维普资讯 http://www.cqvip.com 石油天然气学报（江汉石油学院学报） ２００６年１２月第２８卷第６期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｇａｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｊ．ｊＰＩ）Ｄｅｃ．２００６ Ｖｏ１．２８ Ｎｏ．６ 油田含聚丙烯酰胺污水的ＣＯＤ电化学去除研究 陈武（ 茎 薹 武４３汉４０ ） 梅 平，尹先清 （长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州４３４０２３） 杨昌柱 （华中科技大学环境科学与工程学院。湖北武汉４３００７４） ［摘要］将三维电极应用于油田含聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）模拟污水的处理，研究了影响三维电极去除ＰＡＭ 模拟污水ＣＯＤ效果的因素，得到了三维电极去除ＰＡＭ模拟污水ＣＯＤ的最佳条件，在最佳条件下三维电 极对０．１ 的ＰＡＭ模拟污水ＣＯＤ去除率达到９１．４２ ，可使污水中ＰＡＭ浓度由１０００．０ｍｇ／Ｌ降低到 ４６．８６ｍｇ／Ｌ，降粘率达到９３．１ 。说明三维电极电化学方法对ＰＡＭ有较好的降解效果。 ［关健谰］污水处理；化学需氧量；聚丙烯酰胺；电化学；化学降解 ［中围分类号］ＴＥ９９２．２ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］ｉ０００—９７５２（２００６）０６—０１７２—０４ 聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）在油田开发中得到了广泛应用，可用作泥浆添加剂、聚合物驱油剂、调剖堵 水剂等。但随之而来的问题是含ＰＡＭ的油田污水如何处理。由于含ＰＡＭ的污水粘度大、含油多，采 用油田常规处理方法既不能使污水处理后达到回注标准，也不能使其处理后化学需氧量（ＣＯＤ）等水 质指标达到排放标准。因此，含ＰＡＭ油田污水的处理成为一个亟待解决的难题，而去除ＰＡＭ是这类 污水处理的关键。 ’国外一些研究者 ］试图通过多种方法来使ＰＡＭ降解或使ＰＡＭ分子量降低以提高其可生化性， 但是处理效果都不理想。因此仍需加强对ＰＡＭ降解新方法的研究。三维电极电化学方法是由Ｂｉｃｋ— ｈｕｒｓｔ Ｊ Ｒ嘲提出的。近年来，研究者主要对三维电极电化学方法处理有机污水进行了研究，得到了较高 的ＣＯＤ去除率 ｕ］。但目前还未见将三维电极电化学方法用于处理含ＰＡＭ的油田污水的报道，本工 作将三维电极用于处理含ＰＡＭ污水，主要研究污水中ＰＡＭ在三维电极中的降解规律，探讨其可行性。 １实验部分 １・１实验材料 实验中使用的粒状活性碳平均粒径（ ）分别为小于１，１，３及５ｒａｍ。ＰＡＭ平均分子量 １．６×１Ｏ ，用去离子水将ＰＡＭ配成不同浓度的水溶液作为含ＰＡＭ的模拟污水使用。 １．２实验方法 在实验中取含ＰＡＭ的模拟污水放入自制的三维电极反应器在一定条件下进行处理，然后测定处理 后水样的ＣＯＤ值或ＰＡＭ浓度或粘度。水样ＣＯＤ的测定按ＧＢＩＩ９１４—８９［ 进行；水样中ＰＡＭ浓度采 用紫外吸收法 ” ；粘度的测定按ＧＢＩ２００５．１—８９『ｌ ］进行。 ２结果与讨论 ２．１标准曲线的测定 用日本ＳＨｉＭＡＤＺＵ公司生产的ＵＶ一２２０１分光光度计在波长１９５ｎｍ处测定不同浓度ＰＡＭ溶液的 吸光度，得到ＰＡＭ浓度（Ｃ）与吸光度（Ａ）间的关系。其标准曲线方程为：Ａ一０．０２７４Ｃ＋０．００９６，相关 ［收稿日期］２００６—０８—１６ ［基金项目］国家。８６３。计划项目（２ｏＯ３ＡＡ６０２１４ｏ ２）；湖北省教育厅重点科研项目（２００４Ｄ００１）。 ［作者简介］陈武（１９６７一），男，１９９０年大学毕业，副教授．博士生，主要从事油气田环境保护的科研和教学工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２８卷第６期 陈武等：油田含聚丙烯酰胺污水的ＣＯＤ电化学去除研究 系数ｒ＝＝＝０．９９９５。 ２．２三维电极处理效果的影响因素 １）粒子电极粒径影响 为了研究填充粒子电极活性炭粒径大小对三维电极去除０．３ ＰＡＭ模拟污 水ＣＯＤ效率的影响，仅粒子电极粒径（ ）不同，其他相同实验条件为：粒子电极填充量Ｗ一８４０ｇ， 主电极间距ｄ：＝＝５．０ｃｍ，处理污水体积Ｖ一７００ｍｌ，电解电流Ｊ一１．０Ａ，电解时间 电＝１．Ｏｈ，不锈钢主 电极时，实验数据如图１所示。 莲 莲 姗 爵 ０ ０ ０ ｒ０ ，ｊ Ｕ 圈１ 粒子电极粒径对三维电极处理水样影响 图２ 粒子电极填充■对ＣＯＤ去除率影响 图ｌ表明，粒子电极粒径越大，对ＣＯＤ去除率越高，粒子电极粒径ｊ２『对ＣＯＤ去除率影响大小为 ５ｍｍ＞３ｍｍ＞１ｍｍ￣ｔｂ于ｌｍｍ。填充粒径小于ｌｍｍ的粒炭对ＣＯＤ去除率低，通透性差，阻力大，又 易使粒子电极堵塞，因此粒径小于ｌｍｍ的粒炭不适合做粒子电极材料。 ２）粒子电极填充量影响 为了研究活性炭作为粒子电极在电化学反应器中的填充量（Ｗ）对三维 电极去除ｃＯＤ的影响，仅填充量不同，其他相同实验条件为；Ｉ １．０Ａ，ｔ电一１．Ｏｈ，ｄ一５．０ｃｍ，Ｖ一 ７００ｍｌ，不锈钢主电极时，处理０．３ ＰＡＭ水样的实验数据如图２所示。 由图２可知，三维电极去除ＣＯＤ效率随粒子电极填充量不同而不同，这是因为与粒子电极的复极 化强度与填充量有关Ｄ５］。因此在实际污水处理时需考虑粒子电极用量对ｃＯＤ去除的影响。 ３）主电极种类的影响 主电极材料在电化学反应器中对三维电极去除０．３ ＰＡＭ水样ＣＯＤ的影 响如图３所示。实验条件为：Ｊ＝０．６Ａ，ｔ电＝１．Ｏｈ，Ｗ一８４０ｇ，ｊ２『一５ｍｍ，Ｖ＝：＝７００ｍｌ。 图３结果表明，ｃＯＤ去除率因主电极材料不同而不同，用不锈钢（主要成分为１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ）主电 极时ｃＯＤ去除率始终要高于用铁、铝主电极。 ４）电解时间的影响 电解时间对三维电极去除污水ＣＯＤ影响如图４所示。 由图４可以看出，在不同电解条件下，用不锈钢主电极，处理０．３ ＰＡＭ水样７００ｍｌ，在一定的时 间内三维电极对污水ＣＯＤ去除率随电解时间增加而增加。在电解１２０ｍｉｎ后，去除率增加已不太明显。 莲 需 莲 ＊ ０ ０ ０ Ｕ ０ Ｕ ３Ｏ ５Ｏ ７Ｏ ９Ｏ ｌｌ０ １ ３０ １５０ ｈｋ／ｍｉｎ 图３主电极材料类型影响 图４电解时间对ＣｏＤ去除率影响 维普资讯 http://www.cqvip.com ・ ｌ７４・ 石油天然气学报（江汉石油学院学报） ２００６年１２月 ５）电解电流的影响 在实验条件为Ｗ＝＝＝８４０ｇ，Ｖ一７００ｍ］，ｄ一５．０ｃｍ，ｔ电＝１．Ｏｈ，而粒子电极粒 径（ ）不同时，用不锈钢主电极处理０．３％ＰＡＭ水样，不同电解电流对ＣＯＤ去除率影响如图５所 示。 莲 褂 畿 ０ ０ Ｕ 褂 餐 Ｄ ０ Ｕ ０ ２ ０．４ ０ ６ ｝ｉ丸 ０ ８ １ １ ２ Ｏ ｌ ０ １５ ０．２ Ｃ／ｍｇ．Ｅｌ ０２５ ０．３ 图５电解电流对ＣＯＤ去除率的影响 图６污水浓度对ＣＯＤ去除率的影响 图５表明，三维电极对污水ＣＯＤ去除率与电流关系密切，ＣＯＤ去除率随电流增加而增加。 ６）污水浓度的影响 为了研究污水浓度对三维电极去除ＣＯＤ效率的影响，以不锈钢作主电极处 ∞ 蚰 为：２ 理不同浓度ＰＡＭ模拟污水，ＣＯＤ去除效率如图７所示，实验条件为 ；１．０Ａ，Ｗ一８４０ｇ， ＝＝＝３ｍｍ， Ｖ＝７００ｍｌ，ｄ一５．０ｃｍ，ｔ电一５０ｍｉｎ。 由图６可知，污水浓度对三维电极对ＣＯＤ去除率有显著影响。当ＰＡＭ浓度小于０．１５ 时，ＣＯＤ 去除率随污水浓度的增加而增加。 ２．３确定三维电极最佳运行条件 在单因素研究基础上，以主电极间距（ｄ）、电解电流大小（ ）、粒子电极填充量（Ｗ）、电解时 间（ｔ电）和粒子电极粒径（ ）为因素，作了Ｌ （４ ）正交试验，得到了三维电极去除ＰＡＭ模拟污 水ＣＯＤ的最佳运行条件为：，一１．０Ａ，ｔ电一１．５ｈ，Ｗ＝９８０ｇ， 一５ｍｍ，ｄ一５．０ｃｍ，Ｖ：７００ｍｌ，主电 极材料为不锈钢。 ２．４三维电极最佳运行条件下的处理效果 １）处理不同时间后溶液的紫外光谱变化将０．１ ＰＡＭ模拟污水及在最佳条件下经三维电极处理 不同时间后的溶液用ＵＶ一２２０１分光光度计扫描，得到含ＰＡＭ污水的紫外光谱，如图７所示。 由图７可知，０．１ ＰＡＭ模拟污水在最佳条件下经三维电极处理后，随着处理时间的增加，污水的 吸光度逐渐下降，说明污水中的ＰＡＭ得到了有效的去除。 ２）处理前后ＣＯＤ与ＰＡＭ浓度及粘度变化在最佳运行条件下，研究了经三维电极处理后０．１ ＰＡＭ模拟污水ＣＯＤ与污水中残留ＰＡＭ的关系，结果如图８所示。 由图８可知，０．１ ＰＡＭ模拟污水经三维电极处理处理后ＣＯＤ值与水中残留ＰＡＭ量都随电解时 间的增加而降低，ＰＡＭ浓度与ＣＯＤ值基本呈同步变化。同时ＣＯＤ去除率和降粘率都随电解时间的增 加而增加。ＣＯＤ去除率达到了９１．４２ ，０．１ ＰＡＭ模拟污水ＣＯＤ值由初始的１１２０．０ｍｇ／Ｌ降低到 ９６．０ｍｇ／Ｌ，使含ＰＡＭ污水处理后ＣＯＤ达到污水综合排放标准［１ ］对石油化工工业规定的Ｉ级要求。污 水中ＰＡＭ浓度也由１０００．０ｍｇ／Ｌ降低到４６．８６ｍｇ／Ｌ，降粘率达到９３．１ ，说明三维电极对ＰＡＭ有较 好的降解效果。 ３结 论 １）单影响因素研究结果表明，粒子电极活性炭的粒径（ ）、粒子电极填充量（Ｗ）、主电极间距 （ｄ）、主电极材料等对三维电极去除含ＰＡＭ模拟污水ＣＯＤ效率都有显著影响，三维电极对含ＰＡＭ 模拟污水ＣＯＤ去除效率分别随电解时间的增加、电解电流的增加而增加。 ２）对０．１ ＰＡＭ模拟污水ＣＯＤ去除效率达到９１．４２ ，污水ＣＯＤ由处理前的１１２０．０ｍｇ／Ｌ降低 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２８卷第６期 陈武等：油田含聚丙烯酰胺污水的ＣＯＤ电化学去除研究 ・１７５－ 莲 碍 ０ ０ ｛隧 ０ 督 槲 摇 盘 波长，ｎｍ 图７处理不同时间含ＰＡＭ污水的紫外光谱 圈８处理前后ＣＯＤ与ＰＡＭ浓度及粘度变化 ｌ＿１．暑Ｌｕ， 凸（）＝ｖ 蜊如苫《 到９６．Ｏｍｇ／Ｌ，使含ＰＡＭ污水处理后ＣＯＤ达到污水综合排放标准ｍ 的ＪＩ级要求。 ３）０．１％ＰＡＭ污水经三维电极处理后，污水中ＰＡＭ浓度由１０００．０ｍｇ／Ｌ降低到４６．８６ｍｇ／Ｌ，降 粘率达到９３．１ ，说明三维电极电化学方法对ＰＡＭ有较好的降解效果。 ［参考文献］ ［１］Ｓｃｏｔｔ Ｇ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ（Ｉ）［Ｍ］．Ｌｏｎｄｏｎ：ＡｐｐＬ Ｓｃ１．Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ，１９７７．２０５． ［２］Ｊｕｎｚｏ Ｓｕｚｕｋｉ，Ｋｅｉｋｏ Ｈｕｋｕｓｈｉｍａ，Ｓｈｉｚｕｏ Ｓｕｚｕｋｉ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｏｚｏｎｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｕｐｏｎ ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ—ｓｏｌｕｂｌｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ［Ｊ］．Ｅｎｖｉ— ｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ８Ｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。１９７８。 １２（１０）Ｉ １１８０～ｌ１８３． ［３］Ｒａｃｈｉｄ ＥＩ—Ｍａｍｏｕｎｉ，Ｊｅａｎ—Ｃｌａｕｄｅ Ｆｒｉｇｏｎ，Ｊａｌａｌ Ｈａｗａｒｉ，ｅｔ ａ１．