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XXX大学研究生部一、基本情况姓名XXX学号XXX学院XXX专业环境工程入学年级XXX导师XXX电话（办）电话（手）XXXX电子信箱XXXX题目电解氧化法处理高含盐采气废水试验研究项目类型A．基础研究√B．应用基础研究C．应用研究拟申报资助金额XXX起至时间（原则为一年）XXXX序项目组成员姓名学号入学年级所在学院层次职责分工1XXXXXXXXX环资XXX实验方案、论文撰写2XXXXXXXXX环资XXX实验、数据整理二、立项依据该项目的研究意义，国内外研究现状分析及主要参考文献1.研究意义80年代后期，我国天然气工业因石油工业采取“油气并举”的方针而以前所未有的速度发展。在我国工业和日常生活中，天然气的应用也日益广泛。由于天采气工程的扩大，采气废水产量不断增加，污染物成分随地质条件和气井的构成而越来越复杂。所产生的采气废水具有悬浮物高、氯离子高、含有一定的油类物质和多种金属离子等水质特性[1]。其中采气废水所含有的原油是由各种不同的碳氢化合物组成的复杂混合物，含有烷烃、环烷烃、芳香烃三类主要烃类。芳香烃类物质对人及动物的毒害作用较大,尤其是多环和三环为代表的芳香烃、多环芳香烃物质可以通过呼吸系统、食入、皮肤接触等方式进入人或动物体内，造成肝、肾等器官功能异常，甚至引起癌变[2]。采气废水如果不经处理而直接排放至自然环境中，则会对周围地表和地下环境带来严重污染。其对环境的巨大危害迫使从经济和技术可行上来探索采气废水治理方法已经势在必行。采气废水成分复杂、生化性差、处理难度大，目前广泛应用常规的处理方法不易将采气废水中的复杂成分有效去除。对于复杂多变、氯离子高的水质，传统的生物处理法处理难度也较大，运行费用高，一般不适合直接处理此类废水，往往需要通过物理化学预处理手段来提高废水的可生化性，降低废水的有机负荷，使后续处理变得简单有效。因此，必须加强对在采气工程中产生的废水的处理工艺的研究，寻求一种有效、经济可行的处理方法，具有一定的应用价值和极大的环境效益。本试验研究水样来自川西某气田采气井预处理后废水，此井日产水量不大，平均每天产水量为600~1000m3，主要由气井采出水组成。气井采出水是伴随天然气一起被采出的地层水，随着气藏的压力降低，地层水、原油、细菌、有机物、岩屑、泥浆逐渐侵入气藏，并伴随天然气采出。由于地域原因，废水中氯化钠含量较高，属于高盐含油废水。此井采气废水预处理后水质情况见表1。表1预处理后采气废水主要污染指标Table1ThemajorpollutionindexofwastewaterinGasField1指标PHCODcr（mg/L）石油类(mg/L）NH3-N(mg/L)Cl-(mg/L)B/C范围XXXXXXXXXXXXXXXXXX电化学技术在废水处理中的应用研究非常广泛，优点很多，主要有处理效率高，操作方便，适用范围广，可控性强易实现自动化，环境兼容性好等特点[3-5]。电化学技术主要有电化学催化氧化有机物技术和静电吸附脱盐技术。研究表明很多有机化合物的氧化还原、加成分解反应都能再电极上进行，电化学方法已经逐步成为一种颇具优势的水处理技术，随着电力工业的发展，电能成本降低为电化学方法在治理废水方面的应用开辟了很好的前景。本课题旨在针对川西气井采出水属于高氯废水的水质特征，采用电化学催化氧化有机物技术处理此种废水。接通电源时，在阳极产生羟基自由基（·OH）来有效的降解废水中的有机污染物，将有毒有害的物质转化为无毒无害的物质；并且水中的氯离子在阳极被氧化为氯气（Cl2），产生的一些强氧化性物质（ClO-）能将废水中的大分子物质氧化分解成小分子物质，使废水COD下降。过多的Cl2可以从废水中释放出来，使得水中的氯离子浓度降低，并且Cl2是制造次氯酸钠的主要原料，对逸出的Cl2在条件允许的情况下收集，具有资源化利用意义。经过电解氧化后的水样将达到《污水综合排放标准》。