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发布时间:2020-3-25 9:49:47  中国威廉希尔娱乐手机版下载处理工程网

  海上石油平台受环境的限制,要求工艺简练、设备占地空间小。 很多陆地成熟应用的技术工艺,如A2O、氧化沟等并不适于海上平台。 因此,需开发占地面积小、处理性能高的工艺及成套设备。 其中电催化氧化一体化设备因占地较小、 处理效果较高成功替代了原有生化系统, 但对于海上平台仍期望体积和占地面积继续下降。 这就要求提高设备单位体积降解 COD 的效率。 电催化氧化技术(ECO)是在电场作用下产生强氧化性的羟基自由基或其他自由基,将威廉希尔娱乐手机版下载中的有机物完全分解为无害的 H2O 和CO 。 光-电耦合催化氧化技术(PECO)不仅具有电催化氧化作用,还可减少光生电子和空穴的复合,从而提高有机物的降解效率。 笔者采用光-电耦合催化氧化技术降解 COD,达到相同处理效率条件下减小占地面积和设备空间的目的。

  1 试验材料和方法

  1.1 试验用水及仪器

  试验用水为南海某平台生活威廉希尔娱乐手机版下载,为黑水和灰水混合物。 黑水主要是冲厕水,含有大肠杆菌;灰水包括厨房废水、洗衣废水及洗澡废水, 含有大量油污和难降解的表面活性剂。 其水质为 COD 500~800 mg/L,pH 6.5~9.5,电导率 2 000~4 000 μS/cm。 为调节电导率须同步添加海水,海水取自该平台所处海域。仪器:PB-10 型标准 pH 计,赛多利斯;HH-6 型化学耗氧量测定仪、DR800 便携式分光光度计,美国哈希;DHG-9240A 恒温干燥箱, 上海博讯事业有限公司。 ECO 反应器和 PECO 反应器均为自制。

  ECO 反应器〔2〕见图 1,有效尺寸 100 cm×100 cm× 65 cm,有效容积 650 L。 采用高效 DSA 阳极板,石墨阴极板为配套阴极板,极板尺寸 100 cm×65 cm,阴、阳极板共设 15 组, 极板间距设 2 cm, 有效板面积0.65 m2(单块阳极板),阳极总有效面积 9.75 m2。

图 1   ECO 反应器

  PECO 反应器见图 2, 有效尺寸 80 cm×80 cm× 90 cm, 有效容积 576 L。 阴、阳极板与 ECO 反应器一致, 极板尺寸 80 cm×65 cm, 阴、阳极板共设 15组,极板间距为 2 cm,有效板面积 0.52 m2(单块阳极板), 阳极总有效面积 7.8 m2。 反应器底部设 2 支 275 nm 紫外灯。

1—光电催化单元;2—光源系统;3—极板;4—电源控制系统。图 2   PECO 反应器

  1.2 分析方法

  COD 采用 GB/T 11914—1989 测定。 IMO.MEPC.227(64)规定达标出水COD 应≤125 mg/L。

  1 试验部分

  1.1 电催化氧化处理

  用 ECO 处理生活威廉希尔娱乐手机版下载,总处理水量 100 L,选取阳极电流密度、 海水添加比例、 电解时间为研究参数,设计 3 因素 4 水平正交试验。其中阳极电流密度分别为 200、400、600、800 A/m2, 单块有效阳极板面积为 0.65 m2,对应电流分别为 130、260、390、520 A;按 50%、60%、70%、80%比例添加海水,保持电导率在 9 300、11 500、13 400、15 100 μS/cm; 电解时间分别为 0.5、1、1.5、2 h。测定装置出水 COD,并记录各电流对应不同海水比例时的电压,结果见表 1、表 2。

  电流和电解时间决定了总电荷量, 即电催化氧化过程中产生氧化剂的量及威廉希尔娱乐手机版下载处理效果。 添加海水主要是为增加威廉希尔娱乐手机版下载电导率, 降低运行电压及工艺电耗。 用 Minitab 软件对表 1 结果进行极差分析,影响排序为电解时间>阳极电流密度>海水添加比例

 

