低温等离子体对油田压裂废液降解规律的研究

1、西安石油大学本科毕业设计（论文） 低温等离子体对油田压裂废液降解规律的研究 摘要：油田压裂废液是油田增产过程中普遍产出的废液，具有点多面广、污染 物浓度高、污染源分散、排放量大的特点，如果返排至地面的压裂液不经过处 理而外排，会对周围环境，尤其是农作物及地表水系造成污染。本文对于油田 压裂废液来源、组分，国内外目前比较主流的处理方法进行了综述，并且对低 温等离子体技术进行了概述。本次实验中用肌胶溶液模拟油田压裂废液，并采 用低温等离子体技术降解肌胶，研究了放电时间、电流、电压、环境温度以及 肌胶的浓度等因素对等离子体降解肌胶的影响。并从实验中得到的数据进行分 析研究，分析出上述各因素对等离子体

2、降解肌胶的影响规律，并得出低温等离 子他降解肌胶的最有条件。 关键词：压裂废液；低温等离子体；降解。 西安石油大学本科毕业设计（论文） Study on fracturing wastewater degradation by low temperature plasma Abstract：Fracturing waste is waste generally output oil production process, has the characteristics of wide distribution high concentration of pollutants, pollutio

3、n dispersion, emissions from large, if the back discharge fracturing fluid to the surface of the untreated and row, on the surrounding environment, especially water pollution caused by crop and table The fracturing wastewater sources, composition, domestic and foreign present mainstream treatment me

4、thods are summarized, and on the low temperature plasma technology overview. Simulated oilfield fracturing liquid guar gum solution in this experiment, and the low temperature plasma technology for degradation of guar gum, studied the factors affecting the discharge time，current, voltage, temperatur

5、e and guar gum on the concentration of plasma degradation of guar gum The study and analysis of the data obtained from the experiments were analyzed, the influencing factors on the plasma degradation of guar gum, And the low temperature plasma he degraded guar gum has the best conditions. Keywords:

6、Fracturing waste water; Low temperature plasma; Degradation. 西安石油大学本科毕业设计（论文） 1丄3油田压裂废液对环境的危害 西安石油大学本科毕业设计(论文) 目录 第一章绪论 1.1概述 1.1.1油田压裂废液来源 1.1.2油田压裂废液特点 12国内外油田压裂废液处理技术进展1 1.3当前处理方法存在的主要问题4 1.4低温等离子体技术概述5 15本文研究的内容6 第二章实验部分 2.1实验装置与药品7 2.1.1实验装置7 2.1.2实验药品7 2.1.3实验装置图7 2.2实验方法原理 2.2.1重钻酸钾法测定化学需氧量(C

7、ODcr) 2.2.2乌氏粘度计测定肌胶液的粘度 2.3实验方法及内容 2.3.1试剂的制备9 2.3.2实验步骤9 23.3实验内容10 第三章实验结果与讨论 3.1处理时间对等离子体降解肌胶的影响 3.2电流对等离子体降解肌胶的影响20 3.3电压对等离子体降解肌胶的影响23 3.4温度对等离子体降解肌胶的影响26 35肌胶浓度对等离子体降解肌胶的影响 29 第四章结论 30 参考文献 31 致谢 32 西安石油大学本科毕业设计（论文） 西安石油大学本科毕业设计（论文） 第一章绪论 I. 1概论 II. 2油田压废液来源 压裂作业是油气井增产的主要措施之一，为各油田普遍采用。作业中排出 的

8、残余压裂液，含有肌胶、甲醛、石油类及其他各种添加剂，具有点多面广、 污染物浓度高、污染源分散、排放量大的特点，如果返排至地面的压裂液不经 过处理而外排，会对周围环境，尤其是农作物及地表水系造成污染。众多添加 剂的加入使压裂液具有高CODcr、高稳定性、高粘度等特点，而且由于添加剂 种类繁多，使CODcr处理难度较大，特别是一些亲水性有机添加剂，难以从废 水中除去。因此，压裂废液达标治理难度大，成为油气田工业污水环保达标治 理的重点和难点。 1.1.2油田压裂废液特点 作业中排出的残余压裂液，含有肌胶、甲醛、石油类及其他各种添加剂， 具有点多面广、污染物浓度高、污染源分散、排放量大的特点。 1.

9、1.3油田压裂废液对环境的危害 如果压裂废液返排至地面，不经过处理而外排，会对周围环境，尤其是农作 物及地表水系造成污染。众多添加剂的加入使压裂液具有高CODcr、髙稳定性、 髙粘度等特点，而且由于添加剂种类繁多，使CODcr处理难度较大，特别是一 些亲水性有机添加剂，难以从废水中除去。因此，压裂废液达标治理难度大， 成为油气田工业污水环保达标治理的重点和难点【2】。 1.2国内外油田压裂废液处理技术进展 国外对压裂废液处理主要是回收利用，根据国外报道的技术资料看，他们 对压裂废液的处理技术和工艺相对简单，一般釆用固液分离、碱化、化学絮凝、 氧化、过滤等几个组合步骤，处理后的水用于钻井泥浆、水