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｐｈｏｔｏｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｆｏｒ ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｍｏ— ｌｅｃｕｌａｒ ｗｅｉｇｈｔ ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅｓ ｒＪ］．Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ，２００２。‘１３（４）：２２１～２２７． ［４］Ｐａｎｉｚｚａ Ｍ，Ｂｏｃｃａ Ｃ，Ｃｅｒｉｓｏｌａ Ｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ￣ｒａｓｔｅｗａｔｅｒ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｐｏｌｙ－ａｒｏｍａｔｌｃ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ［刀．Ｗａｔｅｒ Ｒｅ— ｓｅａｒｃｈ，２０００，３４（９）：２６０１－ ［５］Ｂａｃｋｈｕｒｓｔ Ｊ Ｒ，Ｃｏｕｌｓｏｎ Ｊ Ｍ，Ｇｏｏｄｒｉｄｇｅ Ｆ，ｅｔ ａ１．Ａ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ［刀．Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ，Ｓｏｃ．， １９６９，１１６（ＩＩ）：１６００４１６０７・ ［６］陈武，杨昌柱，梅平等．兰维电极电化学方法处理印染污水实验研究［Ｊ］．Ｔ业水处理，２００４，２４（８）：４３￣４５． ［７］陈武，李凡修，梅平．三维电极处理石油工业污水ＣＯＤ的实验研究［Ｊ］．环境科学与技术，２００１，２４（增刊）：６～８． ［８］陈武，李凡修，梅平．三维电极方法降解模拟污水ＣＯＤ机理研究［Ｊ］．环境科学与技术，２００２，２５（１）：ｌ１～１２． ［９］陈武，杨昌柱，梅平等．三维电极一Ｐｅｎｔｏｎ试荆耦合法去除污水ＣＯＤ实验研究［Ｊ］．环境污染治理技术与设备，２００６，３（７）： ８３～８７． ［１０］Ｆｏｃｋｅｄｃｙ Ｅ，Ｌｉｅｒｄｅ Ａ Ｖａｎ．Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｏｆ ａｎｏｄｉｃ ａｎｄ ｃａｔｈｏｄｉｃ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｐｈｅｎｏｌ ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ＩＳ］．Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００２，３６（１６）Ｉ ４１６９～４１７５． ［１１］Ｐｏｌｃａｒｏ Ａ Ｍ，Ｐａｌｍａｓ Ｓ，Ｒｅｎｏｌｄｉ Ｆ， ａ１．Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ［Ｊ］． Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｅｔａ，２０００，４６（２—３）：３８９～３９４． ［１２］ＧＢｌ１９１４—８９，水质化学需氧量的测定一重铬酸盐法［Ｓ］． ［１３］张春光，王果庭，姚克俊等．聚丙烯酰胺泥浆的成分和性能的研究［Ｍ］．北京；地质出版社，１９８１．１１３． ［１ ４］ＧＢ１２００５．１－８９，聚丙烯酰胺特性粘数测定方法［ｓ］． ［Ｉ ５］Ｌｅｅ Ｊ Ｋ，Ｓｈｅｍｉｈ Ｌ Ｗ，Ｃｈｕｎ Ｈ Ｓ．Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ ｂｉｐｏｌａｒｉｔｙ ｉｎ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１ ９８９， １９（８）：８７７～８８１． ［１６］ＧＢ８９７８—１９９６，污水综合排放标准Ｉｓ］． ［编辑］ 萧雨