电化学方法在脱除废水ＣＯＤ中的应用
电[wiki]化学[/wiki]方法在脱除废水ＣＯＤ中的应用刘盛兵(中国[wiki]石油[/wiki]西南油气田分公司[wiki]天然气[/wiki]研究院)
在天然气的开发中,特别是在气田开发的中后期,由于气田水沿断层及构造裂隙侵入气藏,进入井底,使气藏[wiki]能量[/wiki]损失增大,井口压力降低,带水能力变差,造成气井减产或水淹停产,为此必需进行排水采气,才能维持天然气的生产。目前气田水的处理以回注、处理后达标外排、综合利用三种方式为主,其中外排水量占气田水总产量30%左右。在外排气田[wiki]水处理[/wiki]中,以处理ＣＯＤ最为困难,其工艺较多,处理效果各有优缺点。
1 西南油气田分公司气田水的有关情况
1.1 气田水的水质水量情况
西南油气田分公司目前气田水年产量约为240×104ｍ3。表1是某气矿气田水中主要[wiki]污染[/wiki]物的分析统计情况。
[img]http://www.elesynth.com/img/200616223223.gif[/img]
由表1可知,气田水中的特征污染物为Ｓ2-、ＣＯＤ、油、ＳＳ;另外,气田水中的Ｃｌ-普遍在20000ｍｇ/ｌ以上。
1.2 气田水处理外排要求
气田水经处理后外排,按有关规定,应执行国家《污水综合排放[wiki]标准[/wiki]》(ＧＢ8978-1996)中的一级标准。依据排放标准的要求,气田水中主要污染物的指标见表2。
2 目前气田水脱ＣＯＤ工艺及水平
对气田水中油、ＳＳ、Ｓ2-等污染物处理,处理工艺相对比较成熟。由于ＣＯＤ指标是一个综合值,并非具体指某一特征污染物,而目前气田水中产生ＣＯＤ的特征污染物难以确定,这就决定了气田水脱ＣＯＤ工艺的多样性。气田水中ＣＯＤ值变化范围较大,但绝大部分气田水的ＣＯＤ值在1000ｍｇ/ｌ以下。目前西南油气田分公司常采取的工艺如下所述。
2.1 化学混凝工艺
以混凝沉降为主,该工艺主要用来去除含ＳＳ、油、Ｓ2-、色度等污染指标较高的气田水。实验结果表明,混凝沉降对低ＣＯＤ(ＣＯＤ<1000ｍｇ/ｌ)的气田水去除率只有10%～20%。
2.2 气浮(浮选)工艺
该工艺主要用来去除含油、ＳＳ等污染指标较高的气田水,对气田水中的挥发性[wiki]物质[/wiki]、[wiki]硫[/wiki]化物等污染物也有一定的脱除效果。对气田水中ＣＯＤ去除率只有10%左右。
2.3 化学[wiki]氧[/wiki][wiki]化工[/wiki]艺
以氧化剂和斜管沉降为主,主要用来处理气田水中较难脱除的ＣＯＤ,常用的氧化剂有:ＮａＣｌＯ、Ｏ3、Ｈ2Ｏ2、ＣｌＯ2等。目前此方法因处理气田水成本高而不能推广应用,该方法目前主要研究方向是围绕以最低的水处理成本,降低氧化剂用量、提高氧化剂的利用率。
2.4 内电解法
内电解法是利用废水中有些组分易被氧化、有些组分易被还原,当这些不同属性组分相遇,且有导电介质时,化学反应便会自发进行的一种废水处理方法。ｐＨ值对内电解法脱除气田水ＣＯＤ有着明显的影响。表3是内电解法在水力停留时间为30ｍｉｎ,ｐＨ值对脱除气田水中ＣＯＤ的影响。
[img]http://www.elesynth.com/img/200616223253.gif[/img]
该方法在降低气田水处理成本方面较为突出,但其明显的缺点是反应速度较慢且受ｐＨ值影响较大,反应柱易堵塞,对高浓度废水处理较困难,反应器操作弹性差。内电解法能较[wiki]经济[/wiki]地使处理后的ＣＯＤ达到国家《污水综合排放标准》(ＧＢ8978-1996)的二级标准,达到国家《污水综合排放标准》(ＧＢ8978-1996)的一级标准较困难,主要是氧化电位不够、处理成本较高等。为了得到从技术经济角度上更符合现场实际情况的气田水脱ＣＯＤ处理工艺,有必要寻找新的气田水脱ＣＯＤ工艺方法。
3 电化学方法在[wiki]污水处理[/wiki]领域中的应用