因此本课题研究的试验成果与数据一方面可以为该方法的实际工业化奠定实验基础，另一方面也可以为解决处理采气废水的实际问题提供理论依据和参考。同时对利用该法处理其他高氯含油工业废水也具有一定意义。2.国内外的研究现状2.1高盐有机废水的国内外研究现状查阅国内外相关文献得知，处理这类高盐度有机废水的方法主要有生物法、物理法、生物法与物理、物化组合工艺法以及电化学法四种。2.1.1生物法生物处理法具有经济、高效、无害的特点。已经被广泛应用于废水的处理中。但高含盐工业废水中的无机盐对一般微生物的生长代谢有较强的抑制作用。因此，耐盐微生物和嗜盐微生物在高含盐废水处理中发挥了积极的作用，利用耐盐菌或嗜盐菌接种是改进好氧活性污泥处理含盐废水的最佳方法。虽然经过特种驯化以及一些两段式强制氧化工艺的改造，有的微生物可以耐受30g/L以上的氯离子存在环境，但是对于高盐废水的处理仍然是废水处理中的一个难点。在实际处理高盐废水时，现有生化法往往成本较高。2.1.2物理方法物化方法[8~10]在高浓度有机废水的处理中主要有萃取、混凝、沉淀、气浮、吸附等几种应用。物化的方法可以在一定程度上去除废水中的有机物和盐度，并提高废水的可生化性。将物化方法作为一种前期预处理是可行的。2.1.3各种组合工艺对于这种高浓度高盐废水的处理，单一的方法或工艺并不能取得较好的效果。往往需要几种工艺的联合运用。处理这种高含盐采气废水的试验研究工艺主要有电絮凝-SBR法[11]、化学混凝-Fenton氧化法[12]、酸化-内电解-Fenton-混凝法[13]、混凝-微电解-催化氧化法[14]、微波辐射-Fenton法[15]、酸化-中和-混凝法[16]、水解酸化-缺氧法[17]、ABR-BAF法[18]、混凝-电凝聚法[19]、ABR-SBR工艺[20]、混凝-水解酸化-好氧-生物活性炭工艺[21]等。2.1.4电化学处理工艺在高盐度条件下，由于水溶液中大量阴离子和阳离子的存在，废水一般具有较高的导电性，这一特点为电化学法在高盐度有机废水处理方面的应用提供了良好的发展空间。王宏等[22]应用电解凝絮法处理合成树脂生产过程中排放出的高盐度有机废水，实验结果表明，电解凝絮法能够有效地去除废水中大部2分有机污染物，提高透明度，CODcr去除率达94%，BOD5去除率达90%以上，并且对总磷和总氮也具有较高的去除率。王慧等[23]采用电化学法处理含盐染料废水，研究发现，电化学法对废水的色度和COD均具有较好的去除效果，在最佳电化学处理条件下，色度和COD的去除率分别为85%和99.18%，电解过程中无难以继续反应的中间产物生成。电化学法与生物处理法相比具有如下优势：处理费用低，不需要投加化学药剂，可节省药剂与投药设备费用，设备简单，易于管理可操作性强。当水量水质发生变化时，可调节电流密度，使出水达到处理要求。因此，电化学法更适合于小量废水进行处理。2.2高效电催化电极的国内外研究现状由于电极溶液界面的特殊性质，使得很多在其它条件下不能进行或者能进行但所需条件十分苛刻的反应得以在常温常压下顺利进行。对含有高浓度有机物的废水的氧化降解多在阳极发生，因此，具有高的电催化特性的阳极材料成为目前研究的重点。2.2.1金属电极金属电极是指其表面不存在氧化物膜的光裸电极，是最早的阳极材料，这类阳极导电性固然很好，但在电解过程中可能会发生溶出现象（如Fe-Fe2+、Cu-Cu2+），导致阳极损耗且向溶液引入新的杂质。即使是不溶解的惰性电极如Pt，其电催化活性也不是很高，处理废水所需时间长，效率低，且电极易污染而失活。如何改善电极材料的表面性能，赋予电极所期望的电催化性能，便成为一个永恒的研究课题。金属电极在废水处理中最大的问题是容易发生钝化反应从而在表面生成一层氧化物膜，使电极的活性降低。因此人们常用贵金属作为阳极处理废水。2.2.2钛基涂层电极自H.Beer[24]开发了DSA（DimensionalluStableAnodes，尺寸稳定阳极）电极以来，钛基涂层电极以其良好的稳定性和催化活性迅速得到关注。