（环境科学专业论文）电凝聚气浮技术处理采油废水的研究Ⅱ.pdf

极板间距1 0 m m 时，去油率达到8 5 7 ，出水油含量9 2 7 m g l ，此时能耗为 0 4 4 5k w h m 3 。 ( 4 ) 控制不同电流密度及p h ，废水中油含量与电解时间之间的曲线方 程的相关系数r 2 均大于o 9 5 ，电凝聚气浮过程中废水含油量随电解时间变 化符合一级动力学方程，其动力模型可用下式表示：c = ( c o c 0 e x p ( k t ) + c ，。 当p h 为7 2 ，电流密度为3 9 7 m a c m 2 时，废水中含油量随电解时间变化的 关系为c = 4 8 1 1 1 e x p ( 1 7 2 2 t 汁1 5 7 6 5 。 ( 5 ) 能耗和极板消耗是电凝聚气浮技术处理废水成本的主要来源，是 制约电凝聚气浮技术工程化的重要因素。通过控制电极钝化现象、确定最佳 操作条件等是降低电凝聚技术处理废水成本的有效途径。 关键词：电凝聚气浮，采油废水，动力学研究，成本分析 t r e a r m e n to fo i l f i e l ds e w a g eb y e l e c t r o f l oa t a t i o nt e c h n o l o g y a b s t r a c t a tp r e s e n t ，m o s to fo i l f i e l d si no u rc o u n t r yu s i n gw a t e ri n j e c t i o nt oe x p l o i t e c r u d eo i l p r o d u c i n gi tc r u d eo i la p p r o x i m a t e l yn e e d st oi n j e c t2 t 3 tw a t e r , e s p e c i a l l ya tt h em i d a n dl a t e rp e r i o do fe x p l o i t a t i o n t h em o i s t u r ec o n t e n to ft h e c r u d eo i lr e a c h e dt o7 0 8 0 e v e ne x c e e d e d9 0 t h eo i l yw a s t e w a t e rw h i c h p r o d u c e db yt h eo i l w a t e rs e p a r a t i o nc a n n o tb ef u l l yr e i n je c t e dt ot h ef o r m a t i o n ， a n dt h e r ew i l lb em o r ee f f l u e n td i s c h a r g e d i ft h ee m u e n td i s c h a r g e dw i t h o u t t r e a t m e n tm a yc a u s es e r i o u se n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n a n di ft h eo i l yw a s t e w a t e r d i r e c t l yr e i n j e c t e dt ot h ef o r m a t i o n t h es o l i dp a r t i c l e sa n do i ld r o p l e t sw i l lb l o c k t h eo i lc a p i l l a r i t yc h a n n e l ，r e d u c et h ep e r m e a b i l i t yo ft h eo i lr e s e r v o i r , l o w e rt h e c a p a c i t yo f w a t e ra b s o r b i n ga tt h ei n je c t i o np l a c e ，a n dr e s u l t i n gi nd e c r e a s i n gt h e p r o d u c t i v i t yo fo i l 阿( i n gs o m ef a c t o r s i n t oa c c o u n t s u c ha st h eu s eo f c o a g u l a n ta n dt h ec o s tc o n t r o l ，t h ee l e c t r o - f l o c c u l a t i o n ( e f ) t e c h n o l o g y a t t r a c t e d m o r ea n dm o r ea t t e n t i o ni nt h et r e a t m e n to fo i l yw a s t e w a t e rf o ri t sa d v a n t a g e s a sa ni m p o r t a n tt r e a t m e