论文部分内容阅读
电解法具备处理工艺简单、处理效率高,不会产生二次污染的优点,本文以重庆涪陵页岩气生产基地的压裂返排废水为研究对象,以降低污染物对生态环境的影响为目的,采用电解法中的电絮凝法与电催化氧化法对该废水进行处理,主要研究内容和结论如下:（1）电絮凝与过硫酸盐协同对页岩气返排废水的处理研究（1）通过单因素实验法考察了电解时间、电流密度、电极间距、搅拌转速、pH、过硫酸盐添加量对协同处理处理效果的影响,确定了协同处理废水的优化条件为:电解时间25 min,电流密度41.7 mA/cm2,电极间距4 cm,搅拌转速100 r/min,废水pH 7.0,过硫酸盐添加量0.006 mol/L。在此条件下处理废水,COD去除率可达94.5%,电导率为71 mS/m,矿化度为4065 mg/L,不可滤残渣含量为59 mg/L,出水COD为225 mg/L,BOD5为126 mg/L,接近于国家二级排放标准。（2）协同处理降解废水机理分析。对电絮凝与过硫酸盐协同处理返排废水的过程进行循环伏安曲线测试（CV）、对絮凝产物进行X射线衍射（XRD）、电镜扫描（SEM）、X射线能谱（EDS）、红外光谱（FT-IR）表征,结果表明电解过程产生的Fe2+活化过硫酸盐产生了强氧化性的硫酸根自由基氧化降解了废水中的有机物,同时Fe2+被氧化成Fe3+进而水解起到絮凝作用;动力学的初步研究表明,协同处理过程为一级反应动力学。（3）对在优化条件下处理的废水进行水质安全分析,结果表明,锰、铬、铜、铅四种重金属离子均达到了安全排放标准。（2）复合RuO2-PPy（聚吡咯）电极的制备及电催化氧化法对返排废水的处理研究（1）分别采用涂覆-热分解法和电沉积法制备了以SnO2-Sb2O3为中间层和以RuO2-PPy（PPy:聚吡咯）为表面层的复合电极材料,并通过掺杂Er对中间层进行改性。综合采用XRD表征和线性伏安测试（LSV）,确定了当n(Sn4+):n(Er3+)为100:4时,中间层稳定性最高;采用XRD表征和LSV测试考察了吡咯浓度、电流密度、温度对表面层RuO2-PPy结构和性能的影响,确定了表面层的最佳制备条件为:n（RuCl3·xH2O）:n（C4H5N）=1:2,电流密度8mA/cm2,电解液温度55℃。对复合电极RuO2-PPy进行FT-IR、SEM和EDS表征分析,可知涂层呈平整致密状且有吡咯环生成;对电极进行电化学阻抗谱测试（EIS）和电极寿命测试,可知复合电极的导电性明显增强,且电极寿命显著延长。（2）通过单因素实验法考察了电催化氧化处理返排废水的影响因素,结果表明电催化氧化处理返排废水的优化条件:电流密度为30 mA/cm2,电极间距为1 cm,pH为5.5,Na2SO4浓度为1200mg/L。在该条件下,COD去除率可达96%,电导率为53mS/m,矿化度为3325 mg/L,不可滤残渣含量为41 mg/L,出水COD为163 mg/L,BOD5为110mg/L,达到了国家二级排放标准;初步探究电催化氧化降解有机物的动力学级数,确定了不同电流密度、电极间距、pH、电解质浓度对返排废水的电催化反应均为一级反应;通过对水质中的重金属离子进行检测,锰、铬、铜、铅四种重金属离子均达到了国家二级排放标准或以上,确定了出水的安全性。电絮凝法与过硫酸盐协同、电催化氧化法对页岩气返排废水的处理效果均较为显著,致使处理后的废水可生化性提高,对人体、环境安全等的威胁也得到了极大程度的降低。