温室CO2气体凝结混凝技术处理石油废水的机理研究

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在实际的油田开采过程中,用于提高产量的酸压裂操作在油气井中很普遍,因此石油废水具有较高的酸度和强烈的腐蚀作用。采用乙二胺四乙酸(EDTA)滴定Ca2+的方法,可知本研究所采集的石油废水中,Ca2+浓度高达6413 mg·L-1。Ca2+在废水中会消耗OH-,从而导致p H值调节和水处理困难。迄今为止,常规处理包括絮凝、中和、氧化和活性炭吸附。但是,由于废水的p H值较低,该问题仍未完全解决。酸性条件下,聚丙烯酰胺(PAM)的低絮凝效果主要是因为PAM分子链延展较差。Na2CO3作为碱性添加剂,可提升PAM分子链的伸展,形成不溶的Ca CO3沉淀。但Na2CO3的成本较高,无法直接运用于实际工厂处理废水。本研究旨在通过将CO2引入废水中,以诱导Ca CO3絮凝核的形成,与PAM协同作用,提高对石油废水的凝结混凝效果。添加CO2和NaOH的顺序会影响絮体的结构。相比CO2-Na OH-PAM,Na OH-CO2-PAM的絮体结构更紧密,形成更多Ca CO3晶体。该反应中所利用的Ca2+达到20%,提高了CO2的利用率。沉降时间缩短一半(从20分钟降至3分钟),Na OH消耗减少至十分之一(从0.03 mol降到0.003 mol)。因此,应用于实际操作时可大大降低成本。由于较快的沉降速度和较短的接触时间,Na OH-CO2-PAM产生的絮体对油、苯系物(BTEX)和多环芳烃(PAHs)的吸附效果较差。处理后残留油含量为124 mg·L-1,苯和乙苯的去除率分别为74%和97%,对废水中PAHs的总去除率为76%。但是,Na OH-CO2-PAM对悬浮固体(SS)的去除率高达93%。此外,Na OH-CO2-PAM产生的絮体的表面自由能较高,提升了该絮体在废水中对SS的黏附性。但通过XDLVO分析,发现Na OH-CO2-PAM产生的絮体的第二最小能级值小于CO2-Na OH-PAM产生的絮体,说明Na OH-CO2-PAM产生的絮体对污染物的吸附牢固性略差。石蜡包埋-切片后,观察到Na OH-CO2-PAM产生的絮体紧密,间隙小,絮体表面吸附大量SS,改变了絮体表面自由能。总之,Ca CO3-PAM作为一种有前途的新型吸附材料,提高对石油废水的凝结混凝效果。CO2气体也可用于矿化废水中的污染物,而且产生的Ca CO3沉淀对环境无害且稳定。
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