n tt e c h n o l o g yo fe l e t r o c h e m i c a li nw a s t e w a t e r t r e a t m e n t , t h ea p p l i c a t i o n so fe fh a db e c o m ei n c r e a s i n g l yw i d e s p r e a d t 1 1 i s t e c h n o l o g yi sb a s e do nt h et h e o r yo fe l e c t r o c h e m i c a l w i t h o u ta d d i t i o n a la i r , e f u s e di n t e g r a t i o no fb u b b l e sa n df l o e s 。w h i c hf o r m e db ye l e c t r o l y s i sa n d h y d r o l y s i so f m e t a li o n ss e p a r a t e l y , t oa d s o r p tt h ep o l l u t a n t si nt h ew a s t e w a t e r a n dr e d u c et h ec o n c e n t r a t i o no ft h ec o n t a m i n a n t s t h ef l o c sf o r m e db y h y d r o l y s i sw e r ef u l lo fb u b b l e sa n db e c a m es p o n g y , t h i sm a k i n gt h ed e n s i t yo f f l o e sf a rl e s st h a nw a t e r , s ot h ef l o c sc a nf l o a ti nav e r ys h o r tp e r i o do f t i m ea n d s e p a r a tf r o m w a t e r q u i c k l y b a s e d o nt h e a n a l y s i s o ft h ee fa n dt h e c h a r a c t e r i s t i e so ft h eo i l yw a s t e w a t e r , t h i sw a s t e w a t e rt r e a m e n tt e c h n o l o g yi s s u i t a b l ef o r t h et r e a t m e n to fo i l yw a s t e w a t e r i nt h i sp a p e r , s t a t i ca n dc o n t i n u o u se fe x p e r i m e n ta r eu s e dt or e m o v et h e o i lf r o mt h eo i l yw a s t e w a t e ra n dm a d et h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： i l i fl1t h ec o n t i n u o u se fe x p r e s s e dt h ee x t r e m ee f f e c to ff l o c c u l a t i o na n d f l o t a t i o n ，a n dg e tag o o dt r e a t m e n te f f e c t ( 2 ) b ys t a t i ce fe x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec u r r e n td e n s i t ya n d t h ei n i t i a lp hh a das i g n i f i c a n ti m p a c to nt h et r e a t m e n te f f e c t n ee f f e c ti n n e u t r a lc o n d i t i o ni sb e a e rt h a nt h a ti na c i d i ca n da l k a l i n ec o n d i t i o n s s ot h e r e w a sn on e e dt oa d j u s tt h ep hi np r a c t i c a la p p l l i c a t i o n t a k i n gs o m ef a c t o r s a c c o u n t ，s u c ha se l e c t r i c a le n e r g yc o n s u m p t i o n ，e l e c t r o d ec o n s u m p t i o na n dt h e e f f e c to ft