  电解时间与电流密度接近。 在 16 组试验中,最优组合为电流密度 800 A/m2、海水添加比例 50%、电解时间 2 h,此时出水 COD 为 80 mg/L,电流为 520 A,电压为 7.65 V。

  1.1 光-电耦合催化氧化处理

  海水中含有一定量 COD,虽然提高海水比例会增加电导率及降低反应器的运行电压,但添加更多海水会增加 COD 总量和处理总水量,因此 PECO 实验中直接选取 50%为最佳海水添加比例。 以阳极电流密度、紫外光辐照强度、电解时间为研究参数,设计 3 因素 4 水平正交试验。 阳极电流密度和电解时间的设定条件同 ECO, 由于 PECO 有效阳极板面积为0.52 m2, 因此对应电流分别为 104、208、312、416 A,辐照强度条件为 50、100、150、200 μW/cm2, 试验结果见表 3。

  由表 3 可见,16 组试验中有 5 组达标(<125mg/L)。 影响因素排序为阳极电流密度>电解时间>辐照强度。 随辐照强度的增大,COD 处理性能少量增加。 考虑到电流密度和辐照强度越低,电耗越低。 因此,最优工艺参数组合为电流密度 600 A/m2、紫外光辐照强度 50 μW/cm2、电解时间 1.5 h,此时出水 COD为 87 mg/L,电流为 312 A,电压为 6.69 V。

 

  吨水电耗为整套系统的总耗电量, 包括反应器及各电气组件。 耗电量以现场电度表显示为准,ECO工艺吨水电耗 41.8 kW·h,PECO 工艺吨水电耗 43.4kW·h。 电极板费用方面,PECO 电极板有效面积为7.8 m2,维护周期为 3 a,1 m2 费用 1 000 元,每年维护费用为 2 600 元;ECO 电极板有效面积 9.75 m2, 更换周期为 1.5 a,每年维护费用为 6 500 元。具体联系威廉希尔娱乐手机版下载宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

  综上可见,PECO 装置处理出水 COD 在 125mg/L以下时的最佳运行条件优于 ECO 装置。 PECO的电流更低、反应器停留时间短。 因此,处理相同水量时PECO 反应器的装置体积可设计更小(体积比1∶1.18),电极板的使用寿命更长,维护费用更低。 虽然加入紫外灯导致 PECO 装置的整体电耗升高, 但海上平台电力自发,有盈余,即使整体耗电量增加也不影响该技术的使用。 PECO 装置电极板和紫外灯等每年的更换费用合计也低于 ECO 装置。

  2.4 连续运行出水稳定性

  开发了 24 m3/d 规模的 PECO 中试装置, 对进水进行预处理, 以降低色度、浊度对后续光电催化氧化处理效率的影响。 装置运行参数:电流密度为 600 A/m2、运行电流为 940 A,紫外光辐照强度为 50μW/cm2,电解时间为 1.5 h,电压为 6.8 V。 中试装置以南海某平台生活威廉希尔娱乐手机版下载为处理对象,连续运行 60 d。每天各取装置进水和出水 1 次,结果表明,该时段内进水 COD 在 560~750 mg/L, 出水 COD 最低为 51mg/L, 最高 108 mg/L, 稳定低于 125 mg/L, 达到排放指标要求。

  3 结论

  (1) ECO 处理达标时的最佳条件为电流 520 A,海水添加比例 50%,电解时间 2 h。 PECO 处理达标时的最佳条件为海水添加比例 50%,电流 312 A,电解时间 1.5 h,紫外光辐照强度 50 μW/cm2。

  (1) ECO 运行费用为 41.8 kW·h/t,PECO 运行费用为 43.4 kW·h/t,PECO 的电耗略高。 紫外灯比电极板的造价低很多,PECO 的维保费用远低于 ECO。 平台不考虑电耗,因此从运行费用、占地面积和总运行成本角度分析,PECO 更具应用前景。

  (1) PECO 中试装置的运行参数: 电流密度 600A/m2,运行电流 940 A,紫外光辐照强度 50 μW/cm2,电解时间 1.5 h,电压为 6.8 V。 经过 60 d 连续运行,出水 COD 稳定低于 125 mg/L,达到排放指标要求。(来源:中海油天津化工研究设计院有限公司)

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