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石油资源是重要的战略性资源,是工业发展的血液,石油对于经济、国家安全具有重大影响。目前,我国大部分油田都是采用注水的方式开发,其主要污染物为油、固体悬浮颗粒、溶解状有机化合物以及细菌等。若不经处理直接排放,会导致非常严重的环境污染。若直接回注,则固体微粒和油珠将堵塞油层毛细通道,降低油层渗透率使注水处的吸水能力下降,导致采油率的降低。
电凝聚气浮技术是基于电化学原理,其理论基础是应用电子学、流体力学、电化学等相关技术所结合而成的一种组合的水处理技术。该法主要机制是利用电场的诱导,使离子产生偶极化,借助流道的设计而自动凝聚成絮体,同时利用电解产生的气泡与絮体充分结合,絮体中充满大量的气体而成为海绵状,使得絮体的密度远小于水,故可在极短的时间内迅速上浮而与水分离。通过对电凝聚气浮技术以及采油废水的特点分析,电凝聚气浮技术特别适用于处理采油废水。
采用静态电凝聚气浮实验对采油废水处理进行可行性分析,研究表明:电流密度和pH对处理效果有显著的影响,中性条件下的处理效果要好于酸性和碱性条件下的,电凝聚气浮对废水的pH有一定的调节作用;在电流强度为1 A、极板间距为10 mm的条件下,对初始含油量为500 mg/L、pH为7.2的模拟采油废水电解气浮20 min后,去油率可达89.6%。
在可行性分析的基础上,结合电凝聚气浮技术的特点,设计并制作了集成式电凝聚气浮装置,最大程度的发挥了絮凝和气浮的作用。研究表明:电凝聚气浮和电解气浮相结合,取得了很好的处理效果,并具有较强的抗负荷能力。电流密度和水力停留时间是最主要的影响因素,在水利停留时间为30min,电凝聚气浮槽电流密度为3.5 mA/c㎡,电解气浮槽电流密度为3.3 mA/c㎡,进水初始pH为7.2的条件下,去油率可达到90.1%,pH在中性时处理效果最好,温度对处理效果的影响不大。在最佳操作条件下,处理每m3的费用为0.81元。
基于电凝聚气浮技术的特点,对该技术的电氧化还原、电凝聚、电解气浮作用进行研究,研究结论如下:
(1)采用UV、IR手段,分析电凝聚气浮技术中的氧化还原机理,当采用铝电极处理采油废水时,没有发生氧化还原作用。
(2)采用动态显微摄像法研究了电解气浮过程中电解质以及表面活性剂对气泡粒径的影响,电解气浮法产生的微气泡直径在7~30μm之间,平均直径在20μm以下,具有良好的粘附性能,可提高水处理的效率。电流密度对气泡尺寸有一定影响,当电流密度大于200A/㎡时,气泡尺寸没有明显变化;pH值对气泡尺寸影响较大,微气泡在中性条件下要小于酸性和碱性条件;添加电解质可有效降低能耗,气泡的平均粒径从12μm升致17μm;表面活性剂可使气泡的平均粒径从18μm降至14μm。
(3)采用Al-Ferron逐时络合比色法研究电解液中铝的形态分布及转化规律。电流强度、pH、电解时间均能影响铝离子析出的形态,pH值在中性偏碱条件下,电流强度小于1.1A,在电解初始的10min内Alb含量较高,具有较强的电中和和吸附架桥能力。
电凝聚气浮技术是基于电化学原理,其理论基础是应用电子学、流体力学、电化学等相关技术所结合而成的一种组合的水处理技术。该法主要机制是利用电场的诱导,使离子产生偶极化,借助流道的设计而自动凝聚成絮体,同时利用电解产生的气泡与絮体充分结合,絮体中充满大量的气体而成为海绵状,使得絮体的密度远小于水,故可在极短的时间内迅速上浮而与水分离。通过对电凝聚气浮技术以及采油废水的特点分析,电凝聚气浮技术特别适用于处理采油废水。
采用静态电凝聚气浮实验对采油废水处理进行可行性分析,研究表明:电流密度和pH对处理效果有显著的影响,中性条件下的处理效果要好于酸性和碱性条件下的,电凝聚气浮对废水的pH有一定的调节作用;在电流强度为1 A、极板间距为10 mm的条件下,对初始含油量为500 mg/L、pH为7.2的模拟采油废水电解气浮20 min后,去油率可达89.6%。
在可行性分析的基础上,结合电凝聚气浮技术的特点,设计并制作了集成式电凝聚气浮装置,最大程度的发挥了絮凝和气浮的作用。研究表明:电凝聚气浮和电解气浮相结合,取得了很好的处理效果,并具有较强的抗负荷能力。电流密度和水力停留时间是最主要的影响因素,在水利停留时间为30min,电凝聚气浮槽电流密度为3.5 mA/c㎡,电解气浮槽电流密度为3.3 mA/c㎡,进水初始pH为7.2的条件下,去油率可达到90.1%,pH在中性时处理效果最好,温度对处理效果的影响不大。在最佳操作条件下,处理每m3的费用为0.81元。
基于电凝聚气浮技术的特点,对该技术的电氧化还原、电凝聚、电解气浮作用进行研究,研究结论如下:
(1)采用UV、IR手段,分析电凝聚气浮技术中的氧化还原机理,当采用铝电极处理采油废水时,没有发生氧化还原作用。
(2)采用动态显微摄像法研究了电解气浮过程中电解质以及表面活性剂对气泡粒径的影响,电解气浮法产生的微气泡直径在7~30μm之间,平均直径在20μm以下,具有良好的粘附性能,可提高水处理的效率。电流密度对气泡尺寸有一定影响,当电流密度大于200A/㎡时,气泡尺寸没有明显变化;pH值对气泡尺寸影响较大,微气泡在中性条件下要小于酸性和碱性条件;添加电解质可有效降低能耗,气泡的平均粒径从12μm升致17μm;表面活性剂可使气泡的平均粒径从18μm降至14μm。
(3)采用Al-Ferron逐时络合比色法研究电解液中铝的形态分布及转化规律。电流强度、pH、电解时间均能影响铝离子析出的形态,pH值在中性偏碱条件下,电流强度小于1.1A,在电解初始的10min内Alb含量较高,具有较强的电中和和吸附架桥能力。