10、基压裂液、固井水 泥浆、等配制用水。这种处理方式不仅降低了处理压裂废液的费用支出，而且 还减少了污染物的排放。 国内对压裂废液的处理主要采用以下一些方法： （1）废水池储存：将施工作业中产生的压裂废液储存在专门的废水池中， 采用自然蒸发的方式干化，最后直接填埋。这种处理方式不仅耗时长，而且填 埋的污泥块仍然渗滤出油、重金属、醛、酚等污染物，存在严重的二次污染。 （2）焚烧：这种方式虽然可以在一定程度上控制污染物的排放，但仍然会 造成大气污染。 （3）回注；将压裂废液收集，集中地进行絮凝、氧化等预处理，然后采用 一定比例与采油污水掺混进行再处理，处理后的水质达标后用作回注用水，这 西安石油大学本

11、科毕业设计(论文) 种方式存在大量的运输费用，成本较高。 由于压裂液体系复杂，含有大量的亲水性胶体，粘度很大，且含有大量的 杀菌剂，直接用絮凝剂处理或用生物降解的方法难以达到排放要求。因此，目 前广泛采用的处理方法主要是氧化处理、混凝处理、Fe/C微电解法及多种处理 方法联用。下面介绍这些常见的方法： (1) 氧化法处理 氧化法是通过向废液中添加氧化剂使得压裂废液中的高分子有机物降解， 从而降低COD的一种方法。由于压裂废液成分复杂，体系多变，粘度大，所以 用混凝等方法难以达到预期效果。资料表明，混凝剂的作用效果随着体系粘度 增大而降低。因此，氧化成为目前压裂废液处理中必不可少的一个步骤。目前

12、, 主要釆用的氧化方法有两种：Fenton试剂氧化法、次氯酸盐氧化法。 Fen伽试剂氧化法的实质是Fe2+和H2O2之间的链反应，催化生成OH自 由基，Jeseph认为Fenton试剂反应过程如下： 其中产生OH的反应为控速步骤，通过分离有机物中的H,填充未饱和的 CC键，OH能不加选择地与大多数有机物迅速反应。OH的氧化电位为2.8V, 和H2O2和O2比较，OH具有更髙的反应活性。在Fenton反应中，Fe?+起到催 化剂的作用，是催化H2O2产生自由基的必要条件，无Fe2+条件下H2O2难以分 解产生自由基；当Fe2+浓度很低时，反应速度很慢，自由基的产生量小，产生 速度慢，使整个过程受

13、到限制；当Fe2+浓度过高时，会将产生的自由基OH迅 速还原成没有氧化性的OH，干扰了自由基与有机物的反应，将内电解后的水 通过Fenton氧化后使CODcr降低。 次氯酸盐氧化法是利用次氯酸盐强氧化性，氧化时间短，在水处理中得到 广泛应用。将絮凝处理后的压裂废水的pH调至8,投加次氯酸盐，置于紫外灯 中照射并搅拌反应半小时后，CODcr去除率可达到一个理想值。 (2) 混凝法处理 在油田污水处理工艺中，絮凝沉淀法是当前去除废水中固体物质及多种可 溶性物质的较经济可行的方法。絮凝、隔油、沉淀对悬浮物和石油类的去除很 有效，fiXt CODcr的处理效果一直不很理想，尤其是在压裂液的处理中，由于

14、 压裂液的粘度较大，混凝效果随着粘度的增大而降低。有时为达到理想的处理 效果，不得不加入过量的混凝剂，使废水处理的淤泥量急剧增加，造成二次污 染，而且因过量的混凝剂使沉淀速度减慢，大大延长了废水处理周期。 在油田企业中，混凝法常作为压裂废液处理的预处理步骤来除去部分有机 物和悬浮颗粒。常用的混凝剂有硫酸铝，聚合氯化铝，聚合硫酸铝铁，聚合硅 酸铝铁等等。其机理主要有：压缩双电层、降低电位机理;吸附架桥连接作用； 吸附电中和作用；沉淀网捕作用。混凝作为预处理步骤在压裂废液处理过程中 应用较多。 Fe/C微电解法 微电解法同又称为内电解法，它集氧化还原、絮凝吸附、催化氧化、络合及 电沉积等作用于一体

15、。铸铁屑是由铁素体和碳渗体构成，在废水中形成许多微原 电池。碳的电位高，形成无数微阴极，铁的电位低成为微阳极。为促进电化学 反应，可在铁屑中混入部分含炭粒料，铸铁屑与含炭粒料接触，形成较大的原 电池。 由于电化学反应在溶液中形成电场效应，破坏溶液中分散的胶体粒子的稳 定体系，故胶体粒子向相反电荷的电极移动，沉积或吸附在电极上，从而去除 废水中悬浮态和胶体态的污染物质。 电极反应产物具有高化学活性，其中新生原子态的H和新生态的F+能与 废水中的许多组分发生氧化还原作用，破坏有机髙分子的发色或助色基团，使 之失去发色能力，使难降解的物质转变成易降解的物质。新生态的Fe2+和FM+ 是良好的絮凝剂，

16、能进一步吸附废水中的污染物最终聚结成较大的絮体而沉淀。 (4) 多种处理技术联合使用 由于压裂废液是一种成分复杂、体系多变、COD高、色度高的具有刺鼻气 味的粘稠液体，通常难以用单一的方法实现达标处理，目前几乎所有的油田均 釆用多种方法联合使用处理圧裂废液。 有人采用多种技术联合的方法处理压裂废液取得较好的效果，这种方法就 是通过石灰等将原水pH调节到36、H2O2/Fe2+催化氧化2h、化学沉淀(向污水 中加入0.5%2%氧化剂使Ff2+完全氧化成为Fe,再加入含有OHP的化学物质 烧碱或石灰乳搅拌，将pH控制在810之间，使废水中的金属离子生成氢氧化 物沉淀)、强化絮凝沉淀(在处理后的污水

17、中先加入混凝剂，搅拌，使其pH值在69, 后加入袈凝剂搅拌、沉降,清液过滤)、再通过精细过滤器过滤等工艺处理后，水 质达到回注或符合污水综合排放标准(GB8978-1996)的二级标准。 也有的采用混凝氧化Fe/C微电解H2O2/Fe2+催化氧化活性炭吸附的五步 法处理工艺将压裂废液的COD从12000mg/L降至451nig/L,取得良好效果。 还有采用物理化学脱稳过滤-OVH2O2 复合催化氧化深度氧化处理工艺，油 田压裂液能够达到污水综合排放标准(GB8978-1996)的一级排放标准。该工 艺具有流程简单，对设备腐蚀较小，对人员操作要求较低等优点。 絮凝隔油及氧化法将压裂废液的CODc

18、r从6525mg/L降低到745mg/L,降 解率达到98.8%,混凝内电解吸附生物降解的方法将压裂废液的CODcr从 8741mg/L降低到96mg/L,均达到了污水综合排放标准(GB8978-1996)的一级标准。 在压裂废液pH为9的条件下投加200mg/L的聚合硫酸铁进行混凝处理， 然后用SW-5萃取剂萃取压裂废液中的有机物，萃余相用焦炭和铁屑进行微电解 反应，再用活性炭吸附，吸附后的压裂废液经过费通试剂催化氧化，氧化出水 最后进行生化处理，能够将压裂废液的CODcr从6460mg/L降至90mg/L,达到 了 一级排放标准标准。 1.3当前处理方法存在的主要问 上述的净化工艺复杂，设

19、备投资大，需要大量的物力和人力，操作非常不 方便。以混凝-氧化Fe/C微电解H2O2/Fe2+催化氧化活性炭吸附为例，处理工艺 多达五级，其中混凝又包括调节酸碱度、加药、搅拌、沉淀、过滤等过程，每一 级都包括多步工序，每增加一级工艺，相应增加了许多处理设备和处理工序， 水处理的周期也延长了。以混凝-萃取微电解活性炭吸附催化氧化生化为例， 该方法的优点是能够大幅度降低压裂废液的COD值，最终达到污水综合排放标 准(GB8978-1996)一级标准。但若推广应用，还有很多问题尚未解决，第一， 在油区很难实现萃取，造成水处理成本高、处理量较小、时间较长；第二，污 水处理站每天接收压裂废液达数百立方米

20、，需要高效的流程工艺，而生化处理 需三十天左右，故生化处理难以满足连续处理的要求；第三，处理工艺复杂，需要 大量水处理设备，难以实现自动化、连续化。复杂的压裂废液净化工艺、庞大 的设备投资、苛刻的操作条件使得现场推广和应用都很困难。 药剂用量大，处理成本髙。由于处理工艺复杂，每一步都需要加入药剂， 药剂用量非常大，增加了处理成本；目前压裂废液处理成本为每立方米数十元 到几百元不等，远高于生活污水处理成本，这就要求研制出一种优质高效、价 格低廉的压裂废液处理剂，容易造成二次污染。絮凝沉淀产生了大量污泥，这 些污泥呈粘稠状，毒性大，难以无害化处理。大量水处理药剂引入了大量可溶 性离子，若外排则容易

21、造成土壤盐碱化；氯系氧化物处理之后的废水中含有大 量氯离子、钙离子，如果将氧化后的废水直接排放，将造成油区土壤严重盐碱 化，如果将处理后的压裂废水回注，则在后续的过滤工艺中，造成精细过滤装 置严垂堵塞，缩短设备的使用寿命。 废水处理周期长，处理量比较小,难以适应现场作业。以混凝过程为例，因为 压裂液中含有大量胶状物质，需加入大量混凝剂，同时，沉淀速度非常缓慢，有 时不得不用压滤装置过滤，延长了压裂废液处理周期，由于压裂废液处理量大, 需连续大量作业，这就要求一种快速髙效的废液处理工艺。 油气田压裂废液中含有大量可溶性离子。例如氯离子，及近年来由于含氟 表面活性剂的广泛使用而引入的氟离子等，直接

22、排放会造成土壤盐碱化，当前 3 西安石油大学本科毕业设计（论文） 关于有效处理油气田采出水中的氯离子和氟离子方法的报道还比较少。 压裂废液成分复杂、体系多变，而目前所开发的处理工艺以及水处理剂常不 具备普遍适应性，以致一旦压裂液体系改变就不得不改变压裂废液处理工艺， 随之而来的就是设备的频繁更新，造成资源的浪费。因此压裂废液处理方法必 须要适应于不同体系，稳定可靠。 1.4低温等离子体技术概述 低温等离子体I刃是继固态、液态、气态之后的物质第四态，它是气体在放电 过程中产生大量的正负带电粒子、电子和中性粒子以及自由基组成的表现出集 体行为的一种准中性气体。 当外加电压达到气体的着火电压时，气体