由于DSA电极的化学和电化学性质能够随着氧化物膜的材料组成和制备方法而改变，近30年来，国内外的学者围绕DSA电极做了许多研究，至今DSA电极己在一些领域获得了应用，如Ti基涂RuO2层，IrO2涂层因在溶液中的高度稳定性及低的析氧、析氯电位而在氯碱工业、硫酸工业等得到了应用[25]。SteveK.Johneson[26]等指出，经过24h的电化学燃烧后，原本含1.08×10-4mg/L四氯苯酚的溶液其CODcr值只剩下1×10-6mg/L，98%的氯元素转变为无机氯形式。与此同时，只有微量（2.5×10-8mg/L）金属元素从金属氧化物阳极溶入溶液中。S.Stucki[27]等在研究Sb掺杂的Ti/SnO2电极时指出，若按电流效率为30%~40%计算，当COD质量浓度为(5~150)×10-4mg/L时，处理费用约为30~50kWh/kg，与O3、H2O2、湿空气氧化以及超临界流体氧化等需高温、高压的方法比较，电催化氧化处理高浓度有机废水的方法更经济、适用。此外，近年来稀土在电化学中的应用也是研究人员感兴趣的课题。稀土催化剂可对碳氢化合物进行间接的部分氧化[28]，利用氯化稀土制备多孔的Ti/RuO2电极也已见报道[29~36]。对于高盐有机废水而言，直接应用传统的生物法处理可行性不大，但作为一种后续处理是可行的；物化方法处理效果并不能满足达标排放，作为一种预处理是可行的；而化学氧化法，往往会带来二次污染且成本高昂，也并不实用。多项单元技术的优化组合是水处理技术的发展新方向。电催化氧化技术处理难生化有机废水效率高，提高废水的可生化性效果显著，拥有其他技术无法比拟的优越性，与传统的生化处理技术结合可以提高其经济性，将有更广阔的应用前景。参考文献：[1]熊春平,朱权云.钻井废水处理工艺评价.石油与天然气化工,1997;26(1)[2]李云.钻井废水的几种处理方法.上海环境科学,1993;12(2)[3]蔡炎兴,张振家.环保水性油墨及其废水处理[J].上海化工,2006(5):23~253[4]Ceneknovotny.Biod.geradationofsyntheticdyesbyIrpexLacteusundervariousgrowthconditions[J].Internationalbiodeteriorationandbiodegeradation,2004,54:215-223.[5]K.K.Deepa,M.Sathishkumar,A.R.Binupriya,G.S.Murugesan,eta1.SorptionofCrfromdilutesolutionsandwastewaterbyliveandpretreatedbiomassofASpergi11uSavus[J].Chemosphere,2006,62:833-840.[6]张志杰.排水工程[M].北京:中国建筑工业出版社,2000年06月第1版.[7]高庭耀.水污染控制工程[M].北京:高等教育出版社,1999年5月第2版.[8]周丹等.水性油墨废水的活性炭吸附特性研究[J].环境科学与技术,2007.30(3).85~86.[9]Jae-HyunbaeAdsorptionofanionicdyeandsurfactantfromwaterontoorgano-morillonite[J].SeparationScienceandTechnology,2003,35(3):353-365.[10]RamakrishnaKP.ViraraghavantT.DyeRemovalusinglowcostadsorbents[J].WaterScienceTechnology,1997,36(2):189-196.[11]MetesA,KoprivanacN,GlasnovicA.Flocculationasatreatmentmethodforprintinginkwastewater[J].WaterEnvironRes2000: