.5.2厌氧生物法厌氧生物处理是在厌氧条件下,厌氧微生物或兼养微生物利用自身的代谢作用将废水中的有机物降解为有机酸、醇、甲持和二氧化碳等物质的过程。。厌氧条件下,微生物处理有机废水主要是通过无氧呼吸和发酵作用完成的高分子难降解有机物的厌氧降解过程可W分为下凡个阶段:(1)水解阶段。在水解阶段,微生物能够释放胞外酶,大分子有机物在胞外酶的作用下分解为小分子有机物,从而能够透过微生物的细胞膜,被微生物摄入利用。例如,纤维素和蛋白质能够在水解阶段分别被降解为小分子的葡萄糖和氨基酸。n一章绪论3硕±研究生学位论文第1(2)发酵阶段。发酵阶段也称酸化阶段,水解阶段产生的小分子有机物在发酵细菌的作用下分解为简单化合物排出细施外一。这阶段的主要发酵产物有挥发性脂肪酸(VFA)、乳酸、醇类等有机物及氨气、二氧化碳、硫化氨和氨气等无机物。同时,较多的有机物质用于细菌细胞物质的合成,因此,经过酸化的有机废水比未经酸化的有机废水产生的剰余污泥少。(3)产乙酸阶段,同时。发酵阶段产生的脂肪酸和醇类等被用于合成新的细胞物质一步分解为乙酸进、氨气和二氧化碳。一(4)产甲院阶段。上阶段的产物在产甲烧细菌的作用下被转化为甲抗和二氧化碳。1.5.3好氧生物法本试验采用的好氧生物处理方法为活性污泥法,通过对活性污泥法原理和影响因素的分析,确定最佳试验条件。活性污泥法原理是通过驯化形成絮状的活性污泥,利用污泥自身作用和污泥中含有的一微生物的代谢作用实现废水净化,它,。活性污泥是种多化性胶体污泥含有多种细菌细茜种类至少有50多种,在活性污泥中还含有大量的原生动物。活性污扼的净化作用主要有两部分:首先是活性污泥自身具有吸附作用(主要包括物理吸附作用、电吸附作用及化学吸附作用),能够将废水中溶解性有机物、细小的悬浮固体和有机胶体吸附去除;其次是活性污泥中微生物的生化作用,有机物质被活性污泥吸附后,能过进入细菌体内进行氧化分解为氨、水和二氧化碳,新分,同时细菌能够利用氧化分解产生的能量进行繁殖代谢裂出的细菌使污泥吸附性能得到恢复,;在活性污泥中还含有大量的原生动物它们不仅能够代谢废水中的有机物,还能捕食废水中的细菌,从而减少好氧体系代谢过程中产生的污泥量。活性污泥法的主要处理过程如下:(1)初期吸附去除一(在好氧生物处理体系中,在废水最初与活性污泥接触的段时间通常为一5?BODlOmin)内,即有大量的有机物被吸附去除,这过程表现出很高的去除率。初期吸附过程是物理吸附,故新、电化学吸附及生物吸附共同完成的吸附作用形成的活性污泥具有很强的初期吸附能力。(2)微生物的代谢作用大量的微生物栖息在活性污泥表面,活性污泥通过吸附作用能够使废水中的有机污染物也附着到污泥表面,,这样就促进了有机物和微生物的接触微生物在其渗透酶的催化作用下,使有机物透过细胞壁被摄入到微生物体内。被摄入的有机物,在微生物体内各种胞内醇(氧化酶及脱氨酶等)的催化作用下被代谢分解。微生物对有机物的代谢分解可分为两部分一二:部分有机物通过微生物的氧化分解作用,最终变为稳定的氧化碳和水等无机物质一部分有机物被直接用于合成微,同时从中获取的能量可用于合成新的细胞物质;另生物的新细胞一部分微生物氧化分解有,即合成代谢,该过程所需要的合成能量来源于第n4第一1章绪论硕±研究生学位论文机物产生的能量。(3)絮凝沉淀废水中活性污泥颗粒在絮凝作用下相互聚集形成絮凝体和抓花,通过吸附作用将废水中的有机物不断的吸附到污泥表面一,活性污泥絮体体积的不断增大,当体积増大到定程,度后,活性污泥絮体会在重为作用下脱离水相通过沉淀去除废水中大量的悬浮固体颗粒和有机物,从而实现废水处理效果。1.5.4HO2/O23高级氧化法近年来,通过大量的应用研,臭氧氧化法在污水处理中得到广泛关注巧发现了其存在的一些问题,如臭氧的产生成本离,但利用率很低,这使得臭氧法的处理费用相对偏高;臭氧和有机物的反应具有选择性,如果臭氧浓度化或反应时间不足,有机物则不能完全矿一化,同时有机物分解过程中产生的中间产物对臭氧的进步氧化具有抑制作用。为了提高臭氧的利用率和氧化能力,应向臭氧氧化体系中加入催化剂,从而形成臭氧高级氧化过程(AOPs)。本试验选用的高级氧化技术是采用臭氧/过氧化氨氧化系统。一臭氧氧化法氧化废水中有机物的方式有两种:种直接氧化,即通过臭氧分子氧化有一机物,另外种是间接氧化,即通过臭氧分解产物(経基自由基)氧化有机物。臭氧/过氧化氯氧化系统不仅能直接利用臭氧和过氧化氨来氧化有机物,还能利用臭氧分解产物间接。氧化有机物,而过氧化氨的加入强化了轻基自由基的形成哲基自由基具有较高的氧化性,。/其效果比臭氧氧化强,且径基自由基对有机物的选择性低采用臭氧过氧联用,能够促进,。臭氧的分解反应,从而产生更多的矮基自由基提髙氧化效率臭氧/过氧化氨氧化机理如下:臭氧与水中的Of反应;.03+0H一H02+〇2;(5.1)H0—加入H202后,它会分解为2:+&+0一HO2+H3O(5.2)化战;H?CV是哲基自由基H0的诱发剂:—.〇3+H02一HO+〇2+〇2;(5.3)径基自由基产生后,会有如下链接反应:*—〇3+H0>H02+〇2(5.4);+〇—+〇32一〇3〇2;(5.5)-+H一.++0HO32OH002。(5.6)废水中的有机物M会发生W下反应:M+HO?一中间物或产物(5.7)M+03一中间物或产物(5.8)国内外在处理难降解有机废水研究中,高级氧化法凭借其特有的优势和发展潜力受到广泛关注。离级氧化法区别于传统废水处理工艺具有W下优点:n一硕±研究生学位论文第章绪论15(1)产生大量的哲基自由基(讯>),其氧化能力仅次于氣。哲基自由基能够将饱和控中的H提取出来,形成有机物的自身氧化;(2)氧化速度快,在高级氧化中,轻基自由基对大多数有机物的氧化速率常数可达69-'ii到 ̄i〇msi〇;(3)哲基自由基可直接与废水中的有机物进行反应,由于其选择性低,因此应用与处理多种有机废水,且反应的最终产物为水、二氧化碳及无机盘,无二次污染;一一化学处理法(4)反应条件温和,由于髙级氧化法是种物理,反应条件容易控制,对压力和温度要求低;一(5)高级氧化法既可W作为种单独工艺处理废水,又可W与其他工艺联合使用,可应用于生化处理前处理或后处理;(6)操作简单,便于设备化管理。1.5.5巧性巧(GAO吸附法1.1.5.5巧性炭的性巧一活性炭是种孔隙发达、比表面积巨大、吸附能力很强的具有特殊微晶结构的含碳材料。其性质如下;(1)吸附性吸附惟是活性炭最首要的性质。活性炭的扣隙结构发达及比表面积巨大是其具有良好的吸附性的决定因素。(2)催化性活性炭由于具有催化活性,在吸附过程中,常常会伴有催化过程。例如,活性炭在吸附二氧化硫时,吸附后会将其催化氧化为H氧化硫。(3)化学性活性炭的吸附过程既包含物理吸附,又包含化学吸附。活性炭具有吸附性不仅是因为一其孔隙结构和比表面积。活性炭是嫉、氨和氧组成的,,在定程度上还由于其化学组成其表面含有很多络合物和氧化物,如簇基、径基、内醋类、齡类、醜类、酸类等。这些物一一部分是在活化过程中或活化后在水蒸气及空气的作质部分是活性炭原料的巧生物,另用下生成的一。在活性炭表面还会有定量的硫化物和氯化物。此外,活性炭的还具有耐酸碱性、耐热性、机械强度好等性质。12.5.5.裙性炭吸附的原埋(1)空隙结构发达活性炭内部的微晶碳呈不规则排列,因此在交叉连接后产生许多扔隙结构,这竖孔隙结构肉眼不可见,,巨大的比表面积使得活性炭具有良,离度发这就如同人体的毛细血管好的吸附性能。(2)范德华力n化第一章绪论硕±研巧生学位论文虽然分子的运动受材料和温度等因素的影响,但由于范德华力即分子间具有的相互吸一。引力的作用,分子在微环境中始终处于无规则的运动状态在活性炭吸附过程中,当个分子从外孔隙被捕捉到内孔隙后,由于范德华力的作用,分子间相互吸引,使得外孔隙的分子不断地被吸引,最终使活性炭的内孔隙被填满。1.6研宛内容根据油田采油废水组成和难生化降解的性质特点,通过试验研巧,综合考虑各种处理、方法的利繫,采用化学法物埋化学法和生物法组合,共同处理油田采油废水,使处理后的出水达到排放标准。1.61.研巧技术路线与影响因巧预处理—铁碳微电解II厌氧生物反^丄/I生物^理丄 ̄好氧生^反忘 ̄ ̄丄/j高级氧化 ̄深蟲魔(GAC吸附困1.1采油废水研究技术路线Fi.hhnlflfig.11Theresearctecicarouteooieldwastewater(1)预处理试验,利用铁碳微电解技术预处理试验原水。通过各因素考察,确定工艺运行的最佳试验方案,研巧系统的处理效果。(2)生物处理试验,利用巧氧生物和好氧生物处理工艺对预处理工艺出水进行处理,确工艺运行中各参数的最佳值及系统的处理效果。(3)深度处理试验,拟采用H2O2/O3高级氧化法和GAC吸附法对生化出水进行深度处理生化出水。通过试验确定H2O2/O3商级氧化处理的过氧化氨投加量、进水pH值、反应温度、、反应时间的最佳值及系统的处理效果:通过试验确定采用静态吸附法活性炭投加量进水pH值、反应温度、反应时间的最佳值及系统的处理效果。通过试验确定动态吸附法。处理高级氧化出水的最佳滤速,在最佳滤速下系统的处理效果n硕±研究生学位论文第二章试验材料与分析方法17第二章试验材料与分析方法2.1试验药品与仪器212本试验中所涉及到的药品见表.,试验中所采用的化学药品见表.2。表2.1试验试剂Table.reenfexims21Theagtsoperent?名称纯度生产厂家号1HSO42分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司2Ag2S〇4分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司3HgS〇4分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司4K2C1O7分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司5H202分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司6邻菲罗琳分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司7FeS〇4分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司8硫酸亚铁锭分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司9盐酸分析纯天津巿科密欧化学试剂有限公司10氨氧化納分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司11硫酸铅神分析鈍天津市科密欧化学试剂有限公司口巧酸较分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司邻苯二甲酸13^分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司二氯14化隶分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司15氨氧化巧分析纯天津市科密欧化学试剂有限公巧16巧化乗分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司17酒石酸钟钢分析鈍天津市科密欧化学试剂有限公司18氯化锭分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司19破化卿分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司n18第二章试验材料与分析方法硕±研巧生学位论文表2.2试验仪器及设备Table2.2Theinstrumentsandequipmentsofexperimentsf名称型号号-1HH3p计p型2磁为揽拌器GSP77的型3曝气累V-604生化培养箱SPX系列5〇器TR-YCA型3发生6生化培养箱SHP-250型7电控恒温鼓风干燥箱DHG-9246型9电子天平1000-移液器1咕1000阵11溶解氧仪HQ30d便携式12生物光学显微镜E400-13红外测油仪0正8型M流量计剛2.2试验参数及检测方法2.2.1试验参数+-N本试验拟测定的参数有COD、NH4、PAM和含油量,其他参数还有pH值、DO、温度,检测方法见表2.3。表2.3水质分析方法Table2.3Analsismethodofwaterualityqy序号检测项目检测方法1COD。重络酸钟法+2NH4-N纳氏试剂光度法3PAM淀粉-贿化铭法4油红外测油仪5pHpH计6DO溶解氧仪7温度计徑2.2.2检测方法COD。W下均用COD表示)的检测方法!化学需氧量(COD)是在强酸条件下,使用重館酸钟氧化1L巧水所消耗的溶解氧量。COD是考察污水有机污染物含量的重要指标,能够间接反映水体的汚染程度。测定原理是n硕±研巧生学位论文第二章试验材料与分析方法19利用重络酸钟法对水样中的还原性物质进行氧化,然后1^试亚铁灵作为指示剂,使用硫酸亚铁钱回滴过量的重络酸钟法。根据硫酸亚铁锭的巧量计算出COD浓度。COD去除率的计算方法如下:-COD'COD怎m。"RCO。,。(2.1)心1式中:始化学需氧量(mg);一反应后的化学需氧量。+氨氮-N)的检测(NH4方法;++NH-N)H)氨氮(是由游离氨(NH3)和按盐(N4共同组成的,两者在水中的组成4比例取决于酸碱度和温度。当pH值较窩时,游离氨比例大,反么,则较盐的比例大;当。温度较高时,镇盐的比例大,反么,游离氨比例大氨氮的测定原理是在碱性条件下,贿一4?10化钟和破化隶可W与氨结合生产种胶态化合物,该化合物的淡红栋色在425nm波长+-下强烈吸收。氨氮(NH4N)去除率的计算方法如下:-NH.NNH:-N^?:_^似)丽t-Nin—i’L:进水氨氮浓度(m)式中g;i’-iV好/iV。。广出水氨氮浓度(mgI/)。PAM的检测方法;-PAMl油田废水中PAM的测定采用淀粉贿化络法。将[标准储备液(OOOmg/L),分l/别稀释为10,20,30,40,50,60,70,80,90,OOmgL的标准溶液,然后再分别取2mL测定其吸光度,W吸光度为横坐标,PAM浓度为纵坐标绘制曲线,见图2.1。口扫「=n-33x4‘9349。。yA玉00-2R-0,9998。—60-?I^巧巧40--20jK0I'<11100.2日.40.60.81吸化度Ate西2.1吸光度和PAM质量浓度关系曲线Fi.2.1TherelationcurveofAbsandPAMgL=L油田采油废水中PAM的测定:移液器取5m的醋酸纳缓冲溶液(pH5)加入到50mn20第二章试验材料与分析方法硕±研巧生学位论文容量瓶中,再加入2mL水样巧20mL蒸傭水,混匀,再加入2mL饱和漠水,反应lOmin51%)-W后加入mL甲酸销溶液(,混匀,静置反应5min后,加入5mL淀粉稱化烙溶液,l。混匀,反应Omin后用蒸饱水稀釋至刻度,在波长为590nra处测定其吸光度含油量的检测方法:含油量的测定:向500mL分液漏斗中分别加入5mL水样和245tnL四氯化碳,快速揽,cm石英比色皿中拌30min后,过滤取出萃取液加入到5,用红外测油仪测定其含油量。n硕±研巧生学位论文第吉章铁碳微电解预处理试验21第H章铁碳微电解预处理试验由于本试验的原水中含有大量微生物难降解的有机物,直接采用生物降解难W实现预期的处理效果,因此本试验首先采用铁碳微电解法巧采油废水进行预处理。通过正交试验。可W初步确定试验条件,然后再对每个影响因素进行单因素试验,从而获得最佳试验条件义1试验水质原水为隔油除砂后的油田采油废水,微黄色,有微弱的刺激气味,其水质情况分析见表3.1所示。表3.1采油废水水质Table3.1Characteristicoftheoilfieldwastewatersample—i- ̄-i^!^..LmL.-UCOD/mLp氨氮mCr/含油量/mgLPAM/mHp()g(Vgp()gp()gp??2803302530372.168717.53.2试验材料及施3.2.1试验材料?m铁屑选用电机厂生成的废料铁创花,宽度为13c。铁屑预处理:用20%氨氧化钢溶液将铁屑浸泡40min,去除其表面的杂质和油污,然后用去离子水冲洗多次至中性为止;再放入到3%的稀硫酸中活化40min,去除其表面的氧化物,然后用去离子水反复冲洗到中性为止。重复上述过程,直到铁屑完全活化,预处理后进巧干燥备用。 ̄lcm。活性炭选用再生活性炭,粒径在0.5活性炭预处理:活性炭的吸附作用会影响铁碳微电解的结果,用采油废水浸泡72h使其吸附饱和。预处理后进行干燥备用。2义.2试验装置及方法BiI投加铁眉扣湖■生巧^離¥--1曝气头2曝气系;图3.1试验装置图Fig.3.1Testsetupschematicn22第H章铁碳微电解预处理试验硕±研巧生学位论文一3.1所示,取1L采油废水,如图,调节阳值至酸性按照定比例投加铁屑和活性炭,曝气反应一定时间H值调节至碱性至有大量絮体奶花生。去除铁屑和活性炭后将p,揽拌成,静置40miii,取上清液测定各参数。义3正交试验结果及竹论正交试验设计是在众多影响因素中获得初步最佳试验方案的方法之一。包括W下步1)骤:(根据正交表安排试验2)综合比较3)获;(分析试验结果;(得初步最佳试验方案(4)分析影。;响因素的主次铁碳微电解处理采油废水的影响因素有:废水pH值、微电解反应时间、铁投加量、铁碳质量比等。确定正交试验各影响因素的水平如表3.2。设计正交试验表的原则是均衡43.233)分散搭配,由表可知该正交试验具有4因素水平。因此采用k(的正交试验表,试验及结果如表3.3。K值为同因素中相同水平的结果的平均数;民值为同因素中K的最大值与最小值之差。表3.2正交试验因素水平Table.2Llfthextft3evesoepenmenacors'm'水平反应时间/min铁投力n量/I;铁巧质量比(g)^^1330250x1.0iTl52445xl1.67〇2:15x351.251〇^^表3.3正交试验结果Table3.3Theresultoforthogonalexperiment-iH反应时间’编号p/min铁投加量/(mgL)铁碳质量化COD去除率/% ̄s13302.5〇xl〇^523451.67xl〇2:148.7*33601.25x103:144.6544301.67x1〇3;154.354x5451.25l〇1:151.5564602x.5〇21纪8l〇:.^7530.x1.125021344:5x85452.5〇1〇3.:1416595如1.67xl〇11%.l;.145474452K147.5..K252.947.346.445.3K3巧.444.543.546乂R^^^综合比较分析表3.3试验结果可知:n硕±研究生学位论文第云章铁碳微电解预处理试验巧>R>R(1):RH15.5投加量)为3反应根据正交试验的歷著性分析结果(p值)为(铁.9(时间为2.8>R铁碳质量比为1.6,可知在本试验反应条件下,影响铁碳微电解预处理采)()油废水效果的4个因素中影响最大的为pH值,其次依次为铁投加量、反应时间、铁碳质量比;5ix,I/(2)试验初步确定的最佳试验方案为;pH值为4,铁投加量为L67l〇mg,反应时间为30min比为3:1.,铁碳质量正交试验结果表明一(3),铁碳微电解预处理采油废水具有定的效果,初步去除率可W达到54.3%。义4单因素试验结果及讨论为了进一步确定铁碳微电解预处理采油废水中各因素对处理效果的影响及各影响因。素的最优值,在分析正交试验结果的基础上,进行了4组单因素试验5-i一x,组较优的试验条件:.67l〇inL通过正交试验获得了pH为4,铁投加量为1g,反应时间为30min,铁碳质量比为3:1,在此基础上选择合适的试验梯度和区间,依次改变某一因素一,其他因素保持不变,从而确定单因素对铁碳微电解体系的影响。3.4.1阳值对COD去除率的巧响5i30m,in1.67X10mU在室温条件下进行试验,保持反应时间为,铁投加量为g,铁碳质量比为3:1不变H2、3、H为4、pH为5和pH为6条件下对采油,依次在p为pH为p废水进斤微电解,在碱性条件下絮凝沉淀后,取上清液测定COD值,计算COD去除率。试验结果见图3.2。60「50-垫30-02。-U玉幻-I011''23456pH留3.2H值对COD去除率的影喃pFi?义2TheefectofHonCODremovaleficiencgpyn24第H章铁碳微电解预处理试验硕古研巧生学位论文由围3.2可知,pH为3时铁碳微电解对采油废水的降解效果最好,COD去除率可W达到54.5%。总体来看随着pH值的减小,COD去除率逐渐増大。这是因为降低pH值,有利于原电池的形成,能够产生更多的亚铁离子和铁离子,并能增强新生态氨和铁离子的还原性作用。但当pH<3时,COD去除率有所下降。这是因为酸性过强破坏了后续的絮凝2+体,且过多的Fe会干扰COD值的测定。同时,pH值过低会消耗大量的臉消耗铁屑的量也会増大,使得铁泥的产生増多,因而增加了后续处理负荷。因此在实际工程中应对处理效果和成本进行综合考虑。3.4.2铁投加畳对COD去陈率的巧响在室温条件下进行试验,保持pH为3,反应时间为30min,铁碳质量比为3:1不变,55555-ixXXx’l167X依次调节铁投加量为.〇〇l〇、1.250、1.10、2.5010和5.0〇l〇mgL测定微电解在不同铁投加量条件下的COD值,计算COD去除率。试验结果见国3.3。60r ̄#5。40《栅/盗30帮〇20-U10-11110I玉.001.251...57250500i的n.L铁投化量/Ug)困3.3铁投加量財COD去除率的影响Fi.3.3TheeffectofFe/H〇onCODremovalefficiencg2y5'x,由图3.3可知1.67l〇mU化增加铁投加量能够使COD去除率,当铁投加量小于g5ix,l增加.67〇mI;时,再増加铁投加量对COD去除率变化影响不再明;当铁投加量大于1g显。这是因为铁投加量会影响铁碳微电解的负荷,过低的铁投加量会使体系的负荷过大,。废水反应不完全,从而降低处理效果为防止铁碳板结,并考虑到经济因素的问题,确定5—i,167xL铁投加量为.l〇mg。3.4.3反应好巧对COD去除率的巧响5'Hx,在室温条件下进行试验3,铁1.67l〇mU:1,保持p为投加量为g,铁碳质量比为3一不变inmin取D值,试验时间为60m,每隔lO次样,依次测定各个反应时间下的CO,计。算COD去除率.预处理试验结果见图3.4n硕±研巧生学位论文第H章铁碳微电解预处理试验2560「*S。4。^《</r嫌30-溢20-4W〇810-111110I102030405060时间/mm困3.4反应时间对COD去除率的影响Fi.ffig.34TheeffectofreactiontimeonCODremovaleciency由图3.4可知,在30minl^内,COD去除率随时间的増加而増大;30min后,随着时间増加,COD去除率变化不甚明显。这是因为微电解反应在富氧情况下速度相对较快,而试验的采油废水COD值较低,因此在较短时间内就能够达到预期的预处理效果。但反应2+Fe时间过长,,则会产生过多的影响分光光度法COD的测定。当试验稳定运行时一般COD,重复试验的实际结果通常会有较小波动(去除率的波<4%一动值)。使用段时间后,微电解体系的处理能力会出现逐渐下降的现象,甚至出现COD回升的情况一。这是由于铁碳微电解体系具有很强的过滤和吸附作用段时间的,经过反应后,特别是浊度较大的废水,大量的沉积物沉积在铁、環表面和缝隙中,最终会紧密包裹在铁、碳表面,阻止铁、碳的有效接触,导致电解过程中断,另外铁表面形成的鈍化膜也会降低处理效果。此时,必须使用3%的稀盐酸对铁、碳填料进行活化处理,从而有效去除表面的沉积物和纯化膜。因此,试验反应时间选30min为宜。3.4.4铁叛巧量比对COD去除率的影响5iHmnx-在室温条件下进行试验3,30i,1.67l〇inU,保持p为反应时间为铁投加量为g不变1、2:1、3:1、4:15:1。,依次调节铁碳质量比为1:和测定微电解在不同铁碳质量比条D。件下的CO值.试验结果见图3.5n26第S章铁碳微电解预处理试验硕±研究生学位论文50「巧-诗4。《3〇|/普2。-810-0I111'玉:玉2:13:14:15:1铁碳质霉比国3.5铁碳质量比对COD去除率的影响Fig.3.5TheeffectofFe/ConCODremovalefficiency由图3.5可知,COD值随铁碳质量比的增加而増大,当铁碳质量比达到3:1时,去除率最大,随后逐渐降低。这是因为微电解是建立在原电池腐蚀反应基础上的,在酸性液体中,铁屑受到的是铁与碳化铁組成的微电池的腐蚀,力日入碳粉后,又受到铁与碳组成的宏观电池的腐蚀,从而提高COD去除率。但铁碳质量比过大会使单位体积内碳粒减少,反3:1的铁碳质量比而抑制电解反应,使去除率降低。根据试验结果选取,获得微电池数量的最大化,进而实现最佳的处理效果。51m,综上所述;H为7xl〇1/,单因素试验获得的最佳试验条件为p3,铁投加量为1.6g,反应时间为30min,铁碳质量比为为3:1。3.4.5最隹试验条件下的处理效果5i铁投加量为7xm,在最佳试验条件下:即pH为3,1.6l〇gU,反应时间为30min,铁碳质量比为3:1对采油废水进巧预处理,W试验次数为横坐标,COD的去除效果为纵坐标+3NH-绘制曲线,具体情况见图.6,再W试验次数为横坐标,4N的去陈效果为纵坐标绘制3.7曲线,具体情况见图。n硕壬研巧生学位论文第立章铁碳微电解预处理试验1135060「1'夺??"????.58扣。-;I200-泌:g訖S-48—■圓若-?150II■:〇%-45-4—进水COD浓度-44100-出水COD浓度-43-^COD去除率;J至^''''*''' ̄ ̄50?4012345678910时间/d图3.6铁碳微电解对COD的去除效果Fig.3.6TheefectofironcarbonmicroelectrolysisionCODremovalefficiency如图3.6所示,铁碳微电解对COD具有稳定的处理效果,进水COD浓度平均值维持在リ63mL左15.2m/L531.g/右,出水COD浓度平均值维持在3g左右,因此平均去除率为.%左右。50-w—気氮去除率20--* ̄PAM去除率10-4油的去除率Q[IIII1IIII12345678910时间/d图3-.7铁碳微电解对NHTN、PAM和油的去除效果小-m-Fig.3.7TheeffectofironcarbonicroelectrolsisionNH4NPAMand0。removalefficiency,y++3--.7HN、PAMN、如图所示,铁碳微电解对N和油都具有稳定的处理效果,进水NH44PAM和油的平均浓度分别为281mL、712m/L、68m/L.g/.g.0g,由图可知铁碳微电解对++〇〇〇--1NHN、FAM去除率分别为351.0口.3NHN、PAM4和油的平均.3/〇、6/〇矛38/〇,贝]出水4181mL、277m/L和油的平均浓度分别为.g/.g和42.0mg/L。n28第兰章铁碳微电解预处理试验硕±研究生学位论文3.5本章小结:>(1)通过正交试验,可W确定铁碳微电解预处理采油废水的影响因素主次pH值铁投加量>反应时间>铁碳质量比;试验初步确定的最佳试验方案:pH值为4,铁投加量为-5ix‘L17〇m为30min3:1。.6lg,反应时间,铁碳质量比为5—'(2)3xm,单困素试验获得的最佳试验条件为:pH为,铁投加量为1.67l〇gL,反应时间为30min,铁碳质量比为3:1。合理的选择反应条件不仅能实现预期的处理效果,还可W节约成本,减轻后续处理的负担,真正实现资源利用的最大化。+-N(3)铁碳微电解对采油废水的COD、NH4、PAM和油都具有稳定的处理效果,+C0D-、NHN、PAM531353在最佳试验条件下进巧处理,4和油的平均去除率分别为.%、.%、+-N1、PAM15L16.0%和38.3%NH3.2m/、18.m/L、27.7,出水4和油的平均浓度分别为ggmg/L和42.0mg/L。(4)采用铁碳微电解法对采油麽水进行处理,可W获得较好的处理效果,出水可生化性强,为后续的生物处理提供了稳定的进水条件。n硕±研巧生学位论文第四章生物处理实验29第四章生物处理试验本试验生物处理部分采用厌氧生物法试验和好氧生物法试验,好氧生物法采用的是活性污泥法。考察了不同影响因素下厌氧生物法和好氧生物法对COD的去除效果,最后考+察了在最佳试验条件下厌氧生物法和好氧生物法对COD、NH-N、PAM和油的去4除效果。4.1厌氧生物法试验装置与启动—1巧氧密封IIU接种厌氧污泥与苗早/■■■■Z3;;;;;!;v;v;v3———1排气口;2磁力转子;3恒温磁力揽拌器图4.1试验装置图Fi.4.1Testsetupschematicg一41如图.所示,本试验装置入口采用厌氧密封,并设有个通气管W排放厌氧产生的甲烧和二氧化碳等气体;采用恒温磁力揽拌器对系统进行加热和揽拌,反应过程中控制反‘5C0-60应温度为3转速为4r/min厌氧污泥取自沈阳市北部污水厂厌氧工艺中活性较好,;30的污泥,厌氧污泥接种量为%。H7铁碳微电解预处理后的出水作为厌氧反应系统进水值为.024h,调节进水p,每隔一次更换,测定厌氧出水的COD浓度,启动时间为横坐标,COD浓度为主纵坐标,COD去除率为次纵坐标,绘制曲线,则后动阶段COD变化曲线见图4.2。n30第四章生物处理试验硕壬研究生学位论文-:L80130「1鉛的货公三於《巧120-20咖进水COD《己"100-出水COD户谢鲁巧--、80-*C〇D去除率户/譜gU邮-4-10SAAA…-52。ITII1I1IIIIIIIIIIIIQlIII1IIIIIIIIIIIIIIIQ1357911131517:1921232527巧31333537巧414345启动时间/d图4.2后动阶段COD变化曲线i-F.4.2ChaneofCODdurinthestaruriodgggtepp42所COD浓度维157/L如图.示,进水持在mg左右,出水COD浓度随着启动时间的-,2514推移不断下降,最终趋于稳定稳定期间的COD去除率最大值为%。在启动的第ld,COD去除率不稳定,变化幅度大,且COD去除率较低,平均去除率小于10%;在启动的5-D去除率趋第135d,,CO该时间范围内的平均去除率为13.9%在于稳定并逐渐升离;35-45山COD35%启动的第去除率趋于稳定,该时间范围内的平均去除率为2.。启动阶段WCOD去除率为驯化指标,当COD去除率趋于稳定即为挪化成功。°维持温度在35C左右,驯化进行40d后,接种污泥颜色逐渐变为黑色,带有厌氧恶臭,一产生定量气体,,且污泥沉降性能良好此时厌氧系统对废水表现出了较好的处理效果。4.2厌氧生物法试验结果与i寸论4.2.1进水pH值对COO去除率的影响pH值通过影响微生物代谢作用来影响废水的处理效果,是废水处理中的重要参数。对一于细菌来讲,pH值能够在定程度上限制其胞内酶和胞外酶系统的整体稳定性。控制pH值在适宜的范围内有利于厌氧系统中微生物的增值和驯化过程。反应体系的一H值影响一pH值,方面受进水p,另方面还受厌氧体系微生物代谢过程中建立的缓冲平衡影响,因此,厌氧反应体系的酸碱度不能仅仅考察进水pH值。本试验中,考察了在不同进水pH值的条件下,出水pH值变化情况及COD去除情况,试验结果见图4.3。n硕±研究生学位论文第四章生物处理实验31-巧8,5「12575林::|--吾623.5/I进水H。?p-23J出水。+pH--2255.中C加嫌率-221''''''—I421.512345678时间/d图4.3进出水pH对出水pH和COD去隙率的影响F..fftiflutHthrrondinefluentHandCODremlffiii43TheeecofnenonecoesovaecencgppgpyH由图4.3H值低于进水7.4可知,厌氧反应体系的出水pp值,当进水pH值为时,H值为一出水的p7,这结果表明进水pH值在偏碱性范围内,厌氧反应环境的pH值可W维持在中性。这是因为,采油废水经过微电解预处理可生化性虽然变强,但对产甲焼细菌仍然有抑制作用,因此厌氧系统中优势菌种主要为产酸细菌H,废水经过产酸细菌降解后p值会下降,故体系出水pH值低于进水pH值。H由图4.3还可W看出COD去除率在不同进水p值条件下的变化情况。当进水pH值74时D的去除率H值的增加H值7小于.,CO随着进水p而増大.4时,继续;当进水p超过提高进水pH值,,COD的去除率反而下降。这是因为产酸细菌的适宜生存的pH值范围为45?8H值较低时..0,进水p,产酸细菌虽然能够存活,但过酸的条件会抑制细菌的产酸过程,不利于有机物的降解;进水pH值较高时,虽然能够促进微生物产酸代谢,但过碱环境会抑制产酸细菌自身的生长繁殖。综上所述7?7D的去除效,厌氧反应体系将进水pH值控制在.4.6之间,CO果最好,此时反应器中的中性环境有利于厌氧菌的生长繁殖。4.2.2反应温度对COD去除率的影响一温度是厌氧生物处理需要控制的重要因素之。温度通过影响微生物的生长繁殖进而’?40C运行稳影响生物化学反应。不同微生物所适应的温度不同,本试验温度范围是30,定后每隔24小时调节升高rC,测定每个温度下的进出水COD浓度,W反应温度为横坐标,厌氧COD去除率为纵坐标绘制曲线,反应温度对厌氧处理过程的影响见图4.4。'n32第四章生物处理试验硕女研究生学位论文25「25;2:^24-《.5--1^-啡U3.5/23/§22-.522-*I''''''1'121.53031323334353637383940*温度T/C图4.4反应温度对COD去除率的影响Fi..cfreacnemnrg44TheeffetotiotperatureoCODemovalefficiency°44所示 ̄^,温度在30C,,COD如图.升高温度的去除率也随之增加范围内时;但’当温度大于巧C时,继续升高温度,COD的去除率有所下降。这是应为温度对微生物的作用是通过酶活性实现的一,即在定温度范围内温度的升高能够促进酶活性的提高,从而一定范围后加快厌氧微生物的代谢作用,使COD的去除率増加但当温度超过,温度的;升高将会抑制酶的活性,从而降低厌氧生物处理的COD去除率。°综上所述,厌氧反应体系温度挂制在37C左右时,体系对COD的去除率最大。4.2.3水为停留时间(HRT)对COD去除率的影响一水力停留时间也是考察厌氧生物处理效果的重要因素之。水力停留时间通过控制微生物与采油废水中有机物的接触时间来影响其对有机物的去除效果。水质不同,微生物降解所需要的水力停留时间就不同2 ̄24h运行稳定后,本试验考察的水力停留时间范围是1,分别在从1化起,每隔Ih取水测定其COD浓度,水力停留时间为横坐标,COD去除率为纵坐标绘制曲线,水为停留时间对厌氧处理过程的影响见图4.5。n硕古研巧生学位论文第四章生物处理实验3330「'25-?????《2。-#/益15-/104户85-IIQI<IIIIIItII12131415化1718192021222324水力停留时间HRT/h图4.5水力停留时间对COD去除率的影响F..ffvafficig45TheeectofHRTonCODremoleiency?由图4.512化小时范围内时D去可知,水力停留时间在2,延长水力停留时间,CO除率随之増加;但当水力停留时间超过20h后,再延长水力停留时间,对COD去除率的一影响不再明显。这是因为在定的范围内,延长水力停留时间就是延长厌氧微生物与采油废水中有机物的接触时间一,从而提高COD的去除率当水力停留时间起过,;但定范围后限制COD去除率的因素不再是接触时间,而是生物量和废水的可生化性,此时单纯的延长水力停留时对微生物去除废水中有机物的影响不再明显。综上所述,厌氧反应体系水力停留时间控制在2化左右时,体系对COD的去除率最大。4.2.4最佳试验条件下的处理效果°?在最佳试验条件下即:776之间C左右进水pH值控制在.4.,温度控制在37,水力停留时间控制在2化左右对铁碳微电解出水进行处理,W试验次数为横坐标,COD的去除+46NH-效果为纵坐标绘制曲线.N、PAM和油,具体情况见图;再W试验次数为横坐标,4的去除效果为纵坐标绘制曲线,具体情况见图4.7。n34第四章生物处理试验硕±研究生学位论文170r3日]-90一-进水COD浓度-238出水COD浓度?-22口__^C0D去除率-21I11''11L ̄5011201234S678910时间/d图4.6厌氧法对COD的去除效果Fi,4乂TheeffectofanaerobictreatmentonCODremovalefficiencgy46,1573m/LOD由图.可知厌氧处理系统进水COD浓度的平均值约为.g,其出水CU69m/浓度的平均值约为.gL经过厌氧生物处理可W获得的COD去除率的平均值约为25.7%,其COD去除率的最大值可达到27.9%。研巧表明,由于铁碳微电解的预处理作用,使采油废水有毒有害性降低,大分子有机物断链,废水的可生化性大大提高,因此再采用厌氧生物处理时能够获得较好的处理效果。25r2512。《15--15JSP潍■一堂喊-*-PAM去除率掀5——5_4_油的去除率—^氧氛增长率II1I1IIIQIIIQ12345578910时间M-围4.7厌氧法对NH/N、PAM和油的去除效果'anaerobreaon-remFicenci.4.7TheeffectoficttmentNHNPAMandoilovaleffig^,y+NH-N由图4.7可知,厌氧法处理铁碳微电解出水,其进水的4浓度的平均值维持在"+-22mL-18mg/L左右,出水NH4N的浓度平均值维持在g/左右。经过厌氧处理后NH4N++--18NHN浓度増长率最高可达2。N浓度的平均增长率在.4%左右,40%H4N浓度的增加n硕±研究生学位论文第四章生物处理实验35主要是因为采油废水中含有有机碳源如蛋白质、氨基酸、尿素、核酸等,送些含氮有机物+-N-经过巧氧微生物的氨化作用生成大量的NH/,故NHN浓度不降反而升高。4由图4.7还可W看出,厌氧生物法对PAM和油都具有稳定的处理效果,进水PAM和277mL42LPAM油的平均浓度分别为.g/和.0mg/,由图可知厌氧生物法对和油的平均去24除率分别为103.8m/L33.2m/L。.%和21.0%,则出水PAM和油的平均浓度分别为g和g4.3好氧生物法试验装置与启动接种好氧污泥—>—3话晋晋晋晋:::古:过游24—-曝气聚-磁力转子4-1曝气头;2;3;恒温臟力揽拌器图4.8试验装置图Fig.4.8Testsetupschematic如图4.8所示,本试验装置中接种的好氧污泥取自沈阳市北部污水厂好氧工艺中活性较好的污泥,好氧污泥接着量为30%;本试验采用曝气累对系统进行曝气,在试验过程中维持溶解氧浓度在2mg/L采用恒温磁力揽拌器对系统进行加热和揽拌,反应过程中控制5T-:40/min。反应温度为3,转速为60r厌氧生物处理后的出水作为好氧活性污泥系统进水,调节进水pH值为7.0,每隔24h一DD浓度为主D浓度,CO,CO更换次,测定好氧出水的CO,W启动时间为横坐标纵坐标去除率为次纵坐标.9。,绘制曲线,则启动阶段COD变化曲线见图4n36第四章生物处理试验硕壬硏究生学位论文14060「1JdT^^m30盤Irn-■〇60-老■20-?-进水COD浓度S40_尸-■-出水COD浓度—1020夺〔〇[)去除率S?鱼IIIIIIIIQIIIIIIIIII1tI}1IIIIIIIII11IQ1357911131517192123252729313335启动时间/d图4.9启动阶段COD变化曲线Fi-g.4.9ChangeofCODduring化estartueriodpp如图4.9所示19mL左右COD浓,进水COD浓度维持在1g/,出水度随着启动时间的-,最终趋于稳定6推移不断下降,稳定期间的COD去除率最大值为49.%。在启动的第1-10130dCODlOd,COD去除率很低,变化幅度不大,平均去除率小于%;在启动的第1,一,去除率不稳定,有定的变化幅度,但总体趋势是逐渐升高的该时间范围内的平均去除-率为23.1%;在启动的第3135d,COD去除率趋于稳定,该时间范围内的平均去除率为〇48.4%,COD去除率的最大值可达49.6/〇。启动阶段COD去除率为驯化指标,当COD去除率趋于稳定即为驯化成功。’35C左D去除率趋维持温度在右,驯化进行30d后,好氧活性污泥体系出水CO于稳定,此,接种污泥颜色逐渐变为黄褐色,且污泥沉降性能良好时好氧系统对废水表现出了较好的处理效果,,好氧活性污泥中产生大量的原生动物,标志着出水达到了良好效果各41种原生动物在显微境下的生物相见图.0。n硕±研究生学位论文第四章生物处理实验37r顧麟L户[(a)(b)P調d似()图4.10显微镜下好氧微生物相Fi.4.10Aerobicmicrobialmorholoundermicrocoegpgyp4.4好氧生物法试验结果与巧论4.4.1进水阳值对COD去除率的影响一H值H值一,p是废水处理中的重要参数。反应体系的p,方面受进水pH值影响另方面还受好氧体系微生物化谢过程中产生的代谢产物的影响,因此,好氧反应体系的酸碱度不能仅仅考察进水pH值。pH值通过影响微生物代谢作用来影响废水的处理效果。对于好氧微生物来讲,pH值能够在一定程度上限制其胞内酶和胞外酶系统的整体稳定性。控制pH值在适宜的范围内有利于好氧系统中微生物的增殖和驯化过程。本试验中,考察了在不同进水pH值的条件OD41下.1。,出水pH值和C去除率情况,试验结果见图n38第四章生物处理试验硕±研究生学位论文9-155「-54"""""7-51I-^一A-^115〇g"?6-*巧水pH-49QA,?irO—■—巧水pH-斗8u5-—*-〔〇D去除率-斗7-46111111111445123456789时间/d图4.11进出水H对出水H和COD去除率的影响ppFi.4.11TheefectofinfluentHon化ecorresondineffluentHandCODremovalefficiencgppgpy411HHH74由图.所示,好氧活性污泥体系的出水p值低于进水p值,当进水p值为.7一时,出水的pH值为.1,这结果表明进水pH值在偏碱性范围内,厌氧反应环境的pH值可W维持在中性,。这是因为好氧微生物将厌氧出水中的有机物氧化分解为二氧化碳和水等无机物,产物中的二氧化碳会是pH值有所下降。D由图4.11还可看出CO去除率在不同进水pH值条件下的变化情况。当进水pH值74时OD的去除率H值的增加H值超过小于.,C随着进水p而有所增大7.4时,;当进水p继续提高进水pH值,COD的去除率变化不明显。这是因为活性污泥微生物生长繁殖所需一的最适阳值在65?85..之间,在定范围内适当提高进水pH值有利于活性污泥微生物的生长繁殖,从而提高好氧活性污泥体系出水COD的去除率。当pH值小于6.5时.环境的酸碱度适合真菌生长繁殖.5,pH值继续降低到4时,真菌将成为优势菌种,破坏活性污泥絮体I造成污泥膨胀,同时废水中的原生动物大量死亡,出水水质差;当pH值大于9.0时,菌胶团被解体,破坏了活性污泥絮体,也会造成污泥膨胀,因此,活性污泥体系的pH值应控制在一定范围内。