油田含油污水Fenton氧化处理实验报告.doc

油田含油污水Fenton氧化处理实验报告Lab report on oily sewage treatment by Fenton oxidation潘娟（2010级环境一班；学号：1004030102）摘要油田含油污水处理问题是一项难度极大的技术课题,本实验采用Fenton试剂对油田含油污水进行氧化处理,实验过程中考察pH值、Fe2+/H2O2(摩尔比)、试剂投入量等因素对COD去除率的影响。关键词含油废水Fenton氧化处理COD去除率AbstractOily Sewage is hard to treat, in this experiment oily sewage was treated by Fenton oxidizer. The effect factors of pH value, Fe2+/ H2O2 (mole ratio), the quantity of the oxidation agent on removal rate of COD were studied.Key wordsOily SewageFentonOxidation TreatmentCODRemoval Rate目前,我国大部分油田已进入石油开采的中期和后期,采出原油的含水率已达70%80%,有的油田甚至高达90%,油水分离后产生大量的含油污水1,2。油田含油污水处理问题是一项难度极大的技术课题,也是一项关系地下和地面的复杂系统工程。从目前国内含油污水处理技术的研究及应用现状来看,由于油田废水中成分复杂含有大量不可生化和其他方法不易处理的污染物,是一项关系油田生产和环保的一大难题。因此,开发出新的油田含油污水综合处理及回用技术,必将给油田含油污水处理领域带来希望和生机3。本文采用Fenton试剂对油田含油污水进行氧化处理4Fenton试剂具有非常高的氧化能力,在Fe2+离子的催化作用下, H2O2的分解活化能低(34.9kJ/mol),能够分解产生羟基自由基OH,它具有非常高的氧化电极电位,具有很强的氧化性能3。实验过程中考察pH值、Fe2+/ H2O2(摩尔比)、试剂投入量等因素对COD去除率的影响。At present, most oilfields in china have entered into mid-late oil exploitation stage. Crude oil moisture content was generally 7080%, even reach 90%. Large amount of oily wastewater was produced from oil-water phase separation process. Discharge of untreated wastewater would put hazardous risk to environment and public health. Therefore, development of highly effective economical treatment and reusing technologies has become an important problem of the modification and establishment of oily wastewater processing station.In this paper, the experiment uses the Fenton reagent to carry on treatment. Results show that the oxidation effect of Fenton reagent is of high efficiency. Under the catalyzing of Fe2+,the activating energy for decomposition of H2O2 is low(about 34.9kJ/mol),which can decompositionOH .TheOH have a electrode potential and good performance of oxidation. In the process of this experiment , several factors ,which have an effect on the removal ratio of COD, are taken into consideration .They are the pH value、the more ratio of Fe2+/ H2O2 and the amount of the Fenton oxidation agent 1、实验原理： 众多的研究成果表明，在 Fenton 反应中，反应实质是二价铁离子(Fe()和双氧水之Fe2+ H2O2 Fe3+ OH + OH-5l Fe3+ H2O2 Fe2+ H+ HO2l Fe2+ OH Fe3+ OH-l OH + H2O2 HO2 + H2Ol Fe2+ HO2 Fe(HO2)2+l Fe3+ HO2 Fe2+ O2+ H+l HO2 O2-+ H+l Fe3+ O- Fe2+ O2l HO2 + HO2- H2O2+ O2l HO2 + OH O2+ H2Ol OH + O2- OH-+ O2l RH + OH R + H2Ol R + Fe3+ R+ Fe2+l R+ O2 ROO+CO2+ H2Ol OH + OH H2O2Fenton 试剂之所以具有非常强的氧化能力，是因为过氧化氢在催化剂铁离子存在下能生成氧化能力很强的 OH自由基，另外 OH自由基具有很高的电负性或亲电子性，其电子亲和能力 569.3KJ，具有很强的加成反应特性。