23、分子被击穿，产生包括电子、低 温等离子体设备各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子 温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子 体，也叫非平衡态等离子体，如果电子的温度和重粒子温度差不多，则为髙温 等离子体，或平衡态等离子体。低温等离子体中能量的传递大致为：电子从电 场中得到能量，通过碰撞将能量转化为分子的内能和动能，获得能量的分子被 激发，与此同时，部分分子被电离，这些活化了的粒子相互碰撞从而引起一系 列复杂的物理化学反应。因等离子体内富含的大量活性粒子如离子、电子、激 发态的原子和分子及自由基等，从而为等离子体技术通过化学反应处理异味物 质提供了条

24、件。它是基于放电物理、放电化学、反应工程学的学科之上的交叉 学科。近几十年来，有关等离子体技术的研究非常活跃，为合成新物质、新材 料及环境污染治理等提供了一种新技术、新方法和新工艺。低温等离子体降解 污染物是利用这些髙能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污 染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物 的目的。 现在,低温等离子体物理与应用已经是一个具有全球影响的重要的科学与工 程，对高科技经济的发展及传统工业的改造有着巨大的影响。而三分之一微电 子器件设备采用等离子体技术。塑料包装材料百分之九十都要经过低温等离子 体的表面处理和改性。科学家预测：二十一世纪

25、低温等离子体科学与技术将会 产生突破。据估计，低温等离子体技术在半导体工业、聚合物薄膜、材料防腐 蚀、等离子体电子学、等离子体合成、等离子体冶金、等离子体煤化工、等离 子体三废处理等领域的潜在市场每年将达一千几百亿美元。 目前，国内外企业利用低温等离子体技术在环保方面开发出了 “低温等离子 体有机废气净化设备”、“低温等离子体废水净化设备”及“低温等离子体汽车尾 气净化技术”。 (1) 低温等离子体在保鲜、杀菌、除臭等方面产品开发，目前已开发出适 用于冰箱、空调、洗衣机的发生器。 (2) “低温等离子体有机废气净化设备”利用低温等离子体产生的具有高氧 化性的臭氧，在催化剂的作用下，使有机废气在

26、较低的温度完全转化。该设备 可应用于溶剂厂、印染厂、油漆厂等有机废气排放源。 (3) “低温等离子体废水净化设备”可使皮革厂、造纸厂、印染厂、游泳池 等排放的废水经处理后，达到无色无味、无菌的效果。 (4) “低温等离子体汽车尾气净化技术”除具有一般汽车尾气净化器具有的功 能外，还有以下特点：降低发动机百公里耗油量；降低发动机噪音，运转平稳; 提髙发动机起始加速度；在恶劣环境下，点火启动成功率达到100%；降低尾气 中有机物及一氧化碳等有害物的排放量；适用于任何型号的燃油发动机、发电 机。 1.5本文研究的内容 随着环境保护意识的不断增强，对于油田压裂废液的处理研究越来越受到 重视。油田压裂废

27、液中含有肌胶、甲醛、石油类及其他各种添加剂，我们主要 研究其中的肌胶。 肌胶为大分子天然亲水胶体，主要由半乳糖和甘露糖聚合为食品而成。属 于天然半乳甘露聚糖，品质改良剂之一和一种天然的增稠剂。外观白色至浅黄 褐色自由流动的粉末，接近无臭。能分散在热或冷的水中形成粘稠液，达到迅 速增稠的功效。它主要分为食品级和工业级(油田使用的属于工业级)两种。 广泛用于石油压裂、钻井等增稠目的，以及食品添加剂，印染和建筑涂料等行 业。肌胶是已知的最有效和水溶性最好的天然聚合物。在低浓度下，可形成髙 粘稠溶液；表现出非牛顿流变特性，与硼砂形成酸可逆凝胶由于它的独特性能, 目前已应用于食品、制药、化妆品、个人保健

28、、石油、粘蚊剂、造纸和纺织印 染等行业。 本次实验中采用肌胶溶液模拟油田压裂废液，研究低温等离子体对肌胶的 降解，分别通过控制电流、电压、放电时间，对一定浓度的肌胶溶液进行氧化 降解，观察实验数据，得出电流、电压或放电时间对等离子体降解肌胶的影响。 然后设计测出环境温度以及肌胶的浓度对等离子体降解肌胶的影响。最后根据 实验结果总结出上述的各个因素对等离子体降解肌胶的影响规律。 第二章实验部分 2.1实验装置与药品 2.1.1实验装置 表2-1实验装置 装置名称 型号 生产厂家 电炉子 单联 北京科伟永兴仪器有限公司 恒温水浴槽 SC-15 金坛市丹阳门石英玻璃厂 低温等离子体仪 浙江浙江正泰电

