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微电解法处理含压裂液废水的实验研究

发布日期:2015-06-05 11:05:49
近年来,含压裂煤层气产出水处理一般采用混凝、中 和、氧化、活性碳吸附等方法,但处理效果不理想, 不利于现场推广使用[\
微电解法是利用金属腐蚀原理形成原电池对 废水进行处理,该方法具有适用范围广、处理效果 好、运行成分低等优点,已广泛运用于染料、电镀 石油化工、制药等行业废水的处理中P]。
瓜尔胶为主要构成的水基压裂液压裂液 类型中占主导地位,在压裂过程中产生大量含瓜 尔胶等高分子物质的废液'本研究以瓜尔胶为主 要成分模拟压裂液废水,以期为进一步处理提供 科学依据。
1材料与方法
1.1实验材料
铁粉由天津钟诚铁粉厂生产,粒径为60目, 在实验前对铁粉进行预处理,使其活化,首先10% 的NaOH溶液在室温下浸泡40 min,去除表面油 污,再用去离子水洗至中性,最后置于120丈的干 燥箱中烘干20~30 min后备用。
活性炭为颗粒状活性炭,直径长度 为2~3 mm,使用之前将活性炭在压裂液原水中 浸泡36 h,使其接近吸附饱和,然后放置于120 丈的干燥箱中烘干120 min后备用。
本实验所用压裂液原水为实验室所配置的 0.2 %胍胶溶液,原水COD为2 100 mg/U 1.2实验方法
取400 ml配置好的压裂液原水水样置于烧 杯中,用10%H2S04调节至预定pH值后加人一定 比例的铁粉和活性炭的混合物总质量为180 g,在 曝气条件下反应相应时间后,出水经沉淀后,用 30%NaOH溶液调节出水溶液pH值至8.0,静置 沉淀30 min,取上清液测CODCr值^
2结果及讨论
2.1 Fe/C质量比对处理效果的彩响
不同Fe/C质量比对COD的去除效果如图1 所示,由图1可以看出,随着Fe/C质量比的增加, CODCr去除率是先增加后减小,当Fe/C质量比在 5:1时,CODCr去除率达到最大3因为在整个微电 解体系中,当铁碳质量比小于5:1时,相对于铁粉 来说碳粒过量,不但不能组成较多的原电池,反而 抑制了原电池的电极反应,影响COD去除效果; 当铁碳质量比大于5:1时,铁粉含量较多,碳粒含 量较少,使得一定质量混合物原电池的数目达不 到最多,影响COD去除效果,综合以上因素考虑,
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Fe/C质量比
围1 Fe/C质置比对去除结果的影响
2.2pH值对处理效果的影响
不同微电解进水pH对处理效果的影响如图 2所示。由图2可以看出,随着pH值升高,CODCr 去除率逐渐降低。说明在较强的酸性介质中有利 于微电解电化学反应的进行。pH值越低,反应体 系中电极之间的电位差越大,利于电极反应进行。 但是pH过低会增加投加酸的成本,并且溶出铁 量会增加,使出水色度加深[g。综合以上因素,本文 微电解进水控制在pH值为2进行以下实验。
2000 1950 g 1900 j 1850 g 1800 ^ 1750 93 ■ 1700
12345
pH值
图2 pH值对去除结果的影响
2.3反应时间对处理效果的影响
不同反应停留时间对处理效果的影响如图3 所示,由图3可以看出,COD去除率在初期随反 应停留时间增长而提高,因为反应时间延长,铁的 溶出量,溶液中产生的[H]、Fe2+、Fe3+量会相应增 '多,有机物的去除量加快,絮凝效果也增加。但到 :达一定时间后,COD去除率出现停滞甚至下降的
(下转第36页)
上清液最清澈,此时达到最佳状态;而pH=10时, 其去除效果不是很好,其上清液还有原水样的颜 色;故确定最佳pH值为8左右。因此,在实际应 用当中,可以通过调节水样的PH值来提高处理 效果,可以投加碱或酸将水体PH值调到适宜范 围,以增强絮凝效果。由于原水样PH值在8左 右,故在实际应用时无需调节pH值就可直接使 用,这大大地降低了使用成本和费用。
5结论
(1)生活污水COD及浊度的去除率是衡量絮 凝反应系统处理效果的两项重要指标。处理实验 结果表明,PAC的PH值适宜范围在7-9之间,采 用PAC絮凝剂絮凝反应处理实际生活污水,浊度 去除率达到91.8% ~98.89% ; COD去除率达到 80.80%~86.40%,达到国家一级标准;水温对浊度 和COD去除率效果无明显影响;搅拌速度和时间 对COD和浊度去除有一定的影响。经絮凝反应处 理后的出水感观良好,清澈、透明、无臭味。实验结 果表明,这种絮凝剂用于污水处理,能够发挥其反 应特性,对生活污水具有较高的处理效能,有实际 应用推广价值。
(2)聚合氯化铝(PAC)具有高吸附性和絮凝等 各种功能,采用聚合氯化铝处理生活污水,絮凝能 力强,絮凝反应速度快,污染物去除率高,且处理 后水质清亮,去浊性能强;在最佳条件下由于聚合 氯化铝铁(PAFC)是复合絮凝剂,CODci■的去除率
(上接第23页)
情况,是由于沉积物会覆盖在铁和活性炭的表面, 阻碍铁炭之间微电解反应顺利进行[71。所以本文取 反应停留时间为90 min,此时出水CODC'r达到1 247 mg/L,去除率为 40.6%。
3结论
通过单因素试验确定微电解反应中Fe/C质 量比、进水pH、反应停留时间对CODCr去除效果 的影响,得到实验结果表明:当Fe/C质量比5:1, 进水pH值为3.0,反应时间为90 miii。对CODCr 的去除效果最好,CODCr从2 300 mg/L降到1 159 mg/L,C0DCr的去除率达到49.6%。由实验结 果可知微电解工艺处理含_液煤层气产出水在 技术上是可行的,可以处理废水将近一半的 COD,满足后续处理的要求。可以与生化或人工湿 地等工艺组合对其进行深度处理,达到国家要求 优于PAC,对生活污水具有更好的去除效果,由于 含有铁离子,影响浊度的去除。
(3)由实验结果可知:聚合氯化铝絮凝剂性能 稳定,使用的温度和PH值范宽。
使用聚合氯化铝替代传统的铝盐,可明显提 高污水处理效能、降低处理成本、改善出水水质。 这主要表现在:优良的凝聚除浊脱色和去除腐殖 质的效果及较广的适用PH值范围。聚合铝不仅 具有强烈的凝聚去浊效果,而且也具有明显的脱 色及去除腐殖质的效果。在相同的处理条件下达 到最佳絮凝作用,聚合铝所需的剂量比传统的铝 盐要少1/3之多。在相同的剂量条件下,使用聚合 铝能够获得比传统铝更低的残余浊度,因而可以 用较低剂得到相同的处理结果。