上述系列反应中，HO2与有机物 RH 反应生成游离 R，R进一步氧化生成 CO2和 H2O，从而使水的 COD 大大降低。在污水 pH 调至碱性并有 O2存在时，还会发生下列反应：l Fe2+ 1/2O2+ H2O + OH Fe(OH)3l 2Fe3+ + 3H2O2+ 3H2O 2H2FeO4l 2H2FeO4+ 3H2O2 2Fe(OH)3+ 2H2O + 3O2在一定酸度下，Fe(OH)3以胶体形态存在，具有凝聚、吸附性能，可去除水中部分悬浮物和杂质。Fenton 法的优点在于过氧化氢分解速度快，因此氧化速率油田含油污水处理及回用技术也较高。许多无机硫化物，从元素到硫化物、硫的含氧化物及硫化氢等都可以用该技术氧化为硫酸盐。Fenton 法在废水处理中的应用可分为两个方面：一是作为一种单纯的氧化技术处理有机废水，二是与其它处理技术结合起来共同处理有机废水，比如混凝沉降法、活性炭吸附法、生物处理方法等，以取得良好的效果2、实验仪器及药品：力搅拌器781、pH试纸、100ml烧杯若干，500ml烧杯、玻璃棒、10ml移液管、粘度测定仪试验药品：含油污水、双氧水、FeSO47 H2O、硫酸、氨水、纯水等3、实验方法取60mL含油污水于烧杯中,用稀硫酸溶液(或1:1氨水)调节pH至预定值,投入一定量的FeSO47 H2O,于磁力搅拌器上搅拌均匀后加入一定量的H2O2溶液进行氧化处理,氧化反应一段时间后,测定处理后含油污水的粘度，并求出COD的去除率。4实验结果与讨论4.1.Fe2+/H2O2(摩尔比)对COD去除率的影响在pH值为3、H2O2浓度0.06mol/L、催化剂投入量30ml、反应时时间20min的条件下进行实验。通过改变Fe2+/H2O2(摩尔比)，考察Fe2+/H2O2(摩尔比)对COD去除率的影响实验结果如图1所示。 从图1可看出，随着Fe2+/H2O2(摩尔比)增加，处理后的污水粘度随之降低，即COD去除率增加。这主要是因为，Fe2+/H2O2(摩尔比) 过低即Fe2+浓度将过低，使反应Fe2+ H2O2 Fe3+ OH + OH-速度低，因此氧化反应过程受到抑制以致COD去除率低。Fe2+/H2O2(摩尔比)增加，Fe2+浓度随之增加，单位量H2O2产生的OH数量增加，所产生的OH全部参与了与有机物的反应，从而提高了氧化效果，COD去除率升高。在Fe2+/H2O2(摩尔比)为1:3时，氧化反应达到最佳处理效果。随着Fe2+/H2O2(摩尔比)进一步增加，Fe2+浓度将过高，过量的Fe2+将还原H2O2且自身氧化为Fe3+，因而降低了氧化反应的处理效果，COD去除率呈下降趋势。4.2.pH值对COD去除率的影响 在Fe2+/H2O2(摩尔比)为1:3、H2O2浓度0.06mol/L、催化剂投入量30ml、反应时时间20min的条件下进行实验。通过改变pH值，考察pH对COD去除率的影响。实验结果如图2所示。 从图2可看出，当pH值低于2时，COD去除率较低，这主要是因为溶液H+浓度过高，反应Fe3+ H2O2 Fe2+ H+ HO2和Fe3+ HO2 Fe2+ O2+ H+受到抑制，Fe3+不能顺利地被还原为Fe2+，催化反应受阻。当pH值为3时，Fenton氧化反应获得最佳处理效果。而随着pH值继续升高，COD去除率呈下降趋势，这是因为Fenton试剂氧化反应主要是在酸性条件下进行，在中性和碱性的条件下，Fe3+不能催化H2O2产生OH，同时pH值的升高容易使溶液中Fe2+以氢氧化物的形式沉淀而失去催化能力。4.3.催化剂投入量对COD去除率的影响 在Fe2+/H2O2(摩尔比)为1:3、H2O2浓度0.06mol/L、pH=3、反应时时间20min的条件下进行实验。通过催化剂投入量，考察催化剂投入量对COD去除率的影响。实验结果如图3所示。 从图3可看出，催化剂较低时，COD去除率逐渐升高，主要是因为在H2O2初始量较低时，H2O2量的增加引发OH自由基增加，所产生的OH全部参与了与有机物的反应。当催化剂投入量为30ml时，Fenton氧化反应达到最佳处理效果。而当催化剂投入量进一步增加时，COD去除率却呈下降趋势，这是因为过多的H2O2在反应中不但不能分解产生更多的自由基，反而发生以下反应：l OH + H2O2 HO2 + H2Ol HO2 O2-+ H+l OH + O2- OH-+ O24.4实验小结通过对Fenton氧化处理油田含油污水实验结果的分析，可得出以下结论：Fenton高级氧化技术处理难降解油田含油污水，可取得较好的处理效果。通过考察pH值、Fe2+/H2O2(摩尔比)、催化剂投入量等几个因对COD去除率的影响，可以得出结论：在pH=3，H2O2浓度为0.06mol/L，Fe2+/H2O2( 摩尔比 )