29、器股份有限公司 乌氏粘度计 0.6mm 上海良晶玻璃仪器厂 酸式滴定管 50ml 锥形瓶 250ml 容量瓶 1000ml 移液管 10ml 回流管 2.1.2实验药品 表2-2实验药品 药品 纯度 生产厂家 重洛酸钾 分析纯 天津市河东区红岩试剂厂 硫酸亚铁钱 分析纯 西安试剂厂 硫酸银 分析纯 天津开发区乐泰化工有限公司 浓硫酸 硫酸汞 分析纯 西安市华浩化工有限公司 肌胶 21.3实验装置图 本次实验所需装置有低温等离子体仪（见图2-D.COD回流装置（见图2-2）. 乌式粘度计量粘度装置（图2-3） 见下页： 7 西安石油大学本科毕业设计（论文） 图2-1低温等离子体仪 图2-2 CO

30、D回流装置 图2-3乌式粘度计测量粘度装置 2.2实验原理 2.2.1重辂酸钾法测定化学需氧量（CODcr） 在强酸性溶液中，准确加入过量的重辂酸钾标准溶液，加热回流，将瓜胶 中还原性物质（主要是有机物）氧化，过量的重锯酸钾以试亚铁灵作指示剂， 用硫酸亚铁钱标准溶液回滴，根据所消耗的重貉酸钾标准溶液量计算水样化学 需氧量。 2.2.2乌氏粘度计测定肌胶液的粘度 当流体受外力作用产生流动时，在流动着的液体层之间存在着切向的内部 摩擦力，如果要使液体通过管子，必须消耗一部分功来克服这种流动的阻力。 在流速低时管子中的液体沿着与管壁平行的直线方向前进，最靠近管壁的液体 实际上是静止的，与管壁距离愈远

31、，流动的速度也愈大。流层之间的切向力f 与两层间的接触面积A和速度差Av成正比，而与两层间的距离Ax成反比：式 中，n是比例系数，称为液体的粘度系数，简称粘度。 高聚物摩尔质量不仅反映了高聚物分子的大小，而且直接关系到它的物理 性能，是个重要的基本参数。与一般的无机物或低分子的有机物不同，高聚物 多是摩尔质量大小不同的大分子混合物，所以通常所测高聚物摩尔质量是一个 统计平均值。 测定高聚摩尔质量的方法很多，而不同方法所得平均摩尔质量也有所不同。 比较起来，粘度法设备简单，操作方便，并有很好的实验精度，是常用的方法 之一。用该法求得的摩尔质量成为粘均摩尔质量。 2.3实验方法及内容 23.1试剂

32、的制备 重铅酸钾标准溶液（K2CDO7）；称取预先在120-C烘干2h的基准或优质纯 重锯酸钾12.258g溶于水中，移入lOOOinl容量瓶，稀释至标准线，摇匀。 试亚铁灵指示液：称取1.485g邻菲啰咻（C12H8N2）、0695g硫酸亚铁（FeSOQ 溶于水中，稀释至100ml,储于棕色瓶内。 硫酸亚铁鞍标准溶液（C（NH4）2 Fe（SO4）2）：称取39.5g硫酸亚铁镀溶于水中，边 搅拌边缓慢加入20ml浓硫酸，冷却后移入1000ml容量瓶中，加水稀释至标线, 摇匀。临用前，用重钻酸钾标准溶液标定。 标定方法：准确吸取10.00ml重铅酸钾标准溶液于500ml锥形瓶中，加水稀释至 1

33、10ml左右，缓慢加入30ml浓硫酸，混匀。冷却后，加入3滴试亚铁灵指示液 （约0.15ml）,用硫酸亚铁钱溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即 为终点。 C=0.2500 xl0.00/V.（式 2.1） 式中：C硫酸亚铁钱标准溶液的浓度（mol/L）； V硫酸亚铁较标准溶液的用量（ml）。 硫酸硫酸银溶液：于500ml浓硫酸中加入5g硫酸银。放置l2d,不时摇 动使其溶解。 肌胶溶液：称取固体弧胶，加入到500 ml的水中，用玻璃棒搅拌lOmin左 右,并放置812小时。 23.2实验步骤 重铅酸钾法测定化学需氧（CODcr）： （1）取10.00ml混合均匀的瓜胶溶液（或适量水样

34、稀释至10.00ml）置于 250nil磨口的回流锥形瓶中，准确加入10.00ml重铅酸钾标准溶液及数粒小玻璃 珠或沸石，连接磨口的回流冷凝管，从冷凝管上口慢慢地加入10ml硫酸硫酸银 溶液，轻轻摇动锥形瓶是溶液混匀，加热回流2h （自开始沸腾时计时）。 注：对于化学需氧量高的废水样，可先取上述操作所需体积1/10的废水样和试 9 西安石油大学本科毕业设计(论文) 剂于15x150mm硬质玻璃试管中，摇匀，加热后观察是否成绿色。如溶液显绿 色，在适当减少废水取样量，直至溶液不变绿色为止，从而确定废水样分析时 应取用的体积。稀释时，所取废水样量不得少于5ml,如果化学需氧量很高，则 废水样应多次

35、稀释。废水中氯离子含量超过30mg/L时，应先把0.4g硫酸汞加 入回流锥形瓶中，再加20.00ml废水(或适量废水稀释至20.00ml),摇匀。 (2) 冷却后，用90ml水冲洗冷凝管壁，取下锥形瓶。溶液总体积不得少 于140ml,否则因酸度太大，滴定终点不明显。 (3) 溶液再度冷却后，加3滴试亚铁灵指示液，用硫酸亚铁镀标准溶液滴 定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点，记录硫酸亚铁鞍标准溶液 的用量。 (4) 测定水样的同时，取20.00ml重蒸憎水，按同样的操作步骤作空白试 验。记录测定空白时硫酸亚铁鞍标准溶液的用量。 乌氏粘度计测定肌胶液的粘度： (1) 试样准备：将配置好的肌

