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紫外光(UV)光解油田采出水中多环芳烃如何处理

摘要:为了探讨紫外光光解人工模拟油田采出水中多环芳烃的降解效率,利用自制反应装置对油田采出水中多环芳烃(PAHs)的紫外光光解做了一个初步研究。

研究结果证明,紫外光光解对油田采出水中的多环芳烃萘和芴有显著的降解能力。实验室的测试表明,与紫外UVA(365 nm)、UVB(308 nm)的光照相比,紫外UVC(254 nm)在光照60 min的条件下,2种多环芳烃各自的去除率都近似达到了99%。可见,在光解效力和暴露时间两方面,紫外UVC对采出水中萘和芴的去除具有相对稳定和比较高的效率。

石油在开采、生产、加工过程中产生大量的污水,如果这些污水不加以处理就排放到自然界中,将会给环境造成巨大的破坏。它不仅污染海水,甚至使石油类污染物在海底底泥中富集,严重污染海洋生态环境,间接或直接地危及人类健康。我国油田采出液的含水率逐年上升,1995-1996年,外排量从2688万t增加到3959万t,外排采出水平均高达80%以上,而且我国每年处理回注水就达10多亿m3。

目前,我国油田已经进入到注水开采的中后期,采出水占采出液的60%~70%,甚至有的高达90%以上。采油废水中主要含有油脂、烷烃、环烷烃、苯酚类、多环芳烃类等有机物。多环芳烃(pahs)是指分子中含有2个或2个以上苯环的碳氢化合物,是一种持久性有机污染物,广泛存在于各种环境介质中。pahs具有强烈的致癌、致畸及致突变性。

美国国家环境保护局(usepa)规定了16种pahs为环境监测优先检测物。其中包括萘苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并(a)、蒽、屈、苯并(b)荧蒽、苯并(k)荧蒽、苯并(a)芘、茚并(1,2,3cd)芘、二苯并(a,n)蒽、苯并(g,h,i)芘。近年来,国内外对pahs的污染处理主要采取了物理和化学氧化法。

物理方法不仅处理时间长,降解效果差,而且降解产物也不彻底,而紫外光光解水中的多环芳烃是在光诱发所产生的单线态氧、臭氧或羟基游离基的作用下发生氧化降解的,弱反应选择性的羟基自由基一旦形成,就会诱导一系列自由基链反应,攻击水体中的各种污染物,直至完全矿化为H2O、CO2和其他矿物盐。所以,UV光解效率高,降解快,能把有机污染物完全矿化成二氧化碳和水,和无机小分子,且不会造成二次污染。

基于多环芳烃在石油采出水中的高度富集,本文以2种典型的多环芳烃萘、芴为研究对象。研究在254、308和365nm波长紫外光照射下,经过固相萃取(SPE)气相色谱/质谱联(GC/MS)方法处理pahs中的萘和芴的过程和效果,从而得知在254nm的情况下,萘和芴的降解率是最好的,也为相应的控制技术提供基础数据。

1实验部分

1.1实验装置

反应装置由紫外光辐照室和反应器主体组成。辐照室主体由不锈钢材料建成,内径约30cm,壁厚约0.5mm,壁高约38cm,室内壁安装有紫外灯套。反应器主体是石英圆柱形小罐,内径20cm,壁厚约4mm,壁高25cm,反应器顶盖安装有搅拌电机,臭氧气体进出口装置,采样口以及各类传感器插孔。
反应器内部安装双层六叶桨式聚四氟乙烯材料叶轮以实现对水样的充分搅拌,反应器内部与水接触的连接部件均采用聚四氟乙烯(teflon)。(来源:环境工程学报)
紫外光(UV)光解油田采出水中多环芳烃



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