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压裂技术可有效增加油、气田产量,在建立油气流动通道、改善油气层渗透能力的同时,也产生了大量的油田返排液,具有COD值高、难降解的特点。油田废水处理中,COD值通常作为二次配液、回注和排放的一项重要指标,因此实现经济、快速、高效脱除COD,对保护环境、节约水资源具有重要意义。本课题以长庆油田返排液为研究对象,采用超声辅助芬顿预氧化处理、絮凝沉降再处理、微电极电催化或超声-光催化深度氧化三步法进行工艺优化实验,分别使返排液COD值从10616mg/L降到2351mg/L、1541mg/L、105mg/L、13mg/L。脱除COD的同时,也实现了返排液降粘、去色、降浊,水质改善的目的。超声-芬顿预氧化处理的适宜反应条件是:芬顿试剂加入量为0.44%H2O2(30%)、1%FeSO4·7H2O,返排液 pH 值在 6 左右,反应温度为室温,超声功率为120W,反应时间为18min,返排液COD脱出率达到 77.85%。对预氧化处理后的废水进行絮凝沉降的适宜条件是:废水pH为8,复合絮凝剂A的加入量为400ppm、助凝剂PAM的加入量为15ppm。絮凝沉降后,可使废水的COD脱出率达到34.45%。采用活性炭负载不同金属氧化物的微电极催化剂,对絮凝后水样进行深度电催化氧化,结果表明CuxOy/AC微电极催化剂具有较好的COD降解性和重复性,其适宜处理条件是:反应液量为300mL、反应液初始pH值为9、空气流量为2L/min、电流密度为17.5mA/cm2、反应温度为30℃、催化剂投加量为3g/L,反应时间为60min,COD脱出率达到93.19%。利用SEM、XRD、XRF、BET、XPS方法对微电极催化剂进行了表征,发现具有较好COD氧化降解性能的CuxOy/AC催化剂,其Cu负载量是22.67%,Cu+:Cu2+为2.26:1,数次使用后催化剂形貌、孔容、孔径变化不大。采用沉淀法制备了 TiO2载体,再通过等体积浸渍法制得Fe2O3/TiO2催化剂对絮凝后水样在超声-紫外光辐射条件下进行光催化氧化研究,结果表明,Fe负载量为5.5%,氧化降解效果较好。反应的适宜条件是:反应液初始pH值为9,紫外光功率为175W,超声频率为32kHz,空气流量为3L/min,温度为30℃,90min处理可使COD脱出率达到99.16%。XRD结果表明TiO2载体中金红石型与锐钛矿型比例为39.8:60.2,其SEM结果显示载体呈球形。分别对絮凝处理后废水的电催化及光催化氧化降解COD反应进行了动力学研究,得出了反应动力学方程,活化能分别为30.075kJ/mol、12.304kJ/mol。对比微电极电催化氧化与光催化氧化降解COD的活化能,可知后者活化能较低,更有利于絮凝后水样COD的降解。