36、胶按照实验参数，进行低温等离子体处理。 (2) 温度调节：恒温水浴温度控制在25o.rc,注意粘度计要放在 离搅 拌较远的地方，这样温度波动对粘度计的影响较小。 (3) 测定流出时间：将洗净烘干的乌氏粘度计垂直放在恒温水浴中，使G 球完全浸没在水面下，由A管用G2耐酸度漏斗过滤1015毫升苯溶剂于粘度 计中，恒温10分钟左右，B、C两管各套一胶管，用吸球从B管的胶管将溶剂 吸至G球一半，取下吸液球，开启C管，使空气进入D球，以秒表记录溶剂流 经a、b刻线间的时间，重复三次，其误差不得超过0.2秒，取平均值为溶剂的 流出时间虬倒去溶剂。 用漏斗将已配好的试液过滤一半于粘度计内，用吸液球抽吸到G球

37、23次 后将溶液倒掉，剩下一半于粘度计中，测定其流出时间，垂复四次取平均时间to 23.3实验内容 本次实验主要内容是研究低温等离子体对肌胶降解的规律。 (1) 研究处理时间对等离子体降解肌胶影响的实验中，先控制等离子体电 压和电流参数分别为60v、1.0A； 60v、13A、80v、1.3A；再改变放电时间 (l-20min),放电时间间隔为lmin,对0.25%的肌胶降解，测出处理后的肌胶 粘度以及COD,根据实验结果，取出最优参数下的电压、电流及放电时间。在 最优参数下改变放电时间，放电时间改变与上述实验一样，用等离子体对0.3%、 0.35%的肌胶进行降解，得出放电时间对低温等离子体降

38、解脈胶的影响规律。 (2) 研究电流对等离子体降解肌胶的影响时，是在最优参数下，控制电压、 放电时间。通过调节等离子体参数电流(0.8-1.6A),每隔0.1 A分别对0.25%、 0.3%. 0.35%肌胶进行降解，分析测出的肌胶试样的粘度及COD,得出电流对 低温等离子体降解肌胶的影响规律。 (3) 研究电压对等离子体降解肌胶的影响时，是在最优参数下，控制电流、 放电时间。通过调节等离子体参数电压(50-130A),每隔10V分别对0.25%. 03%. 0.35%肌胶进行降解，分析测出的肌胶试样的粘度及COD,得出电压对 低温等离子体降解肌胶的影响规律。 (4) 研究环境温度对等离子体降

39、解肌胶的影响时，是将肌胶原液放入水浴 中，通过调节水浴的温度(25-50-C),每隔59恒温加热5min,测量并观察其 粘度及COD变化，得出环境温度对等离子体降解肌胶的影响。 (5) 研究肌胶试样浓度对等离子体降解肌胶的影响时，是在最优参数下， 保持电流、电压及放电时间不变，改变肌胶试样的浓度分别为0.25%、0.3%. 0.35%,用等离子体降解不同浓度的肌胶，测出肌胶的粘度及COD,并分析数 据，得出肌胶试样浓度对等离子体降解肌胶的影响。 第三章实验结果与讨论 3.1处理时间对等离子体降解肌胶的影响 根据上述的实验内容，进行实验得出的实验结果见下列各表： 研究处理时间对等离子体降解0.2

40、5%肌胶的影响实验中，控制等离子体参 数电压及电流，改变放电时间。得出实验数据见表3、32、33。 表处理时间对(V=60v I=1.0A)等离子体降 解0.25%的肌胶影响数据 处理时 间 粘度计时间(S) 粘度 (mPa/s) 硫酸亚 铁钱用 量(ml) COD(g/l ) 蒸馆水 81.1 80.5 81.2 80.9 0.887839 44.2 0 原液 240.9 240.6 240.4 240.8 2.639748 16.8 2.132378 lmin 179.4 179.1 178.7 178.9 1.964361 18.7 1.984512 2min 133.7 133.8 1

41、33.1 133.5 1.464861 19.1 1.953382 3min 130.5 130.3 130.3 130.1 1.430122 l&l 2.031206 4min 110.8 110.1 110.4 110.9 1.211454 16.7 2.14016 5min 98.9 9&2 98.7 9&1 1.081642 13.2 2.412544 6min 93.3 93.1 93.3 93.5 1.022770 10.6 2.614886 7min 90.1 89.9 90.1 90.2 0.987666 8.1 2.809446 8min 89.5 89.4 89.7 89.