h et r e a t m e n t , c u r r e n td e n s i t y3 9 7 m a c m z ，p l a t es p a c i n g10 m m ，p h7 2 w e r es e l e c t e da st h eo p e r a t i n gc o n d i t i o n s a n da f t e r4 0 m i ne fe x p e r i m e n t ，t h e o i l yw a s t e w a t e r , w h i c hi n i t i a lo i lc o n t e n tw a s6 3 2 m g l ，h a db e e nw e l lt r e a t e d ， t h eo i lr e m o v a lr a t i oc o u l d r e a c ht o6 8 0 8 ( 3 ) b a s e do nt h es t a t i ce x p e r i m e n t a ls t u d y , t h ec o n t i n u o u se x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o w e dt h a t 玎h a dag r e a ti m p a c to nt h eo i lr e m o v a lr a t i o t h eo i l r e m o v a lr a t i oc a nr e a c ht o8 5 7 ，t h eo i lc o n c e n t r a t i o no fe m u e n ti s9 2 7 m # l u n d e rt h eo p e r a t i n gc o n d i t i o n sf o rc o n t i n u o u se x p e r m e n ta sf o l l o w s ：c u r r e n t d e n s i t yo fe ft a n k3 7 0m a f c m 2 ，c u r r e n td e n s i t yo fe l e c t r o f l o t a t i o n 3 3 0 m a c m 2 ，i n i t i a lp h7 2 ，p l a t es p a c i n g 10 m m a n dt h ee l e c t r i c a l e n e r g y c o n s u m p t i o ni s0 4 4 5k w h m 3 ( 4 ) u n d e rd i f f e r e n tc u r r e n td e n s i t ya n di n i t i a lp h ，t h ec o r r e l a t i o nc o e f | i c i e n t r 2o ft h ee q u a t i o nb e t w e e no i lc o n c e n t r a t i o no ft h ee m u e n ta n de l e c t r o l y t i ct i m e a r eb o t hh i g h e rt h a n0 9 5 t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e no i l c o n c e n t r a t i o na n d e l e c t r o l y t i ct i m ei sc o r r e s p o n dt ot h ef i r s to r d e rk i n e t i ce q u a t i o n ，t h ed y n a m i c m o d e lc a nb e e x p r e s s e da s c = ( c o - c r ) e x p ( 一k t ) + c r u n d e r t h e o p e r a t i n g c o n d i t i o n sa sf o l l o w s ：i n i t i a lp h 7 2 ，c u r r e n td e n s i t y3 9 7m a c m z ，t h ed y n a m i c m o d e lc a nb ee x p r e s s e da s ：c = 4 81 1le x p ( 17 2 2 t ) + 15 7 6 5 ( 5 ) t h ee l e c t r i c a le n e r g yc o n s u m p t i o na n de l e c t r o d ec o n s u m p t i o ni s t h e m a i nc o s to fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tb ye f ，a n dt h e ya r ea l s ot h ei m p o r t a n tf a c t o r s w h i c hr e s t