硝化细菌和亚硝化细菌生长繁殖对酸碱度的限制比较严格,所需的最佳pH值在一 ̄H值将7.58.2之间,超出这范围的p会抑制硝化细菌的生长,从而阻碍氨氮的降解反应。?82之间综上所述,好氧活性污泥体系的进水pH值应控制在8.,此时反应器中的pH值有利于活性污泥微生物的生长繁殖,COD的去除效果最好,同时能够适合硝化细菌的生长繁殖,有利于氨氮的降解去除。4.4.2反应温度对COD去除率的影响影响微生物生理活动的因素有很多,其中温度是废水处理工艺中考察的重要因素之一。温度的作用能够显著影响到微生物的生长繁殖速度和生化反应速率。从微生物学角度看,适宜的温度能够促进并且强化微生物的生理生化作用;温度不适宜,则会破坏微生物n硕±研究生学位论文第四章生物处理实验39的生理生化作用,甚至造成微生物的大量死亡。活性污泥处理中所涉及的微生物,多为嗜’20?40C温茜,其生长繁殖的温度区间为。’245CCOD本试验是在运行稳定后每隔小时调节升高,测定每个温度下的进出水浓度,W反应温度为横坐标,好氧COD去除率为纵坐标绘制曲线,反应温度对好氧生物处理过程的影响见图4.12。51「巧-48-绝4W47-§U46-I45''''2025303540温度T/T:國4.12反应温度对COD去除率的影响Fi.4.12TheeffectofreactionrrCODrlfiigtempeatueonemovaecency°如图42?40C之间时COD去除率.1所示,活性污泥体系温度控制在20,不同温度下°的变化幅度不大。温度小于35C时,适当升高湿度,COD去除率会有所上升,这是因为’温度提高有利于微生物酶活性的增强,35C时促进了微生物代谢作用;当温度超过,继续升高温度,COD去除率有所下降,这是因为温度过高会抑制酶活性,从而抑制微生物代谢°4?35作用。因此,活性污泥体系的温度应该控制在3C。4.4.3水为停留时间(HRT)对COD去除率的影响一水力停留时间也是考察活性污泥体系处理效果的重要因素之。水力停留时间能够直接影响废水中有机物同微生物之间的接触作用时间,从而影响微生物生长繁殖及其对废水中有机物的降解效果。水质不同,其,微生物的种类就不同需要的水力停留时间就不同,2 ̄24h本试验考察的水力停留时间范围是1,运行稳定后分别在从12h起,每隔化取水测定其COD浓度,W水力停留时间为横坐标,COD去除率为纵坐标绘制曲线,水力停留时41对好氧生物处理过程的影响见图.3。n40第四章生物处理试验硕±研巧生学位论文60「'50-*^*—?爹40-佛y盤30QO之0-10-IIIIIIIIIQIII12131415161718192021222324水为停留时间HRT/h图4.0水力停留时间对COD去除率的影响巧.4,13Thee瓶ctofHRTonCODremovale街ciencgy4?.1121化小时范围内时由图3可知水力停留时间在,延长水力停留时间COD去除,,率随之增加,再对COD去除率的影;但当水力停留时间超过1化后延长水力停留时间响不再明显一。这是因为在定的范围内,延长水力停留时间就是延长活性污泥中微生物与采油废水中有机物的接触时间一,从而提高COD去除率但当水力停留时间超过;定范围D一后,,限制CO去除率的因素不再是接触时间,其限制因素方面是由于污泥负荷低有机物降解速率下降一,从而使COD去除率有所下降,另方面是由于此时废水中所剩余的有机物多为微生物难降解的,可生化性不强,故单纯的延长水力停留时间对活性污泥水处理效果不明显。综上所述18h,活性污泥反应体系水力停留时间控制在左右,此时体系对COD的去除率最大,同时能够节约运行成本。4.4.4溶解氧(DO)对COD去除率的影响溶解氧浓度是限制活性污泥生长繁殖和活性的因素之一,由于活性污泥微生物种群是好氧微生物为主体的,因此反应体系对溶解氧浓度很敏感。同时曝气还能促进废水的流动一,从而使活性污泥、废水中有机物和氧充分接触。氧进入废水中再和有机物起转移到活性污泥絮体中,满足了微生物对营养物质和氧的需求。本试验是在运行稳定后,溶解氧浓度每隔24h升高化5mg/L,取其出水测定COD值,W溶解氧浓度为横坐标,COD去除率为纵坐标绘制曲线,溶解氧浓度对活性污泥体系处理效果的影响见國4.14。n硕±研巧生学位论文第四章生物处理实验415王「so-^Wi/47-§KJ46-45I''''22.533.54i-溶解氧DO/mg1/图4.14溶解氧对COD去除率的影响Fi,4,14TheeffectofDOonCODremovalefficiencgy4?14,4mL,D如图.所示溶解氧浓度在2g/之间时活性污泥体系均能获得较好的CO去除率3m/L时D去除。当溶解氧浓度小于g,提高活性污泥体系的溶解氧浓度有利于CO率的升高;当溶解氧浓度超过3mg/L时,继续提高活性污泥体系的溶解氧浓度,COD去除率变化不明显。这是因为活性污泥中占优势的细菌为嗜氧菌,溶解氧浓度不足会直接影响这类微生物的生理活动,从而使废水处理效果变差,,当溶解氧浓度过低时将会影响活性污泥系统的泥水混合及微生物传质速率,同时也局部可能形成厌氧或缺氧状态,降低污泥的活性,并散发难闻的气味;但当溶解氧浓度过大时,会造成微生物自身的氧化及破坏。污泥絮体,使污泥沉降性能降低,从而影响到废水处理效果 ̄综合考虑经济及实际情况,活性污泥体系的溶解氧浓度应该控制在33.5mg/L之间,此时的溶解氧浓度也适合硝化细菌和亚硝化细菌生长繁殖。4.4.5最佳试验条件下的处理效果’在最佳试验条件下即H值控制在 ̄?35C左:进水p88.2之间,温度控制在34右,水力 ̄1化左右33.5m/L之间停留时间控制在,溶解氧浓度应该控制在g,采用活性污泥法对厌氧出水进行处理,W试验次数为横坐标,COD的去除效果为纵坐标绘制曲线,具体情况见+NH-N、PAM图4.15。再W试验次数为横坐标,4和油的去除效果为纵坐标绘制曲线,具体情况见图4.16。n42第四章生物处理试验硕±研究生学位论文130rn60'公;E5。8。-1I含70-_40盤6021一IS一-进水COD浓度40-.30-■-出水COD浓度30-20-^COD去除率11111111 ̄10I'2012345678910时间/d图4.15好氧法对COD的去除效果Fig.4.15Theeffectofaerobictreatmenton〔ODKmovalefficiency由图4.15可知,经过厌氧生物处理进入活性污泥系统的废水COD浓度的平均值约为118m/L,7L.7,在好氧活性污泥微生物的作用下其出水COD浓度的平均值约为5.8m/gg;经过活性污泥的处理可W获得的COD去除率的平均值约为51.3%%COD去除率的最,其大值可达到52一5.%。活性污泥法对废水中有机物的处理效果比巧氧法好,这是因为,方,其中复杂有机物被水解酸化,毒害性大大降低面采油废水经过厌氧生化处理后,从而减轻了对好氧活性污泥微生物的冲击一:另方面,活性污泥微生物对处理条件的限制范围比厌氧微生物宽,耐冲击负荷强,因此活性污泥法能够获得更好的处理效果。110「100-一^^?參??????9080-《70-60 ̄ ̄A觉itAA^±A板AA淺50-W40-■■■■■■30II■■圓■20-?氨氯去除率—B-PAM去隙率20.油的去除率IAIIQIII112345678910时间/d4-困.16好氧法对NIVN、PAM和油的去隙效果hef-R.4.化TeectofaerobictreatmentonNIVNPAMandoilremovaleficiencg,y++-N-如图4.16所示,好氧生物法对NH4、PAM和油都具有稳定的处理效果NHN、,进水4n硕±研究生学位论文第四章生物处理实验43PAM4L和油的平均浓度分别为22mg/L、2.8mg/L和33.2mg/,由图可知好氧生物法对++-NN&-NH、PAM和油的平93.5%、30.9%和化0%,贝!N、PAM4均去除率分别为J出水和油的平均浓度分别为1.mL和.。.4mg/L、171g/139mg/L+-试验结果表明,活性污泥法对NH4N具有很高的去除率,这是因为试验条件有利于+NH-N。硝化细茵和亚硝化细菌的生长繁殖,从而能够大量去除废水中的44.5本章小结‘(1)采用污水厂活性较好的厌氧污泥,维持温度在5C左右、进水H7、水力3p值为停留时间为24h一,经过40d测化后,污泥颜色变为黑色并带有厌氧恶臭,产生定量的气体,此时污泥沉降性能良好,标志厌氧微生物驯化成功。在厌氧启动阶段后期,厌氧生物3.5%COD去除处理系统运行稳定,此时厌氧系统对废水COD的平均去除率为2,率的最大值可达2。5%(2)厌氧生物处理单元的进水为铁碳微电解预处理出水,最佳试验条件;进水pH值°?控制在7.47C2化。在COD.6之间,湿度控制在巧,水力停留时间控制在最佳试验条件下,去除率的平均值约为257%D去-N浓.,CO除率的最大值可到巧.9%NH/;度的平均增长+14%NH-N20%PAM率约为8.,4浓度増长率最高可达。厌氧生物法对和油也具有稳定的处理效果,PAM和油的平均去除率分别为10.3%和21.0%,出水PAM和油的平均浓度分别为24.8mg/L和33.2mg/L。’(3)好氧生物处理单元的进水为厌氧生物处理单元出水,好氧污泥在35C左右、进水pH值为7、水力停留时间为24h、溶解氧浓度为2mg/L条件下,经过30d驯化成功。污泥变为黄褐色,沉降性能良好,生物相和生物量显著。系统运行稳定后,COD的平均去除率为48.4%,最大值可达49.6%。° ̄?(4)好氧生物处理的最佳试验条件:进水pH值控制在88.2之间,温度控制在3435C?左右1化左右,溶解氧浓度应该控制在33.5m/L之间。在最佳试,水力停留时间控制在g验条件下.8m/LD去5.D去,出水COD平均浓度为57g,CO除率的平均值约为13%,CO+除率的最大值可到552%-N、PAM和油也具有稳定的.好氧生物法对NH4,;处理效果好++H--N氧生物法对N4N、PAM和油的平均去除率分别为93.5%、30.9%和58.0%,出水NH4、PAM和油的平均浓度分别为1.417.1mg/L和13.9mg/L。n44第四章生物处理试验硕±研巧生学位论文n硕壬研巧生学位论文第五章深度处理实验45第五章深度处理试验本试验分别采用&〇/2化高级氧化法和活性炭吸附法对生化出水进行深度处理。活性炭吸附法分别从静态吸附和动态吸附两方面进行试验研究。5.1町〇2/〇3高级氧化法试验装置与方法本试验是向装置中加入lOOmL生化出水,臭氧发生器产生的臭氧通过曝气头直接通入一生化出水中,臭氧发生器的臭氧发生量为300mg/h;同时向装置中加入定量的过氧化氨-60水溶液;温度控制是通过恒温磁力攒拌器完成的,在试验试过程中维持转速为40r/min。