42、4 0.982181 4.6 3.081830 9min 88.7 88.9 88.9 88.6 0.974502 2.7 3.229696 lOmin 87.8 88.1 88.2 88.0 0.965726 1.2 3.346432 llmin 86.9 86.8 87.1 87.1 0.953659 1.3 3.33865 12inin 86.4 86.3 86.2 86.3 0.946711 2.7 3.229696 13inin 85.8 85.7 85.8 85.9 0.940860 4.9 3.058483 14inin 85.1 85.1 85.3 85.3 0.934278

43、65 2.933965 15min 84.9 85.1 84.8 84.8 0.931719 8.7 2.762752 16inin 84.6 84.7 84.8 84.5 0.929159 9.5 2.700493 17min 84.2 84.5 84.6 84.3 0.926234 11.9 2.513715 18min 83.9 84.1 83.8 83.9 0.920749 14.6 2.303590 19mln 82.5 82.7 82.7 82.4 0.906488 15.7 2.217984 20min 82.1 82.3 8L9 81.8 0.900637 16.1 2.186

44、854 表32处理时间对(V=60vI=1.3A)等离子体降 解0.25%的肌胶影响数据 放电时 间 粘度计时间(S) 粘度 (mPa/s) 硫酸亚 铁钱用 量(ml) COD(g/l) lmin 134.3 134.8 134.9 134.5 1.476836 20.5 1.8444288 2min 107-8 108.1 107.6 108.2 1.183937 22.6 1.6809984 3min 99.7 99.1 99.5 99.4 1.090692 19.2 1.9456000 4min 96.6 96.9 96.4 96.3 1.059154 16.9 2.1245952 5m

45、in 93.5 93.1 93.4 93.6 1.024598 13.5 23891968 6min 91.8 92.1 92.1 9L9 1.008966 10.9 2.5915392 7min 89.5 89.5 89.9 89.7 0.983461 8.6 2.7705344 8min 8&6 8&9 88.7 88.7 0.973313 6.7 2.9184000 9min 88.1 87.8 87.8 87.9 0.964263 4.3 3.1051776 lOmin 87.1 87.4 87.2 87.2 0.956858 2.7 3.229696 llmin 86.4 86.6

46、86.7 86.4 0.949179 1.9 3.2919552 12min 85.7 85.7 85.6 85.7 0.939855 1.5 33230848 13min 84.8 85.1 85.1 85 0.932450 2.3 3.2608256 14min 84.2 84.4 84.4 84.4 0.925320 4.9 3.0584832 15min 83.6 83.9 83.9 83.8 0.919286 7.1 2.8872704 16min 83.3 83.1 83 83.4 0.912704 9.4 2.7082752 西安石油大学本科毕业设计（论文） 17min 83.1

47、 82.9 82.9 82.8 0.909687 11.6 2.5370624 18min 82.6 82.6 82.7 82.6 0.906396 13.9 23580672 19min 82.3 81.9 82.1 82.1 0.900637 15.6 2.2257664 20min 81.5 81.8 8L8 81.7 0.896249 18.8 1.9767296 表33处理时间对（V=80vI=l3A）等离子体降 解0.25%的肌胶影响数据 放电时 间 粘度计时间（S） 粘度 (mPa/s) 硫酸亚 铁鞍用 量（ml） COD(g/l) lmin 153.8 1531 153.3 1

48、53.5 1.633412 19.1 1.953382 2min 125.1 125.5 125.3 125.1 1.384264 22.7 1.673216 3min 119.9 120.1 120.3 120.8 1319417 20.9 1.813299 4min 105.8 105.4 105.7 100.5 1.144720 18.7 1.984512 5min 95.1 95.9 95.8 95.9 1.049555 16.6 2.147942 6min 94.3 94.4 94.1 94.3 1.034197 13.5 2.389197 7min 9L5 91.5 91.7 91

49、.4 1.004029 9.9 2.669363 8min 90.1 90.6 903 903 0.990865 7.1 2.887270 9min 89.5 89.7 89.7 89.8 0.983735 3.9 3.136307 lOmin 8&3 88.6 88.4 88.4 0.970022 2.4 3.253043 Umin 87.9 87.7 87.6 87.8 0.962618 1.8 3.299738 12inin 86.6 86.8 86.4 86.8 0.950551 1.7 3.307520 1 西安石油大学本科毕业设计(论文) 13inin 85.8 85.9 85.8

50、 86.1 0.942323 2.6 3.237478 14inin 85.3 85.6 85.5 85.3 0.937112 4.7 3.074048 15inln 84.9 85.1 85.0 85.0 0.932450 7.2 2.879488 16inin 84.6 84.7 84.4 84.6 0.927788 9.6 2.692710 17inin 84.2 84.3 84.1 84.2 0.923674 11.1 2.575974 18min 83.4 83.5 83.7 83.5 0.916269 13.9 2.358067 19min 83.3 83.3 82.9 83.2

51、0.91243 15.5 2.233549 20inin 83.1 82.9 82.8 82.7 0.909139 17.8 2.054554 图3-1处理时间对(V=60vI=l0A)等离子体降 解0.25%肌胶影响规律曲线 从图3-1中可以看出随着时间的增加，等离子体参数V=60v、I=1.0A不变 的情况下，等离子体对0.25%肌胶的COD具有先降低再升髙最后又降低，其中 I 西安石油大学本科毕业设计(论文) 在放电时间2min的时候，COD由降低开始转向上高，这是由于肌胶中大分子 被等离子体打碎成小分子。在放点时间lOmin时，COD由升高开始转向降低， 这是由于小分子被氧化消解的速率