r i c t i n gt h ea p p l i c a t i o no fe f c o n t r o l l i n gt h ee l e c t r o d ep a s s i v a t i o n ， f i n d i n go u tt h eo p t i m a lo p e r a t i n gc o n d i t i o n sa n de t c w e r ee f f e c t i v ew a y st o r e d u c et h ec o s to fe ft e c h n o l o g y k e y w o r d s ：e l e c t r o f l o c c u l a t i o n ( e f ) ，o i l f i e l dw a s t e w a t e r , k i n e t i c sa n a l y s i s ， t h ec o s ta n a l y s i s i v 电凝聚气浮技术处理采油废水的研究( ) 1 引言 1 1 研究背景 我国油田大多数为注水开发油田，每生产1 t 原油约需注水2 t , - 一3 t ，特别是油田开发 进入高含水期开采阶段后，油田采出液中的含水率高达7 0 ，有的甚至超出9 0 【t 】。由 于采出液含水量的增加，处理后的污水不能全部回注地层，这势必将排放更多的污水。 全国每年至少有5 亿吨含油污水需处理达标后方能排放，仅胜利油田含油污水排放量为 7 1 0 4 m 3 d 。注水井洗井水也是油田含油废水的来源之一，主要是试注井及注水井洗井 排出的含油污水，这部分含油污水由于井位分散，往往在现场排放造成了一定的污染。 另外，油田中现有的联合站、中转站超负荷运转，处理水质难以达标，导致污水回注地 层压力增大，能耗增高，严重时导致回注工艺的失败，直接影响了油田稳产、高产目标 的实现。油田采出液含水率高、含油废水水量大、采油过程中注水量大和能耗高是我国 大多数油田面临的主要问题，而含油废水的治理和排放已经成为制约油田发展的重要因 素。 含油废水的处理方法主要有物理法、化学法、生物法等。随着污水排放标准的不断 提高，考虑到药剂选择和成本控制等因素，电凝聚气浮技术以其优势在采油废水的处理 中越来越受到重视。电凝聚气浮作为一种废水处理技术，通过产生电解气浮、絮凝、氧 化、还原等作用去除废水中的污染物质，具有无需外加药剂、污泥产生量少、装置占地 小、易实现自动化操作、维修方便等优点，是一种很有前途的废水处理技术。此外采油 废水中含有大量的电解质，既保证了电凝聚气浮装置的运行又有效地降低了能耗。 由于集中处理难度较大，我国中小规模油井产生的废水并没有得到有效的处理，很 多油井的废水甚至没有经过处理就向外排放，严重污染了环境。本研究旨在将电凝聚气 浮装置应用于油田采油废水的处理，验证装置的可适用性，研究处理效果与各影响因素 之间的相关关系，为采油废水选择经济、高效的处理条件提供参考依据，最终使电凝聚 气浮装置在废水产生量不大的油田中得到广泛应用。 1 2 采油废水的性质及处理现状 1 2 1 采油废水的危害 采油过程中为改善驱油效果会向水中添加大量的化学试剂，主妻是聚合物、表面活 性剂和碱等，化学试剂的加入致使采油废水的成分复杂。这类废水若直接排入水体后会 在水面形成一层薄油膜，妨碍空气中的氧进入水体，而油类的氧化作用又将加速水体恶 化，使水体缺氧，引起水中生物的死亡，破坏水中生态平衡，对生态环境造成严重的污 染。油中一些低沸点芳香烃化合物对水体中的生物有直接毒害作用，而多环芳烃具有致 陕西科技大学硕士学位论文 癌性，经生物累积后会在人体内富集从而影响人类的健康。采油废水若直接回注，废水 中的固体颗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， 导致采油率降低。 1 2 2 采油废水的特点 一般来说油田采出水中除了原油外，还有各种盐类、有机物、无机物及微生物等。 采油废水中油以浮油、分散油、乳化油和溶解油形式存在。水中无机盐离子主要有c a 寸、 m 9 2 + 、k + 、n a + 、f e 2 + 、c 1 。、h c 0 3 。、c 0 3 2 。等；含有的有机物包括脂肪烃、芳香烃、酚 类、有机硫化物、脂肪酸、表面活性剂、聚合物等 2 1 。无机物主要有溶解h 2 s 、f e s 颗粒、 粘土颗粒、粉砂和细砂等。采油废水中的微生物主要有硫酸盐还原菌、腐生菌和铁细菌 等。不同油田的采油废水水质不同，在同一地区不同区块的水质也存在差异，从总体上 看，采油污水是一种含有固体杂质和液体杂质的较为复杂的多相体系，具有以下特征： a 油水密度差值小。有些油田稠油相对密度可达0 9 8 8 4 ，与污水的密度相差较小。 b 含油量高，除部分浮油外，主要是9 0 | lm 以下的分散油和乳化油，回注容易堵塞 地层，外排会造成油污染。 c 水中悬浮固体含量高、颗粒直径小，容易造成地层堵塞。 d 水温高，一般废水温度在6 0 以上。 e 有机物含量高。油田采出水中存在多种有机物，如挥发酚、硫化物等。 f 矿化度高。从中国陆上及各油田来看，江汉、胜利、中原、大庆等油田采出水的 矿化度都很高，一般在2 0 0 0 0 5 0 0 0 0m g l 之间。高矿化度废水含有大量的h c 0 3 、c a 2 + 、 m 9 2 + 、b a 2 + 离子等成垢离子，当水温、水压或p h 发生变化时，很容易生成碳酸盐沉淀， 容易在管道及容器内结垢。 g 细菌含量高，主要是腐生茵( t g b ，1 0 - - 3 0 1 tm ) 和硫酸盐还原菌( s r b ，5 - - 1 0 l , tm ) 。大部分采出水中细菌含量为1 0 2 1 0 4 个m l ，有的高达1 0 8 + m l 。细菌大量繁殖 不仅腐蚀管线，而且还会造成地层的严重堵塞1 2 1 。 h 污染物浓度变化大，由于采油过程以及管理等方面的原因，油田采出水水质水量 具有多变性。 1 2 3 采油废水的处理方法 从目前国内外油田生产情况看，采油废水经处理后一般有以下三种出路：( 1 ) 代替 清水资源直接回注地层或配制聚合物后回注地层：( 2 ) 废水经处理后处理后作为热采锅 炉的给水；( 3 ) 处理后达到国家污水排放标准，直接排放。 从环境保护和节约水资源等角度考虑，将采油废水进行处理后作为回注水是最经济 的办法。经过治理的采油废水矿化度和粘度均较高、渗透性好，并且含有表面活性剂， 回注油层后原油采收率要比注淡水能提高5 8 。 2 电凝聚气浮技术处理采油废水的研究( ) 油田采油废水的处理方法主要有物化法、生物法、电化学法、膜分离法等。 a 物化法处理采油废水 物化法处理采油废水主要是混凝法。混凝法是借助混凝剂的压缩双电层、吸附架桥、 电性中和及沉淀网捕作用使胶体粒子脱稳，通过混凝沉淀去除废水中的悬浮物和可溶性 污染物质。 早期油田废水处理主要采用物化方法处理，其工艺流程大体分为“三段 处理流程 和“二段 处理流程两种【，】。“三段 处理流程为采油废水从脱水站出来后先进入一次除 油罐进行油水分离除去浮油，然后进入混凝除油罐进一步除去浮油和部分乳化油，从混 凝除油罐流出的废水进入压力过滤罐，经过滤除去废水中的悬浮杂质和残余油珠，废水 基本达到回注要求。“二段 处理流程较“三段处理流程少了一次除油，只有混凝除油 和过滤两部分，其主要构筑物有混凝除油罐和过滤罐。随着采出油含水率越来越高，处 理难度加大，且出水水质要求越来越高，使得传统的方法处理已很难达到排放或回注水 标准。 目前，混凝法主要用于现有油田废水处理工艺的前处理或者作为废水处理工艺的后 处理以使废水满足排放或回注水要求。 b 生物法处理采油废水 虽然油田废水c o d 大多在3 0 0 m g l - 一- 5 0 0 m g l ，但由于其可生化性差，且含有难降 解有机物，因此，目前国内普遍采用厌氧好氧相结合的工艺来处理这类废水。 杜卫东等【4 】利用厌氧酸化加接触氧化的方法对油田废水进行试验研究，该油田废水 b c 比小于o 1 5 ，可生化性差，当厌氧h r t 为1 6 h 时，厌氧单元对c o d 的去除率在3 3 ， b o d 5 提高一倍，大大改善了废水的可生化性，为后续好氧处理提供了条件。董晓丹等【5 】 对油田采油废水采用隔油水解酸化一s b r 工艺进行处理，废水经水解酸化阶段后改善 了废水的可生化性，b c 比由进水0 2 上升至0 4 以上，b o d 去除率达到了9 0 ，c o d 去除 率8 5 。 生物技术处理采油废水有很好的效果，适用于较为集中的油田废水的处理，但对于 中小型油井的废水处理，其处理成本相对较高。 c 电化学方法 常用的是电混凝法和电解气浮法，该法处理效果好、操作简单，但阳极消耗量大， 能耗高。改进的电混凝气浮法主要为电池滤床法，目前仍处于探索阶段。 1 3 电凝聚气浮技术处理废水的作用机理及应用现状 1 3 1 电凝聚气浮技术处理采油废水的作用机理 电凝聚气浮技术在外电压作用下，可利用可溶性阳极产生的大量阳离子水解后形成 的絮体和极板上产生的大量气体对废水进行凝聚气浮处理。电凝聚气浮通常选用铁或铝 3 陕西科技大学硕士学位论文 作为阳极材料，将电极置于被处理的水中，通电后金属阳极发生氧化反应，产生的金属 离子在水中水解、聚合生成一系列多核水解产物而起凝聚作用。同时，在反应器中阴极 上产生的新生态氢，其还原能力很强，可与废水中的污染物起还原反应或生成氢气。在 阳极上也有少量氧气放出，氢气和氧气以微气泡的形式出现，在水处理过程中与悬浮颗 粒接触可获得良好的粘附性能，从而提高水处理效率。当废水中存在大量c l 时，能够阻 止钝化膜的形成，并且在电解过程中生成c 1 2 、h c i o 等能够氧化水中有机物，并抑制微 生物的滋生。 电凝聚气浮作用机理主要有电解凝聚、电解气浮、电解氧化和电解还原四种作用机 理。在采油废水处理过程中，电解凝聚和电解气浮主要去除采油废水中的主要污染物( 乳 化油和悬浮颗粒) ，而电解氧化与电解还原可去除采油废水中的一些可溶性有机物及细 菌。 i i i 电解凝聚作机理 在直流电作用下，可溶性金属阳极在水中失去电子形成离子，随着水溶液p h 不同， 形成不同的络合物，可起到凝聚、吸附和共沉淀的作用。就电极材料而言，铝和铁两种 金属价格便宜且处理效果较好，因此电凝聚气浮技术多采用它们作为阳极来处理废水， 其电极反应如下： 对铝阳极：舢一砧3 + + 3 e 对铁阳极：f e f 矿2 e 电离后形成的阳离子经水解、聚合作用可生成多核羟基络合物，对水中杂质及有机 物进行凝聚处理。