验具体装畳见图5.1。....JI4-2-——1曝气头;臭氧发生器;3碰力转子;4恒温磁力揽拌器国5.1试验装置图Fig.5.1Testsetupschematic5.2HO/〇高级氧化法试验结果与讨论2235.2.1过氧化氯投加量对COD去除率的影响本试验水样体积为100mL,采用臭氧连续投加,臭氧发生量为300mg/h,控制反应温’25CH一度为,进水p值控制在7,反应时间为30min,向反应体系中次性投加3%的过氧化氨,投加量分别为化ImL0.2n止、0.3mL^4mL、0.5mL、化6mL,则在不同过氧化氯投加量下,系统的COD降解情况见图5.2。n46第五章深度处理试验硕壬研究生学位论文35「3日—.5^!2。^1玉5-W〇10-85->1>'0I'0.10,20.30.40.50.6过氧化氛投加量/ml围5.2过氧化氮投加量对COD去陈率的影响F..difrdsafnremaleficiencig52TheeffectofeentogesoH2O2oCODovy5.24mL/L时OD的由图可知,当过氧化氨投加量小于化,增加过氧化氨的投加量C去除率随着増大,当过氧化氨投加量超过化4mL/L时,继续增加其投加量,COD的去除'率不再増大反而有所下降。从高级氧化机理可知,过氧化氨的加入有利于HCV的产生,H02是哲基自由基一(HO)的诱发剂,因此在定范围内向反应体系投加过氧化氨有利于提高反应的COD去除率;但过氧化氨的投加量并不是越大越好,这是因为过氧化氨本身也能够较快的与鞋基自由基发生反应一,从而使哲基自由基大量的萍灭失活,因此超过定范围再增加过氧化氨的投加量反而不利于废水中有机物的降解。结果表明,过氧化氨投加量为0.4mL时处理效果最好。5.2.2进水pH值对COD去藤率的影响/100mL30本试验水样体积为,采用臭氧连续投加,臭氧发生量为0mgh,控制反应温°一25C30min度为,反应时间为,向反应体系中次性投加3%的过氧化氛,投加量为化4mL,H值为5、55、6、6、、75、8、8.5、9、95H值分别调节进水p..57..,则在不同进水p下,系统的COD降解情况见国5.3。n硕±研究生学位论文第五章深度处理实验4730r*25-盤峭D8II1111[II2QI55.566.577.588.599.5进水pH圈5.3进水pH值对COD去除率的影响Fi..eecofrenonremovaefficencg53Theft出fetpHCODliy由图5.3可知,当进水pH值小于8时,COD的去除率随着进水pH值的增加而逐渐增大,当进水pH值高于8时,继续增加进水pH值,COD的去除率不再增大反而减小。——从高级氧化机理可知,&〇2+H20一H02+HsCT产生的H化是嘗基自由基(HO)的诱发H一剂,CV的浓度越高越有利于経基自由基的生成,而这反应是可逆过程,因此HCV的浓H一,度很大程度就取决于反应体系的酸碱度,即进水p值的高低在定范围内提高进水pH值时,能够促进上述反应正向移动,此时过氧化氨更容易发生解离,从而促进哲基自由基的产生,增大高级氧化法COD的去除率;同时由臭氧自身分解反应式〇3+OfT^H(V+化可知,提高系统的进水pH值,能够促进反应的正向移动,加快溶液中溶解的臭氧分解,一即大大提局臭氧向水中转移的效率,从而进步增大局级氧化法COD的去除率。但当进一水pH值超过定范围后,体系中产生的哲基自由基浓度过高,短时间内互相碰撞泮灭的概率大大增加,因此过高的进水pH值反而会抑制高级氧化的COD去除效果。pH值为8时处理效果最好。5.2.3反应温度对COD去除率的影响本试验水样体积为100mL,采用臭氧连续投加,臭氧发生量为300m/hHg,控制进水p一值为7,反应时间为30min,向反应体系中次性投加3%的过氧化氨,投加量为0.4mL,°‘’°’分别反应温度为5C、10C、15C、2(TC、25C、30C,则在不同反应温度下,系统COD5的降解情况见图.4。n48第五章深度处理试验硕壬研究生学位论文30「靈§U20I111115玉015202530温度T/r图5.4反应温度对COD去除率的影响Fig.5.4Theefectofreaction化mperatureonCGDremovalefficiency’由图5.4可知,当温度低于20C时,高级氧化法COD的去除率随着温度的升高而增°大,当温度超过20C时,继续提高温度,COD的去除率不再增大反而有所减小。这是因为温度较高时,有利于臭氧分解生成哲基自由基的诱发剂HCV,同时促进臭氧与经基自由基发生反应,但高温会抑制臭氧向水中转移,大量的臭氧会溢出体系,温度对高级氧化的°影响具有双向性。因此,高级氧化的温度应该控制在20C左右。524反COD去..应时间对除率的影响本试验水样体积为100mL300m/hH,采用臭氧连续投加,臭氧发生量为g,控制进水p一值为7,反应温度为2(TC,向反应体系中次性投加3%的过氧化氨,投加量为0.4mL,分别反应时间为5min、lOmin、15min、20min、25mm、30min、35min,则在不同反应时间COD降解情55下,系统的况见图.。30厂A巧《/#/盤y02。^UI玉IIIIII55101520253035时间/mm图5.5反应时间对COD去除率的影响Fi.5,5Theeffectof巧actio打timeonCODremovalefficiencgyn硕±研巧生学位论文第五章深度处理实验49由图5.5可知,随着反应时间的延长,总体上COD的去除率是不断增加的,在反应时 ̄?间为510min化COD的去除率较低,且变化幅度不大在反应时间为1015min时,COD;的去除率快速增加,且变化幅度很大;当反应时间超过15min时,COD的去除率的增加幅度逐渐变小。这是因为反应的最初阶段,由于臭氧浓度较低,所WCOD的去除率不高;随着反应时间的延长,臭氧浓度不再是限制废水处理效果的因素,此时由于过氧化氨的存在大大増加了高级氧化体系中留基自由基的浓度,从而提高的了有机物降解速率随着反;应时间的延长,过氧化氨消耗殆尽,COD的去除率趋于稳定。因此反应时间宜为20mm。综上所述,高级氧化的最佳试验条件为:氧化氨投加量控制在化4mL/L,进水pH值°控制在8,反应温度控制在20C左右,反应时间为20min。5.2.5最佳试骑条件下的处理效果在最佳试验条件下即,:氧化氨投加量控制在化4mL/L进水pH值控制在8,反应温’度控制在20C左右,反应时间为20mm,采用高级氧化法处理生化出水,W试验次数为横,具体处理效果见图56。坐标,COD的去除率为纵坐标绘制曲线.再W试验次数为横坐标,-NNH/、PAM57。和油的去除率为纵坐标绘制曲线,具体处理效果见图.进水COD浓度8035一■-出水COD浓度1「''30^'【''''' ̄15玉2345678910时间/d图5.6高级氧化法对COD的去除效果Fig,5.6TheeffectofH2O2/O3treatmentonCODremovalefficiency56可D578L由图.知.m/,高级氧化法处理生化出水,其进水CO浓度的平均值维持在g左右.9m/L,出水COD浓度的平均值维持在40g左右。经过高级氧化处理后,COD浓度的平均去除率为29.2%左右,COD的去除率最高可达32.2%。试验结果表明,高级氧化法对COD具有较高的去除率。n50第五章練度处理试验硕±研究生学位论文11日100「1-10日-95-9日-90誦80-OC.这b《70AAA,I,*A撕AA4。。谢?60-S_UM50-SW-7040-I^本夺6530??.■-氨氮去除率-20.?如PAM去除率-0.■551—巧的幸除率0III,I5012345578910时间/d^N图5.7高级氧化法对NH4、PAM和油的去除效果F-vig.5.7Theeffectof巧2化/〇3treatmentonNHNPAMandoilremoale街ciencT,y++NH--N如图5.7所示,离级氧化法对4N、PAM和油都具有稳定的处理效果,进水NH4、PAM和油的平均浓度分别为1.4mg/L、17.1mg/L和13.9m/L,由图可知高级氧化法对g+—〇〇NH-N-、PAM和油的平均去除率分别为322/、828821N、PAM4.〇.%和./〇,贝!J出水NH4和油的平均浓度分别为〇.97mg/L、2.90mg/L和2.50mg/L。5.3GAC静态吸附法试验活性炭吸附试验采用的活性炭为颗粒活性炭,其破吸附值为苗OOOmg/g,强度(%)为0?94,堆积比重为50g/L,平均粒径为35mm。一活性炭预处理:取定量的活性炭用蒸馈水反复冲洗化,去除上层浮灰之后进行过滤,°然后移至鼓风干燥机内,在120C下干燥2hW去除活性炭微孔中的水分,最后置于密闭容器内待用。5.3.1活性炭投加量对COD去除率的影响本试验是在恒温震荡培养箱中进行的,系统进水是高级氧化出水,其COD值为4■1m/L。分别称取5、lO、15、20、25、30、35生炭250mL锥gggggggg皆I,放入到形瓶中,lOOH7再用量简分别量取mL高级氧化出水调节p值为,倒入锥形瓶中,塞进胶塞,放入°恒温震荡培养箱中,调节温度为30C,转速为90r/min,充分震荡30min后测定其COD值。W活性炭投加量为横坐标,COD处理效果为纵坐标绘制曲线,则活性炭吸附效果见图5.8。n硕古研究生学位论文第五章深度处理实验5150-70厂AA>貪一目0。’—《4。■■■[II30化20-出水COD浓度W替U§—UCOD去除率〇20-?U1011—L0I111105101520253035GAC投加量/g图5.8GAC投加量对COD去除率的影响Fig.5.8Theeffectof出ferentdosagesofGAConCODremovalefficiency5D的去除率随着由图.8可知,CO活性炭投加量的增加而增大,当活性炭投加量超过3COD浓。化时,静态吸附出水度趋于稳定产生这种现象的原因是由于废水水质和活性炭、自身性质,试验巧用的废水是经过预处理生化处理和高级氧化的出水,其中含有多种有一一机污染物,另部分是短时间内不,而废水中含有的有机物部分是容易被活性炭吸附的易被活性炭吸附的,本试验反应时间较短,由于活性炭自身吸附性质,所W只能吸附容易一定范围后吸附的部分。因此在超过,活性炭投加量不再是限制吸附效果的因素,反应时间变为限制因素。故GAC投加量宜为30。,而实际工程中过长的反应时间则可行性不高g5.3.2进水阳值对COD去除率的影响COD本试验是在恒温震荡培养箱中进行的,系统进水是高级氧化出水,其值为41mg/L。称取20g棘佳炭,分别放入到250mL锥形瓶中,再用量筒分别量取lOOmL高级氧化出水调节pH值为3、4、5、6、7、8、9、10,倒入锥形瓶中,塞进胶塞,放入恒温震’COD荡培养箱中,调节温度为30C,转速为90r/min,充分震荡30min后测定其值。WH值为横坐标,COD处理效果为纵坐标绘制曲线,则活性炭吸附效果见图5.9。