电化学方法用于处理难降解的[wiki]有机物[/wiki]具有很好的效果,它可以使非生化降解的有机物转化为可以生化降解的有机物种,或使非生化降解的有机物燃烧而生成ＣＯ2和Ｈ2Ｏ。在有电催化电极的作用下,电化学反应和化学催化作用结合,导致有机分子的电催化降解。电化学法处理污水可在常温常压下操作,一般具有无需很多化学药品、设备简单、操作方便、投资和运行费用低廉、占地[wiki]面积[/wiki]小、污泥量很少及与[wiki]环境[/wiki]兼容等优点,因而引起了研究者的广泛注意。在电化学处理污水中,填充有粒状材料的[wiki]电解槽[/wiki]已被较广泛的应用,这种方法在含金属离子污水的处理中已显现出很好的效果,在处理含有机物污水方面也取得一定进展,近年来我国在这方面的研究工作明显增多。目前,在污水处理中应用的电化学方法,可以分为以下几类。
3.1 内电解法
内电解法应用最广泛的主要是[wiki]铁[/wiki]屑炭法,处理对象多为印染废水。内电解法处理[wiki]染料[/wiki]废水是絮凝、吸附、架桥、卷扫、电沉积、电化学还原等多种共同作用,综合效应的结果。内电解法已用于脱除气田水ＣＯＤ。
3.2 吸附电解法
吸附电解法是在反应器内装有吸附废水中污染物的[wiki]填料[/wiki],并在反应器两端电极上施加[wiki]电压[/wiki]。这方面目前研究较多的是以[wiki]活性炭[/wiki]作为吸附材料。活性炭吸附方法可用于一些有机污水的处理,但是活性炭的吸附容量有限,再生工艺复杂,所以在应用上受到限制。在活性炭作为填充电极电解时,由于它的吸附作用可使有机物在表面富集,而吸附物在电场作用下可以在吸附过程中较容易地进行氧化降解,所以不受吸附饱和量的影响。将已接近吸附饱和的活性炭施加电压后,染料废水ＣＯＤ的去除率和脱色率均显著提高。在12Ｖ外加电压的条件下,活性炭粒子群电极对各种水[wiki]溶液[/wiki]性染料废水有很好的净化效果,对ＣＯＤ浓度为100～400ｍｇ/ｌ的染料液,脱色率达99%以上;原水ＣＯＤ265.95～620.8ｍｇ/ｌ,甚至高达1280ｍｇ/ｌ,ＢＯＤ5高达721.05ｍｇ/ｌ,ＣＯＤ和ＢＯＤ5的去除率均达80%以上。蓝黑墨水的废水色度为3.2×106倍,ＣＯＤ为2075ｍｇ/ｌ,用活性炭作为填充材料的复极性粒子群电极,在[wiki]电流[/wiki]0.5Ａ时处理30ｍｉｎ,脱色率大于99.9%,ＣＯＤ去除率为68%～77%。该方法用于蓝黑墨水废水的二级处理时,可使废水中[wiki]酚[/wiki]的去除率为100%,ＢＯＤ5/ＣＯＤ值升高。
3.3 电—多相催化法
电—多相催化法是在反应器内装有不同组分填料,并在反应器两端电极上施加电压。填料可能是两种或两种以上的物质按一定比例组成的混合物,也可能是自制的[wiki]催化剂[/wiki]。将电催化专用材料置于阳极和阴极之间,考察了电压和电催化材料对水溶液中[wiki]苯[/wiki]酚、苯[wiki]胺[/wiki]和邻苯二甲[wiki]酸[/wiki]二甲[wiki]酯[/wiki]的降解反应的影响。在电压和电催化材料作用下,可以明显提高有机物的降解反应,电催化产生的Ｈ2Ｏ2和·ＯＨ是有机物降解的活性物种。在电解槽中装有活性炭和Ｆｅ(ＯＨ)3组成的复合催化剂,以[wiki]石墨[/wiki]棒为阳极,铁棒为阴极,采用电解氧化的方法对一种含大量无机[wiki]盐[/wiki]的染料废水进行了研究。电压10Ｖ,电流0.1Ａ,电解时间1.5ｈ,原废水ＣＯＤ为1200ｍｇ/ｌ,色度250倍,复合催化电解法能使ＣＯＤ去除率达到87.5%～90.0%,脱色率达99%～100%,能耗为13.9ｋＷ·ｈ/ｋｇＣＯＤ,且操作简便[9]。在复极性固定床电解槽中处理偶[wiki]氮[/wiki]染料废水,电解槽为同心园柱形,阴、阳极分别为钢桶和石墨棒,在两电极间填充导电颗粒和绝缘颗粒的混合填粒,它们的体积比为1:4。 