铝离子水解生成：a i ( h 2 0 ) 6 3 + 、a i ( h 2 0 ) 5 0 h 2 + 、a i ( h 2 0 ) 4 ( o h ) 2 + 等氢氧 化物，这些氢氧化物可以形成新的单体或聚合体，如a i ( o h ) 2 + 、a i ( o h ) 2 + 、a 1 2 ( o h ) 2 4 + 、 a i ( o h ) 4 、a 1 6 ( o h ) 1 5 ”、a 1 7 ( o h ) 1 7 4 + 、砧8 ( o h ) 2 0 4 + 、a i l 3 0 4 ( o h ) 2 4 7 + 、a 1 1 3 ( o h ) 3 4 5 + 等m 。1 铁离子水解可形成以下络合物：f e ( h 2 0 ) 6 3 + 、f e ( h 2 0 ) 5 ( o 均2 + 、f e ( h 2 0 ) 4 ( o 岣2 + 、 f e 2 ( h 2 0 ) 8 ( o 均2 4 + 以及f c 2 ( i - 1 2 0 ) 6 ( o h ) 4 4 + 等 s t 7 ，9 】。新生态的无定形网捕絮体有利于快速吸附 可溶性有机组分并捕获颗粒的大表面积。同时，带电的污染物颗粒在电场中泳动，其部 分电荷被电极中和而促使其脱稳聚沉，而a i ( o h ) 3 或f e ( o h ) 2 、f e ( o l - r ) 3 沉淀的网捕作用 协同多核配合物的电中和作用，使絮凝过程快速进行，最终通过气浮和沉淀去除。 b 电解气浮作用机理 。 由于水的离解及其它物质的电解氧化，废水在电解阴、阳两极板表面会产生如h 2 、 0 2 、c 1 2 等气体的微小气泡，其电极反应如下所示： 阴极反应：2 h 2 0 + 2 e 一2 0 h 一十h 2 阳极反应：2 h 2 0 _ 0 2 + 旷+ 4 e 当废水中含有c l 。离子存在时，阳极会发生c l 。的电解及c 1 2 的水解反应： 1 4 电凝聚气浮技术处理采油废水的研究( ) 2 c l _ c 1 2 + 2 e 电解气泡的物理过程包括气泡的成核、长大和脱离三个阶段【- 明。气泡的长大大致有 三个过程，即极板表面微小气泡的并聚，以中等气泡为中心兼并周围小气泡，以及大气 泡的滑移并聚。电解气浮产生的气泡比传统气浮技术释放的气泡粒径要小，直径均在 6 0 1 u n 以下。氢气粒径为1 0 1 j m - - 一3 0 1 x m ，不溶于水，其容量为水容量的1 1 2 0 0 分之一，气 泡数为1 3 x 1 0 6 个几2 6 x 1 0 6 个l ，气体上升速度可达0 7 m m s ，比通常的压力溶气气 浮的小1 0 倍左右。氧气泡粒径为2 0 $ l m - - 6 0 9 m ，微溶于水，加压气泡的粒径为4 0 - - 1 0 0 1 x m v u 。由于粒径很小，电解产生的气泡具有强大的俘获、浮载能力和良好的粘附性 能，且气泡越小，提供的表面积更大，处理效果更佳。由此可见电解产生的气泡的捕捉 能力要比加压气浮强。 电解气泡尺寸大小受p h 值和电极材料的影响，如表1 1 所示【1 2 1 。氢气泡在中性p h 值下最小，氧气泡随着p h 值的增大而增大。然而，值得注意的是，与阳极材料一样， 阴极材料对氢气泡的大小也有影响，且气泡的大小遵循正态分布1 1 3 1 。 表l l 不同电极材料和p h 值条件下气泡尺寸 t a b l e1 - 1t h er a n g eo f g a sb u b b l e sa td i f f e r e n tp ha n de l e c t r o d em a t e r i a l s 影响电解气浮作用的因素很多，如废水、絮体和气泡三者之间的表面张力，气泡尺 寸和数量，停留时间，絮体和气泡的电位，溶液温度、p h 值，但最关键的影响因素是气 泡数量，气泡数量的多少可以通过调节电流密度控制。 c 电解氧化作用机理 当废水中含有大量c l _ ，且电解电压较高时，溶液中还将发生以下反应： 2 h 2 0 0 2 “+ 4 e 2 c 1 一一c 1 2 卜2 e c 1 2 + h 2 0 h c l o + r 卜c ：l _ h c i o c l o 一+ h + 阳极产生的活性氧、c 1 2 和h c l 0 具有很强的氧化能力，可氧化含油废水中的可溶性 有机物，使某些大分子有机物被氧化为小分子有机物。 d 电解还原作用 电解还原是由于水的离解在阴极上产生了新生态氢。新生态氢还原能力很强，可与 5 陕西科技大学硕士学位论文 废水中的氧化性有机物起还原反应，从而使得有机物得到一定的降解。其反应如下所示： 2 咖e 一2 【h 】一h 2 1 3 2 电凝聚气浮技术在废水中的应用 电凝聚气浮技术是一种简单有效的废水处理技术，在提高电解效率、降低电解成本 的基础上完全可以取代传统废水的处理方法。自2 0 世纪初电凝聚技术就已开始应用于废 水处理中【1 ，能有效去除废水中的悬浮颗粒、重金属、色素、有机物、油脂、乳化油、 氟离子、放射性元素以及细菌微生物等。