pn52第五章深度处理试验硕±研究生学位论文50rn70;:i蚁20-W读一■—出水COD浓度QO-2日QU10-—_CODug0去除率-100I1>11111 ̄0345678910pH图5.9进水H值对COD去除率的影响pFi.5.9Theeffectof出ferentHonCODremovalefficiencygp由图5.9可知,当进水pH值小于7时,增加进水pH值COD去除率升高,当进水pH值超过7时,继续増加进水pH值COD去除率变化不大。这是因为进水pH值较低时,溶+液中的水解离出的&0浓度较高,而HsCT对活性炭表面的络合基团具有较宮的亲和性,+因此吸附位点被其大量占据,使吸附量降低,随着pH值的升髙,废水中的讯0浓度逐渐H7。。降低,吸附量得到恢复故p宜为5.3.3反应温度对COD去除率的影响本试验是在恒温震荡培养箱中进行的,系统进水是高级氧化出水,其COD值为41mg/L。称取20g活性炭,分别放入到250mL锥形瓶中,再用量筒分别量取lOOmL离级氧化出水调节pH值为7,倒入锥形瓶中,塞进胶塞,放入恒温震荡培养箱中,调节温度为°°°°°’’°10C、15C、20C、25C、30C、35C、40C、45C,转速为90r/min,充分震荡30mm。D后测定其COD值活性炭投加量为横坐标,CO处理效果为纵坐标绘制曲线,则活性炭吸附效果见图5.10。n硕±研究生学位论文第五章深度处理实验535060???]-5040-40乙凉圓户■*■"£■■■■■-30班20-怒一■-出水COD浓度-20Q°0-__COD10*去除率1001111111 ̄010巧20巧30354045媪度T1C/图5.10反应温度对COD去除率的影响Fi.5.10TheefectofreactrrCvaleffigio打tempeatue0打ODremociency由图5.10可知,活性炭吸附出水COD去除率随着温度的升高,呈现先升高后降低的一一趋势,但总体变化幅度不大。送是因为在定范围内,升高温度,方面有利于有机物溶一方面可一解,另[^加快分子在溶液中的转移速度,从而提高吸附效率;而温度超过定范围后,,分子在溶液中的转移速度加快使部分已吸附的分子脱落。因此采用活性炭吸附废°25?35C之间水时温度宜控制在。5.3.4反应时间对COO去除率的影响本试验是在恒温震荡培养箱中进行的,系统进水是高级氧化出水,其COD值为41mg/L。称取20g活性炭,分别放入到250mL锥形瓶中,再用量筒分别量取lOOmL高级氧化出水调节pH值为7,倒入锥形瓶中,塞进胶塞,放入恒温震荡培养箱中,调节温度为°30C90r/min20min、25min、30min、35min、40min、45min、,转速为,充分震荡,分别在反应SOmin后取其出水测定COD值。从活性炭投加量为横坐标,COD处理效果为纵坐标绘制51曲线.1。,则活性炭吸附效果见图n54第五章深度处理试验硕±研究生学位论文50rn703。义畫一i30S20-f_-出水COD浓度-誉■!20§U10_8-COD一去除率_10011'11i020253035404550时间/min图5.11反应时间对COD去除率的影响Fi.5.11TheeffectofreactiontimeonCODremovalefficiencgy51145min由图.可知,当反应时间小于时,活性炭的吸附效果随着反应时间的增加而一增大,当反应时间超过45min后处理效果趋于稳定。这是因为高级氧化除水中部分有机一物可W快速的被活性炭吸附,而另部分则需要更长的时间,超长的反应时间会造成能源浪费,因此本试验选择的反应时间为45min。5.3.5最佳试验条件下的处理效果‘30H730在最佳试验条件下即:活性炭投加量为g、进水p值为、反应温度为C、反应5mnD浓度为6-时间为4i1m/LNH/N浓1.5m/L,进水COg,进水度为g,W试验次数为横1坐标,活性炭吸附效果为纵坐标绘制曲线,则活性炭法处理高级氧化出水的效果见图5.2。1DD?COD去除率誦氯氮去除率90-盛PAM去除率油的去除率H?"舍???个《<80-嫌II5QIIIIII[I12345678910时间/d51-图.2活性炭吸附对CODN、PAM和油的去除效果、MV-Fi.5.12Thee瓶ctofGACtreatmentonCODNHNPAMandoilremovalefficiencyg,j,n硕古研究生学位论文第五章深度处理实验55+5-N、PAM如图.12所示,静态活性炭吸附法对COD、NH4和油都具有稳定的处理效-果N、PAM和油的平均浓.m/L、1mL171mL,进水COD、NH/度分别为578g.4g/.g/和+-13.9m/L可知静态活性炭吸附法对COD、NH4N、PAM和油的平均去除率分别为g,由图+〇4-N、PAM2263.8%、67.7/〇、8.1%和83.0%C0D、NHm/L、,则出水4和油的平均浓度分别为g0.45mg/L、2.72mg/L和2.36mg/L。5.4GAG动态吸附法试验活性炭的性质及其预处理见5.3GAC静态吸附。5.4.1GAC动态吸附试验装置与方法本试验采用的动态吸附装置见围5.13。吸附柱的材料为有机玻璃,其内径为30mm,活性炭填装高度为^cm,上部封闭(预留进水口),底部采用普通巧石作为承托层,高度约为5cm。试验进水采用重力流,通过阀口控制虑速,反应装置置于恒温培养箱中。进水2—-1H垂。4-琴'^出水—————1阀口;2流量计;3活性炭柱;4碱石;5取水口團5.13试验装置图Fi.5,13Testsetupschematicgn56第巿章深度处理试验硕±研究生学位论文5.4.2GAC动态吸附试验结果与讨论H值°7、30动态吸附过程中控制反应条件为:进水p为反应温度为C,调节滤速分别//1.524hCOD为0.5mh、Imh、nVh,反应后取其出水测定值。滤速为横坐标,COD、+-NNH、PAM和油的处理效果为纵坐标绘制曲线,具体见图5.14。490「W ̄-■60?COD去除率圓貴氛去除率APAM去除率M油的去除率>'50-0.511.5-i滤速m-h/'图5-.14滤速对COD、NHN、PAM和油去除效果的影响tw-Fi.5.14Theeffectof出ferentinfluentflorateonCOD,NIVNPAMandoilremovale紐ciencyg,514由图.可知,动态活性炭吸附法处理高级氧化出水的处理效果比静态吸附效果好,这是因为动态吸附废水同活性炭的接触时间较长一,且活性炭柱对废水中的有机物具有定+-N的过滤栏截作用。从图中可W看出活性炭动态吸附出水的COD、NH4、PAM和油的去除率随着滤速的增加而降低,这是由于滤速增加会降低废水和活性炭的接触时间,因此降化COD-低其处理效果5m化,进水、NHN、PAM和油的平均浓度分别为57.8。当滤速为/+-m/L、14mL、171m/L1.9m/LCOD、NHN、PAM670%、g.g/.g和3g,4和油的去除率分别为.191/l04m/L265mI一227mL。73.9%、84.5%、83.6%,出水浓度分别为.mg—.g、.g/.g/5.4.3GAC静态吸附量和动态吸附量试验取活性炭5100mL水样态吸附和动态吸附情况见表5.1。化处理,静表5.1GAC静态吸附量和动态吸附量Tiable5.1GACstaticadsorptionamountanddynamcadsorptionamount_静态吸附动态吸附—mI进水COD浓度(g丄)而—1出水COD浓度(mL)22.019.1g吸附饱和时的吸附次数5070—I-吸附量(g)gn硕±研巧生学位论文第五章深度处理实验57由表5.1可知,动态吸附饱和次数为70次,静态吸附饱和次数为50次,且动态吸附量为3.58g/1/g,静态吸附量为5.4gg,因此动态吸附处理水量大于静态吸附;这是因为活一一性炭柱经过段时间后产生了生物膜,从而对生化出水实现进步处理。综上所述,动态吸附处理效果比静态吸附处理效果好。5.5本章小结(1)高级氧化法处理生化出水,最佳试验条件为.4:3%的过氧化氨投加量控制在0‘mL/L,进水阳值控制在8,反应温度控制在20C左右,反应时间为20min;+D-(2)高级氧化法对CO、NH4N、PAM和油都具有稳定的处理效果,髙级氧化法+〇〇-D、NH/〇1%I对CO4N、PAM和油的平均去除率分别为29.2、32.2/〇、82.8%和82.,贝J出+-m水NH4N、PAM和油的平均浓度分别为40.9mg/L、0.97g/L、2.90mg/L和2.50mg/L。(3)采用静态吸附法处理高级氧化出水的最隹试验条件为;活性炭投加量为3化、进’水pH值为7、反应温度为30C、反应时间为45min。在最佳试验条件下,静态活性炭吸+-NPAM和油OD附法对COD、NH4、都具有稳定的处理效果、,静态活性炭吸附法对C+〇〇NH-N4、PAM和油的平均去除率分别为63.8%、67.7%、84.1/滿83.0/〇,贝!1出水GOD、+NH-N、PAM和油的平均浓度分别22m/L、Q.45m/L、2.72m/L和2.36m/L。4为gggg(4)采用动态吸附法处理高级氧化出水的试验条件为:进水pH值为7、反应温度为’+30C-。活性炭动态吸附出水的COD、NH4N、PAM和油的去除率随着滤速的増加而降低,+-8/当滤速为0.5m/hCOD、NHN、PAM和油的平均浓度分别为57.m/L、14mgL、,进水4g.+-。17/L1.9mLD、NH.、.、.、.1mg和3g/,CO4N、PAM和油的去除率分别为670%739%845/〇83.6%,出水浓度分别为19.1m/L、0.4m/I^、2.65m/L、2.27m。gggg(5)动态吸附量为3.58g/g,静态吸附量为5.41g/g,动态吸附效果比静态吸附效果好。n58第五章深度处理试验硕壬研究生学位论文n硕±研巧生学位论文第六章结论59第六章结论6.1结论一一深度处理(1)本试验的试验工芝流程为铁碳微电解预处理生物处理。出水COD+NH-N浓m。和4度分别为20mg/L和0.4g/L(2)铁碳微电解是本试验的核也技术,该技术能够解决原水中大分子有机物难生物。:降解问题,其出水可生化性强试验确定的最佳试验条件为pH为3,铁投加量为5—1xm,m1.67l〇gL,反应时间为30in,铁巧质量比为3:1。铁碳微电解对采油废水的COD、++-NH-NCOD、PAM和油都具有稳定的处理效果NH4,在最佳试验条件下进行处理,、4N、+PAM53、、、-和油的平均去除率分别为.1%35.3%61.0%和38.3%,出水CODNH4N、PAM和油的平均浓度分别为153.2m/L、18.1m/L、27.7m/L和42.0m/L。gggg‘?(3)厌氧生物.C处理的最佳试验条件为:进水pH值为7.476,温度为37,水力停+2-1(化。COD和NHN平均浓度16.9m/L留时间为在最佳试验条件下,出水4分别为g和+。