52、大于大分子被打碎的速率或大分子被完全打 碎成小分子并开始氧化消解，并且在lOmin以后持续降低。同时可以注意到， 经等离子体处理后的0.25%肌胶，粘度变化与COD不同，试样的粘度随着时间 的增加而降低。 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 T粘度 111111 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 图32处理时间对(V=60vI=1.3A)等离子体降 解0.25%的肌胶影响规律曲线 从图32中可以看出随着时间的增加，等离子体参数V=60v. I=1.3A不变的 情况下，等离子体对0.25

53、%M胶的COD具有先降低再升高最后又降低，其中在 放电时间2min的时候，COD由降低开始转向上高，这是由于肌胶中大分子被 等离子体打碎成小分子。在放点时间12min时，COD由升高开始转向降低，这 是由于小分子被氧化消解的速率大于大分子被打碎的速率或大分子被完全打碎 成小分子并开始氧化消解，并且在12min以后持续降低。同时可以注意到，经 等离子体处理后的0.25%肌胶，粘度变化与COD不同，试样的粘度随着时间的 增加而降低。 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 图3-3处理时间对(V=80vI=1.3A)等离子体降 解0.25%的肌胶影响规律曲线图 从图3-3中可以看出随着时间

54、的增加，等离子体参数V=80v. I=1.3A不变 的情况下，等离子体对0.25%肌胶的COD具有先降低再升高最后又降低，其中 在放电时间2min的时候，COD由降低开始转向上高，这是由于肌胶中大分子 被等离子体打碎成小分子。在放点时间lOmin时，COD由升高开始转向降低， 这是由于小分子被氧化消解的速率大于大分子被打碎的速率或大分子被完全打 碎成小分子并开始氧化消解，并且在lOmin以后持续降低。同时可以注意到， 经等离子体处理后的0.25%肌胶，粘度变化与COD不同，试样的粘度随着时间 的增加而降低。 由上述的各个等离子体参数下对0.25%肌胶的降解规律曲线图中，我们选 出的最优条件为V

55、=80V. I=1.3A. T=6mino在最优参数下，改变处理时间，研 究处理时间对等离子体降解03%、0.35%肌胶的影响规律。研究处理时间对等 离子体降解0.3%、0.35%的肌胶的影响。实验结果见下表34、3-5o 表34处理时间对(V=80vI=1.3A)等离子体降 解0.3%的肌胶影响数据 放电时 间min 硫酸亚 铁钱用 量(ml) COD(g/l 粘度计时间(S) 粘度 (mPa/s) 0 14.8 2.288026 265.3 265.1 265.9 265.4 2.911712 1 16.9 2.124595 170.9 170.8 171.1 170.8 1.874773

56、 2 18.6 1.992294 145.3 145.1 145.6 145.3 1.594215 3 15.7 2.217984 130.9 130.6 130.5 130.7 1.433505 4 13.2 2.412544 121.1 121.5 121.5 121.4 1.331484 5 10.9 2.591539 110.8 110.9 110.4 110.5 1.213831 6 9.6 2.692710 101.1 101.5 101.6 101.4 1.112358 7 7.0 2.895053 99.1 99.0 99.3 99.6 1.088773 8 6.9 2.902

57、835 98.1 97.9 9&3 98.1 1.076157 9 5.1 3.042918 97.3 97.2 97.4 97.2 1.067107 10 3.5 3.167437 95.7 95.4 95.7 95.8 1.049281 11 2.6 3.237478 94.3 94.6 94.2 94.2 1.034745 12 0.7 3.385344 93.5 93.4 93.1 93.4 1.024050 13 1.9 3.291955 92.1 91.9 92.2 92.3 1.010611 14 2.6 3.237478 90.8 90.6 90.9 90.5 0.994979

58、 15 3.5 3.167437 89.6 89.3 89.7 89.5 0.982089 16 4.3 3.105178 89.1 89.0 8&9 88.5 0.974959 17 5.7 2.996224 88.3 8&1 88.0 8&1 0.966731 18 7.1 2.887270 87.6 87.4 87.3 87.5 0.959327 19 8.5 2.778317 86.4 86.2 86.2 86.5 0.946985 20 10.9 2.591539 84 84.3 84.3 84.4 0.924497 表35处理时间对(V=80vI=1.3A)等离子体降 解0.35%

59、的肌胶影响数据 西安石油大学本科毕业设计（论文） 放电时 间 硫酸亚 铁镀用 量（ml） COD(g/I ) 粘度计时间（S） 粘度 (mPa/s) 0 11.6 2.537062 293.6 293.9 293.1 293.7 3.220518 1 14.5 2.311373 203.1 202.9 202.7 202.9 2.225813 2 16.7 2.140160 169.9 169.5 169.5 169.7 1.861061 3 13.9 2.358067 152.1 152.5 152.4 152.5 1.671554 4 11.6 2.537062 130.8 130.6 1

60、30.4 130.6 1.432682 5 10.4 2.630451 118.1 118.5 118.4 118.1 1.297477 6 9.3 2.716058 109.7 109.8 110.1 109.8 1.205055 7 8.5 2.778317 103.4 103.5 103.4 103.4 1.134572 8 8.1 2.809446 101.6 101.8 101.5 101.4 1.114278 9 6.9 2.902835 99.1 99.5 99.4 99.1 1.089047 10 5.8 2.988442 98.4 98.6 98.3 98.5 1.07999