由于该技术无需外加药剂、污泥产生量少、装 置占地少、易实现自动化操作、维修方便等优点，目前在印染废水、制革废水、含油污 水、造纸黑液、餐饮废水、含氟废水等废水的治理中发挥着重要作用。 a 电凝聚气浮技术在制革废水处理中的应用 皮革制造业是世界上最古老的行业之一，是引起我国水污染的重要来源之一。皮革 加工过程中实际上只能使2 0 的原料皮转化为可出售的皮革，其余的则形成污染物或副 产品，此外在加工过程中需要使用多种化工原料和助剂，使得制革废水含有酸、碱、盐、 染料、单宁、硫化物、铬、糖、氨氮、油脂等多种物质，是目前工业废水处理的难点之 一。 电凝聚气浮过程中的吸附、氧化还原等作用可有效去除制革废水中的c o d 、硫化物 油脂等。a y h a ns e n g i l 铮t s 】采用低碳钢、铝做为电极处理制革废水取得了较好的处理效果。 研究结果表明，低碳钢对废水中c o d 、硫化物、油脂的去除效果较铝电极好。采用低 碳钢做电极时，当进水p h 为3 、c o d 为2 5 3 0 0m g l 、硫化物含量3 0 0 0m g l 、油脂含 量1 8 5 m g l ，c o d 、硫化物、油脂在电解时间为1 0 m i n 时的最佳去处电流密度分别为3 5 i b a c m 2 、3 5m a c m 2 、3 5 r n a c m 2 ，此时所需的电量分别为5 7 6 8k w h m 3 、0 5 2 4k w h m 3 、 o 0 0 015 k w h m 3 。 f e m a n d o 等【1 6 】采用电凝聚技术处理制革废水，结果表明，采用电凝聚技术在中性条 件下可获得满意的处理效果。随着电解时间的增加，浊度、铬含量、钙盐浓度的去除率 有所提高。初始p h 、电解时间、电流密度对铬的去除影响较大。在中性条件下，电解时 间3 0 到4 5 m i n c o d 、浊度、铬含量的去除经济效益最高。 b 电凝聚气浮技术在印染废水处理中的应用 印染废水具有浓度高、色度大、成分复杂、有毒有害物质多，可生化性差，等特点， 对水体的污染特别严重，常规处理方法主要由吸附法、氧化还原法、化学凝聚法、离子 交换法、超滤法、生化法和电化学法等。 c h e n - l uy a n g 等0 7 利用电凝聚方法采用铁、铝电极处理活性染料废水( c i r e a c t i v e b l u e 1 9 ) 、酸性染料废水( c i a c i dr e d 2 6 6 ) 、分散染料废水( c i d i s p e r s ey e l l o w - 2 1 8 ) ，考 察电凝聚技术对染料废水色度的去除情况。研究表明铁、铝电极均可有效去除废水中的 6 电凝聚气浮技术处理采油废水的研究( ) 色度。采用铁电极时n a c l 投加量对去除效果影响较大，n a c l 可降低耗电量、缓解电极 钝化问题，同时可生产n a c l 0 具有强氧化性，可进一步分解染料分子。砧离子的破乳 作用和新生态混凝剂对染料分子的吸附作用可有效去除废水中活性染料、分散染料产生 的色度。由于铝的氢氧化物在高p h 和低p h 时均会溶解，而阴极产生的o h 增加了溶液 的p h ，最终使新生态混凝剂吸附的染料分子回到溶液中，使得废水色度增加，因此采用 铝电极时反应过程中p h 的调节控制对色度的去除影响较大。 m e r z o u k 等【l s 】采用连续运行的电凝聚技术对纺织染色废水进行处理，研究了废水性 质( 电导率、进水p h 、进水染料浓度) 和主要操作条件( 电流密度、停留时间) 对废水 处理效果的影响。研究结果表明，当进水p h 为6 9 、停留时间1 4 r a i n 、电流密度 3 1 2 5 m a c m 2 、废水电导率2 4 m s c m 、极板间距l c m 时，c o d 为2 5 0 0 m g l 、染料浓度 低于2 0 0 m g l 的废水中红色染料产生的色度可得到有效去除，其色度去除率可大于8 5 ， 同时c o d 的去除率高于8 0 。 c 电凝聚气浮技术在造纸黑液处理中的应用 造纸黑液是纸浆造纸过程中污染物浓度最高的废液，它几乎集中了纸浆造纸过程 9 0 的污染物，由于黑液碱性大、颜色深、臭味重、泡沫多，排入水体后大量消耗水中 的溶解氧，严重污染水源，给环境和人类健康带来危害。目前处理造纸黑液常用的方法 有物化治理和生物治理，这两大传统处理方法均有不足之处，而电凝聚技术以其投资省、 占地面积小、操作管理简单等诸多优点在造纸黑液处理过程中越来越受到重视。兰紫荆 等f 1 9 l 利用电凝聚法处理造纸黑液，结果表明当电流密度为3 2 m a c m 2 ，n a c l 投加量1 4 9 ， p h 为6 ，极板间距1 2 r a m ，通电时间3 5 r a i n 时，c o d 、s s 和浊度的去除率分别达到6 0 、 7 3 5 9 、7 1 5 6 。z a i e d 等刚采用铝、铁电极作为牺牲阳极对造纸黑液进行处理，研究结 果表明，铝电极对黑液处理效果较好，当初始p h 为7 ，电解时间5 0 m i n ，电流密度为 1 4 m a c m 2 时，c o d 、p o l y p h e n o l 、色度的去除率分别达到9 8 、9 2 、9 9 ，出水p h 呈中性，且较清澈。 