实验废水中偶氮染料浓度为200ｍｇ/ｌ,在槽电压为30Ｖ、停留时间为2ｈ的实验条件下,色度和ＣＯＤ去除率分别达到99%以上和78.4%～97.2%[10]。将两个装有担载型催化剂的反应器串联,把电压加到催化剂上,在这种电—多相催化反应器中进行了二硝基苯酚工业废水的处理。在电压28Ｖ、电流1.1Ａ的条件下,经6ｈ处理后,废水中二硝基苯酚从429ｍｇ/ｌ降到小于0.05ｍｇ/ｌ,ＣＯＤ从1156ｍｇ/ｌ降至26ｍｇ/ｌ,色度从40000倍降到小于10倍[11,12]。该电—多相催化反应器还可以高效地处理啤酒厂的废水,经三级反应器处理后废水ＣＯＤ从3000ｍｇ/ｌ降至200ｍｇ/ｌ[13]。在这种处理过程中,一方面产生具有很强氧化能力的羟基自由基,使有机物进行无选择性的氧化降解反应;另一方面,废水中的有机物又可以在催化剂表面上由于电场的激活而被选择性的催化转化,因而具有很好的消除有机污染物的效果。电—多相催化新技术在处理难降解有机工业废水中有着显著的优点,已建成处理恒昌[wiki]化肥[/wiki]厂废水的工业化规模装置。该工业装置的设计废水处理量为200ｔ/ｈ,废水经三个有一定位差的槽式电—多相催化反应池,经处理后的废水可以回用,节省了大量的工业用水[14,15]。用电—多相催化技术处理工业废水,可以提高出水的可生化性。如对吡虫灵废水,在处理前ＣＯＤ为8950ｍｇ/ｌ,ＢＯＤ5为563ｍｇ/ｌ,可生化性为0.06,在用电—多相催化技术处理2ｈ后,ＣＯＤ降为5642ｍｇ/ｌ,而ＢＯＤ5变为2582ｍｇ/ｌ,可生化性提高到0.46。表明有些工业废水,电—多相催化技术可作为一种预处理手段。如和生化处理废水的方法联用,可以提高废水的处理效率。电—多相催化技术还可和其它废水处理技术(如絮凝、湿式催化氧化等)联用,提高废水的处理效果,如对某化工厂的酸性废水,用湿式催化氧化处理后,ＣＯＤ为8316ｍｇ/ｌ,色度500倍,再经电—多相催化技术处理,ＣＯＤ降为2730ｍｇ/ｌ,色度减少到20倍。采用联用技术处理工业废水,除可提高处理废水的效果外,还可优化操作,降低成本。在研究将电—多相催化技术进一步扩展到光催化后,发现能够产生光电协同作用,可使光催化效率大幅度的提高。如用光催化处理某化肥厂的废水,出水ＣＯＤ为205ｍｇ/ｌ,若用光—电催化法,出水ＣＯＤ降为54ｍｇ/ｌ。综上所述,电化学方法在难降解有机工业废水处理中可以起很大作用。
4 对气田脱除ＣＯＤ的建议
(1)由以上叙述可以看出,电化学水处理技术在污水处理领域越来越受到重视,电化学方法处理对象是污水中的有机物,电化学方法处理污水已建成了工业化装置,这说明电化学方法处理污水中的ＣＯＤ在技术上是可行的。
(2)内电解法可脱除气田水中部分ＣＯＤ,但从目前处理气田水的应用效果上看,脱除率还较低,达不到《污水综合排放标准》(ＧＢ8978-1996)的一级标准。而电—多相催化技术在多种废水脱除ＣＯＤ中成功应用实例说明,把电—多相催化技术用于脱除气田水中的ＣＯＤ是一个值得研究的课题。
(3)为了提高气田水中ＣＯＤ的脱除率,新型电解槽的设计、担载型催化剂和廉价、高效电极的研制是电化学气田水处理技术的研究关[wiki]键[/wiki]。 你的文章我非常兴趣，不知成本和效率如何，有没有工业应用？ 我没有具体做过这方面的研究，只是感觉这种方法比较有新意，文章是刘盛兵所写 ，中国石油西南油气田分公司天然气研究院的。如果有兴趣可以联系作者。 电渗析属于这一方面吗？
电催化氧化废水处理用不溶性电极专业制造商
电催化氧化废水处理用不溶性电极专业制造商 [url]www.ti-anode.com[/url] 学习，谢谢。。。。。。。。。。。。 这是非常好的方向！！！！！！！！！！ 非常不错，大有机会！！ 不错！很有启发。页:
[1]