27-N22m/L.9g,COD去除率的平均去除率为化7/〇,COD去除率的最大去除率可到%;NH4+8-的平均増长率约为1.4%,NH4N的最大増长率可达20%,巧氧生物法对PAM和油也具有稳定的处理效果,厌氧生物法对PAM和油的平均去陈率分别为1化3%和21.0%,出水PAM和油的平均浓度分别为24.8mg/L和33.2mg/L。4?-()好氧生物处理的最佳试验条件为:进水押值为88.2,温度为343化,水力+ ̄-13L。D和NH停留时间为化,DO为3.5mg/在最佳试验条件下,CO4N的平均去除率分+-别为51.3%和93.5%COD和NHN的.2%.5%。,4最大去除率可到55和94好氧生物法对++-NH-N、PAM和油也具HN4有稳定的处理效果,好氧生物法对N4、PAM和油的平均去+93-.5%、30.9%和58.0%NHN、PAM和油的平均浓度分别为1.4m/L、除率分别为,出水4g17.1mg/L和13.9mg/L。(5)髙级氧化法处理生化出水,最佳试验条件为;3%的过氧化氨投加量控制在0.4H‘mL/L8,20C左右,反应时间为20min。窩级,进水p值控制在反应温度控制在氧化法++-N-N、PAM对COD、NH4、PAM和油都具有稳定的处理效果,高级氧化法对COD、NH4+〇〇-和油的平巧去除率分别为29.2/〇、32.2/〇、82.8%和82.1%,则出水NH4N、PAM和油的m、/、50m。平均浓度分别为40.9g/L0.97mgL2.90mg/L和2.g/L(6)GAC静态吸附处理的最佳试验条件为:活性炭投加量为30g、进水pH值为7、’+m-反应湿度为30C、反应时间为45in。静态活性炭吸附法对COD、NH4N、PAM和油都+D-、NH具有稳定的处理效果,CO4N、PAM和油的平均去除率分别为63.8%、67.7%、+-84.1%和83.0%,则出水(:00、1^41^、?乂1^4和油的平均浓度分别为22111公1^、0.45111换1^、’2.72mg/L和2.36mg/L,GAC动态吸附处理的试验条件为:进水pH值为7、反应湿度为30C,n+COD-0.5m/h、NHN、PAM和油的去陈率分别为67.0%、73.9%、84.5%、当滤速为,483.6%,出水浓度分别为19.1mg/L、0.4mg/L、2.65mg/L、2.27mg/L。+-O(7)GAC吸附法化窩级氧化效果好N去除率均商于H/O,其出水的COD和NH4223氧化法。而GAC吸附中动态吸附量为3.58g/g,静态吸附量为5.41g/g,动态吸附效果比静态吸附效果好。6.2建议一本文是W实际油田采油废水作为研巧对象,试验工艺流程为铁碳微电解预处理生物+一-N的处理效果处理深度处理,考察各部分的试验条件及对COD和NH4。由于运行条件和运行时间的限制,本试验还存在W下有待改进和深入探索巧究的部分,现提出W下几点建议:,在处理过程中容易板结(1)铁碳微电解预处理试验中采用的材料为铁屑和活性炭,一一,在从而限制其处理效果,针对这问题应研究制备种新型的铁碳填料提高处理效果的同时解决板结问题。(2)在生物处理部分,可通过培养驯化工程茜,向生物反应系统中直接投加工程、菌,^>1,同更好的处理效果。1缩短整个生物驯化时间时获得更稳定一(3)在高级氧化试验中,过氧化氨的投加采用的是次性投加,在通臭氧的最巧时间段内由于过氧化氨含量相对较高一一,因此会损失定量的終基自由基。针对这问题应该综合考虑臭氧和过氧化氮投加比及其投加方式。,减少不必要的药品消耗n硕±研究生学位论文参考文献61参考文献兰次采油技术的实践与认识内-.大庆石油地质与开发2001202:18.叫王启民,,,冀宝发,睹军大庆油田()2牟建海J工科技市场200266-9].H次采油用聚合物和表面活性剂[].化:,[,()3-王加澄方中民路春楠.聚合物过孔能力与油层匹配关系研巧内方油科技论坛20131:2326,[,()]4刘义刚唐洪明.含聚污水水质变化规律及储层伤害机理研巧[J.海洋石[],陈华兴,等,]-01030.油:8691,2,口)-achin民COkohAIMoralesDetal.SlurthasebioderadationofweatheredoilsludewasteJ.口]M,,,ypgyg[]Chh4-emosere:737744.p,2008,70():-苏宏智洋友平.采油废水回注处理技术的现状及展望内巧染防治技术201023l:7073.拘徐婷,,,() 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inanoilfield[J].Jou-rnalofHazardousMaterials2010,1841/3:105110.,()51LiWeiFanMaLiunZhaoZhonzhiZhanianWanThemolecularbioloidtification[],g,j,gg,Qgg,gyenofahydrolyzedpolyctylamide(HPAM)degradingbacreriastrainH5andbiodegradationproductanalysis[J],JournalofBiotechnology,2008,136口):669.[52]HanminZhang,YinliHe,TaoJiang,FenglinYang.Researchoncharacteristicsofaerobicgranules-metreatinetrochemicalwastewaterbacclimationandcotabolismmethodsJDesalination,gpy[].20--11279l36974.():.h-3ChenWuYananzhuMeiPinetal.ElectrochemicalTreatmentofWastewaterContainin口,,,]gCggg-mensPolacrlamideusingTreeDiionalElectrodes[J].WuhanUniversitiJournalofNaturalScienceyyy,2007-122:353360.,()n64参考文献硕主研巧生学位论文waaammBmmmamammmmmsmmBmmmmmmmmmamaBBBaaammmeeaBaBaaaaammBeBmmemmmmmmBmam'-<li4FakhrL-RazuiPendashtehAbidin,ZZ,eta.Alicatonofmembranecouledseuencinbatch口]Apppqgfi-rtorforoilfieldroducedwaterreccleandbenecialreu化Jieacpy.Boresource[]T-echnolo,2010,101(18):69426949.gyi5Pendash-tehAFakhruLRaziChuahTGetal.Bioloicaltreat町畑tofroduceterina口]民A,dwa,gpsequencingbatchreactorbyaconsortiumofisolatedhalophilicmicroorgaiiismsJ.Environment[]Techno-lo20103111:口29123乂gy,,()5-.蝴嘛甸油田微生物处理含聚汚水试验町油气图地面工程20118:4950.亮洪海,,()[旬初化胳烧20.57惠云博生物法处理含聚污水的.油气田地面工程122:74,,()[]5包木太,駱克峻,陈庆国,等.生物搂触氧化法处理油田含聚污水室内模巧实验的.西安石油大学学报[巧然科学版2〇〇924--1:7984m114.(自),,(),59魏泽钢.生物法处理含聚污水效果分析阴.中国石油和化工标准与质量2011,7:77.[],()60国家环境保护总局冰和废水监测分析方法[M].第四脫北京冲国环境科学出化2002.[]n硕±研究生学位论文作者简介65作者简介、程亚楠,女,1987年03月生于吉林省长春市。/"t ̄.2007.92011.6吉林建筑工程学院,市政与环境工程学院,工学学±J*学位。20 ̄12.92015.1沈阳建筑大学,市政与环境工程学院,攻读市政工程tjPlrMl专业工学硕±学位,师从袁雅妹老师。作者在攻读硕±学位期间发表的学术论文(1)袁雅姊,程亚楠,张立成,张岩.采油废水铁碳微电解预处理试验.沈阳建筑大学学报.2014年9月;2立成于详.)张亚楠.(,程,,佟恩来阴极室碳氮比对微生物燃料电池的影响中国给水排水2014年12月;3张立成.单室微生物燃料电池化理生活污水特性研究.(),常继勇,程亚楠,佟恩来沈阳建筑大学学报.2014年9月;4ZhanL-chenLanuChenananDanWeiTestnandanassofraate)iYY.iliinwr(gg,,g,ggyqualityinShenyang,20M.(EI检索,检索号20143118012723);(5)张立成,于洋,程亚楠,刘晓伟,张爽.硝酸盐质量浓度对微生物燃料电池产电及20111反硝化的影响.沈阳建筑大学学报.3年月.n66作者简介硕±研巧生学位论文n硕壬研巧生学位论文致谢67致谢一、此时此刻我想起第次离家来到沈阳的那种又兴奋又茫然的复杂屯情,不禁感叹时光甚再!如今我己经在沈阳这座城市生活了将近两年半的时间,这期间我收获了很多宝贵的一知识和经历。在此我想感谢些人,是他们帮助和暗伴让我的研巧生生活充实而甜蜜。首先—,我想说我很幸运,因为我拥有两位每师袁雅妹老师和张立成老师。在课题、的学习和研巧中,两位老师都悉也的教导我帮助我,每当我遇到困难和疑问的时候总是能从他们那里得到很多指导性和建设性的意见,使我在课题的研究中能够事半功倍。从袁老师那里我学会了如何享受生活一,她是位很温柔、很宽容的老师,她总是愿意用善意的眼光看待生活,愿意帮助身边的每个人,在她身上有着即使岁月匆匆也无法夺走的那份纯一!而张老师则教会了我如何享受学习和真,所W我相信我可爱的袁老师会直年轻、美丽工作是一,在,,他位很严谨、很认真的老师他的世界里好像从来不会出现慌乱和茫然每、、件事每项工作都井井有条,从张老师那里我学会了在事先做计划事后作总结、努力做好分内的事和活到老学到老的精神,希望我亲爱的张老师在工作么余要爱惜自己的身体,不要太劳累。一然后,我想感谢下我同口师兄常继勇和师姐于洋,我刚接触课题的时候,他们无私的把自己的经验传授给我,使我能很快的投入到课题研究中,在生活上为我解决了很《困""难。同口同届的兰宇、党维、牛艺、曲忘慧和我被老师称为五朵金花,我们五个人相亲相爱,,互相帮助,是这些美丽的女孩子陪伴我度过这两年多的研究生生活给我留下无数一。美好的记忆研二的师妹张岩、徐冬梅、温伟和师弟李小龙,还有研的新面孔,你们身一上的青春活力深深的感染了我,希望你们在接下来的学习生活中切顺刑,毕业W后前程似锦!由衷的感谢参加本论文答辩及评审的各位老师!程亚楠2014年12月于沈阳建筑大学

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