d 电凝聚气浮技术在含油废水处理中的应用 由于电凝聚过程中生成的新生态混凝剂对油脂的吸附效果优于传统混凝剂，使得电 凝聚技术在含油废水处理中得到广泛应用。 c a n i z a r e s 等【2 l 】采用传统混凝法和电凝聚技术处理含油乳化废水，对两种处理方法的 处理效果进行研究。结果表明：两种处理方法的处理效率与溶液中铝离子的浓度及溶液 的p h 值有关。破乳主要在p h 为5 9 之间发生，所需的铝离子量与乳化废液中油的含量有 关。电解液中加入氯化物、硫酸盐可提高c o d 的去除率，投加氯化物的处理效果较硫酸 盐好。在破乳过程中铝的氢氧化物沉淀物是主要的破乳剂。 h a n a f i 等采用铝做电极的电凝聚方法处理处理橄榄油加工厂废水，以c o d 去除率、 7 陕西科技大学硕士学位论文 多元酚和色度去除率为指标考察电混凝技术对含油废水的处理效果，主要控制的参数有 电解时间、电流密度、c l 含量、初始p h 。当进水c o d 为2 0 0 0 0 m g j l ，电导率为3 6 m s c m ， 初始p h 为4 2 ，多元酚含量为2 6 0 m g l ，其最佳电解时间为1 5 m i n ，n a c l 投加量为2 9 t , ， 初始p h 为4 2 ，电流密度为2 5 0 a m z ，此时色度、c o d 、多元酚的去除率均大于7 0 ，处 理过程中电极消耗为0 0 8 5 k g a l k g c o d r m o v c d ，能耗为2 6 3 k w h k g c o d r c m 叫。d ，处理后出水 对蜡样芽胞杆菌无毒性。 a g u s t i n 等】采用电凝聚法处理棕榈油加工厂出水，研究表明采用铝电极，n a c l 做电 解质时，电混凝方法可降低含油废水的浊度、c o d 、b o d 、重金属含量及酚类化合物含 量。经电混凝技术处理后，废水由深棕色浑浊液体变为淡黄色透明液体，p h i 4 3 升高到 7 6 3 ，c o d 从3 6 8 0 0 m g l 降至2 5 6 0 0 m g l ，b o d 5 从2 3 4 0 0m e d l 降至1 4 4 0 0 m g l ，c r 、f e 、 m n 等重金属经处理后得到了很好的去除效果。 e 电凝聚气浮技术在含氟废水处理中的应用 含氟废水中氟的去除方法一般有石灰沉淀法、混凝沉降法、吸附与离子交换法及电 凝聚法、电渗析法、反渗透法等，其中电凝聚法是比较有竞争力的一种方法。电絮凝除 氟的实质是利用电解形成的羟基铝络合物吸附水中氟离子并通过沉降去除氟离子。 在诸如p h 、含氟量、水温、接触时间、水流速度等众多的条件中，对氟去除率影响 最大的是p h ，因为它影响铝离子在水中的形态，直接关系到静电吸附和离子交换吸附能 否进行。e s s a d i 等【2 4 】利用e c e f 对饮用水中氟离子的去除进行研究，表明p h 在4 到7 范围内氟的去除率浮动较大，反应器中羟基铝络合物对氟的吸附共沉作用强于r e ( o h ) 3 表面发生的吸附作用及离子交换作用。在p h 为4 - - - - 5 之间，氟的去除率最大并且形成的 污泥量最少。考虑除氟前要对水预先调p h 所需的费用，p h 宜控制在5 左右。 水中共生离子的存在会影响电混凝的除氟效率。c yh u 等【2 5 1 利用铝电极研究共生离 子对氟的去除影响。研究表明，在没有共生离子存在的条件下，电凝聚的除氟效率接近 1 0 0 ，反应主要发生在极板表明。而当溶液中存在共生离子时，氟的去除主要发生在溶 液中。溶液中有s o ? 。存在的条件下，s o ? 。在小范围阻止了铝电极的腐蚀而降低了反应器 的电流效率，导致氟的去除率下降至u 2 0 - - 6 0 。溶液中存在s 0 4 2 、c 1 。或s 0 4 2 。、n 0 3 。 时，对氟的去除率影响不大，因为c l 。和n 0 3 可降低s 0 4 2 。对铝极板腐蚀的抑制作用。 f 电凝聚气浮技术在餐饮废水处理中的应用 餐饮类废水的成份及其复杂，含有各种各样的动植物油、蛋白质、淀粉、糖、纤维 素、维生素、无机盐份、表面活性剂等。其特点是量少源多，水质变化较大。电凝聚法 处理餐饮类含有废水具有设备简单、条件易控、效果稳定等特点。 潘怀玉等【2 6 】采用铁电极对餐饮废水处理进行试验研究，重点考察了废水电导率、浓 度、p h 及极板间距、电流密度、电解时间等对c o d 口去除率的影响。结果表明，影响处 8 电凝聚气浮技术处理采油废水的研究( i i ) 理效果的主要因素有电解时间、电流密度，废水的p h 、电导率及极板间距对处理效果影 响不大。对中等浓度废水，当c o d 盯在1 0 0 0 m g l 左右，在电流密度为1 5 a m 2 , - - - , 2 0 刖砰， 电解时间为3 0 r a i n 的条件下，c o d 盯的去除率为8 0 左右。 陈国华等叨采用铁、铝电极对餐饮废水进行处理，结果表明铝电极才处理效果优于 铁电极，采用铝电极时电荷通量对处理效果影响较大，初始p h 、电导率和电流密度对污 染物的去除影响不大。根据废水性质不同，最佳的电荷通量和电流密度分别在1 6 7 f o 9 9 5 f