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油田水处理中的典型高级氧化技术

发布:多吉利        来源:www.duojili.cn  

油田水处理中的典型高级氧化技术

高级氧化技术(advanced oxidation technolo-gies , AOTs) 是通过产生羟基自由基OH ·而将污染物氧化降解的技术。高级氧化技术的出现最早可追溯到十九世纪, 1894 年Fenton 发现Fe2 + 和H2O2 混合后可以产生OH ·自由基, OH ·自由基通过电子转移等途径可使水中的有机污染物氧化为二氧化碳和水, 从而使有害物质降解。

1. 高级氧化技术的特点

高级氧化过程区别于其他氧化的特点在于以下几个方面: ①产生大量非常活泼的OH ·自由基,OH ·是反应的中间产物, 可诱发后面的链反应;②OH ·无选择直接与废水中的污染物反应将其降解为二氧化碳、水和无害盐, 不会产生二次污染;③反应速度快, 多数有机物在此过程中的氧化率常数可达106 ~109 m- 1 s - 1 ; ④试用范围广, 较高的氧化电位使得OH ·几乎可将有机物氧化直至矿化; ⑤反应条件温和, 通常对温度和压力无要求,不需在强酸或强碱介质中进行; ⑥由于它是一种物理—化学处理过程, 很容易加以控制, 以满足处理需要; ⑦它既可以作为单独过程处理, 又可与其他处理过程相匹配, 特别是可作为生物处理过程的预处理手段, 难生物降解的有机物在高级氧化过程处理后其可生化性大多可以提高, 从而有利于生物法的进一步降解。

2. 几种典型高级氧化技术的反应机理及其应用

(1) 臭氧氧化反应机理及其应用。臭氧的氧化能力在天然元素中仅次于氟, 它是一种优良的强氧化剂, 能够氧化废水中的许多有机物, 如蛋白质、氨基酸、有机胺、链型不饱和化合物、芳香族、木质素和腐殖质等, 而且反应速度快, 无二次污染。但是单纯臭氧氧化方式处理废水的主要问题是臭氧浓度低、氧化能力不足等缺陷。因而为了提高处理效率展开了广泛的研究, 其中: 紫外光(UV) —臭氧、臭氧—双氧水、草酸/ Mn2 + (催化剂) —臭氧三种组合方式证明最为有效。

江祥明等研究了臭氧氧化降解石油类污染物反应过程中, p H 值、反应接触时间、臭氧浓度等因素对反应历程的影响。研究结果表明: 经臭氧氧化深度处理后的含油废水, 水质可以达到回用水标准; 含油废水浓度在12mg/ L 以下时, 臭氧浓度为2.88mg/ L , 接触时间10min 后, 去除率可达到95 %以上; 臭氧氧化处理含油废水, 在碱性条件下, 废水的处理效果好于酸性条件。

(2) 光催化氧化反应机理及其应用。光催化技术是利用TiO2 等半导体作为催化剂, 当半导体材料受到能量大于其禁带的光照射时, 发生电子跃迁, 在半导体材料表面形成电子空穴对。半导体粒子表面空穴可以吸附水分子或氢氧根离子产生具有强氧化能力的羟基自由基, 将吸附于颗粒表面的有机污染物氧化分解为无害物质。

陈士夫等利用空心玻璃球负载TiO2 清除水面漂浮的油层, 在375W 高压汞灯照射下, 80min 后甲苯的去除率达100 % , 120min 后正十二烷的光催化去除率为93.5 %; 通入空气或加入H2O2 可以大大地提高光催化的效果, 当H2O2 的量为510mol/ L 时, 40min 后, 甲苯的去除率达100 %。

(3) 高铁酸盐氧化反应机理及其应用。高铁酸盐是含有FeO42 - 的一种化合物, 其中心原子Fe 以六价存在。高铁酸盐在整个p H 范围内都具有极强的氧化性, 在酸性和碱性溶液中电对Fe ( Ⅵ) / Fe( Ⅲ) 的标准电极电位分别为2.20V 和0.72V , 相应的电极反应为:

FeO42 - + 8H+ + 3e - = Fe3 + + 4H2OFeO42 - + 4H2O + 3e- = Fe (OH) 3 ↓+ 5OH-

由于絮状Fe (OH) 3 胶体沉淀具有高度吸附活性, 可以在很宽的p H 范围内吸附絮凝大部分阴阳离子、有机物和悬浮物, 从而也能够部分地去除杂质和其他有机物。

高铁酸盐能够氧化含油污水中的链烃和芳烃,从而使油品降解。另外, 高铁酸盐强氧化性使其表现出比K2MnO4 、O3 和Cl2 还强的杀菌能力。由于其殊见的化学特性, 实验证明高铁酸盐( K2 FeO4 , SrFeO4 , Cs2 FeO4 ) 中的一种或多种复配药剂可以用于油田注水的杀菌。

3. 结语

综上所述, 高级氧化技术以其独特的优势必将在油田污水处理方面发挥其巨大作用, 一些学者已将高级氧化技术用于含油废水的处理, 并且取得了较好的效果。作者认为, 为了改善油田水质, 应在以下几方面加强高级氧化技术的应用研究: 一是油田污水杀菌的应用; 二是用于油田水的灭藻和除泥; 三是用于油田地面水体油污染控制。

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