毕业设计论文化学氧化法降解油田废水中聚丙烯酰胺的研究.doc

哈尔滨学院本科毕业论文（设计）题目：化学氧化法降解油田废水中聚丙烯酰胺的研究院（系）理学院专 业化学系年 级07-1姓 名XXX学 号指导教师XXX职 称教 授2011年 6 月 13 日目 录 摘　要 1Abstract 2第一章　绪 论 31.1 PAM的热降解 31.2 生物降解 41.3 机械降解 41.4 化学降解 51.4.1氧化降解 51.4.2光降解 81.4.3光催化降解 8第二章 实验部分 102.1 试剂与仪器 102.1.1实验试剂 102.1.2 实验仪器 102.2 实验过程 112.2.1实验原理 112.2.2实验方法 11第三章 结果与讨论 143.1 以H2O2为氧化剂降解 PAM 143.1.1 pH及H2O2体积对PAM降解率的影响 143.1.2温度对PAM降解率的影响 153.1.3 PAM 初始浓度对其降解率的影响 153.1.4时间对PAM降解率的影响 163.1.5矿化度对PAM降解率的影响 173.2 以S2O82-为氧化剂降解PAM 183.2.1过硫酸钾浓度对PAM降解率的影响 183.2.2 pH对PAM降解率的影响 183.2. 3温度对PAM降解率的影响 193.2.4 PAM初始浓度对其降解率的影响 203.2.5时间对PAM降解率的影响 203.2.6 矿化度PAM降解率的影响 213.3 以K2S2O8和FeSO4为氧化剂降解PAM 223.3.1 K2S2O8浓度对PAM降解率的影响 223.3.2 FeSO4浓度对PAM降解率的影响 223.3.3 pH对PAM降解率的影响 233.3.4 温度对PAM降解率的影响 243.3.5 PAM初始浓度对其降解率的影响 253.3.6时间对PAM降解率的影响 253.3.6时间对PAM降解率的影响 26结 论 28参考文献 29致 谢 31摘 要本论文采用化学氧化法降解聚丙烯酰胺（PAM）模拟废水，探讨了PAM初始浓度、溶液的pH、氧化剂用量以及种类、反应温度、矿化度等因素对PAM降解的影响。

实验结果表明：以双氧水为氧化剂，当30%H2O2投加量为0.1 mL、pH为3.4、温度控制为40℃时PAM的降解效果最好，PAM 降解率为77%以过硫酸钾和硫酸亚铁复配为氧化剂，最佳浓度比为[S2O82-]：[Fe2+]=7：2；pH为4.7；最佳温度45 ℃；反应时间为20 min；最佳条件下PAM降解率为81% PAM初始浓度的增加对其降解效果具有明显的抑制作用以K2S2O8为氧化剂，随着氧化剂投加量的增加，P AM降解率增大在酸性条件下，PAM的降解效果显著过硫酸钾最佳浓度为70 ppm 、pH为 4.7 、温度为45 ℃ 、反应时间为40 min 在最佳条件下PAM 的降解率为70% 关键词：化学氧化降解；过硫酸钾与硫酸亚铁复配；聚丙烯酰胺AbstractIn this paper olyacrylamide (PAM) of simulated wastewate was degraded with chemical oxidation method, Some factors such as the initial concentration of solution ,the pH and the oxidant amount used and type, reaction temperature, salinity and other factors which are important to the degradation of wastewater PAM were investigated systematically. The experimental results show that using hydrogen peroxide as the oxidant, when hydrogen peroxide dosing quantity of 0.1 mL, pH 3.4, the temperature control is 40 ℃ PAM when the degradation of the best effect, PAM degradation rate was 77%. With potassium persulfate and ferrous sulfate as the oxidant compound, the best concentration ratio of [S2O82-]: [Fe2 +] = 7:2; pH 4.7; optimum temperature 45 ℃; The reaction time of 20 min; PAM degradation rate can reach 81% in the optimum condition. PAM initial concentration of its degradation effect to increase significantly inhibit. To K2S2O8 as the oxidant, along with the increasing of antioxidant dosing quantity, degradation rate can increase for PAM. In the acidic conditions, the degradation of PAM effect is remarkable.A potassium sulfate optimal concentration for 70 PPM, pH 4.7, the temperature of 45 ℃, the reaction time is 40 min. In the best condition of PAM degradation rate was 70%.Keywords: chemical oxidation degradation; A potassium sulfate and ferrous sulfate blends with; polyacrylamide 第一章 绪 论近年来，我国东部大多数油田尤其是大庆油田基本上都已进入高含水期，聚合物驱替等三次采油技术已得到广泛应用。

我国油田使用的驱油聚合物基本上均为聚丙烯酸胺(PAM)或部分水解聚丙烯酸胺(PAM)作为理想的驱油剂，聚丙烯酸胺具有增粘效果好，抗微生物侵蚀及热稳定性好、储运方便、成本较低等特点大庆炼化公司是世界上最大的油田用聚丙烯酸胺生产基地，拥有雄厚的产品研发能力和先进的生产技术水平公司拥有14 条聚丙烯酸胺生产线，以化学法和生物法两种方法生产聚丙烯酸胺，年生产能力可达10万吨，每一年为油田驱油1000万吨以上，节约新鲜水600万吨以上，创造了巨大的经济效益和社会效益聚丙烯酸胺(PAM)是一类重要的水溶性高分子聚合物，在石油开采、水处理、纺织、造纸、选矿、医药、农业等领域具有广泛的应用，有“百业助剂”之称日前，以聚丙烯酸胺水溶液为驱油剂的采油技术正在大庆油田全面推广该技术能够增加注入水的粘弹性，提高波及系数，从而达到提高原油采收率的日的但是，聚合物的残留、污染问题也随之而来PAM在大多数应用领域的最终归属为进入地表水或地下水，而含有PAM的污水不仅会改变水的理化性质，水中的聚合物会污染环境，危害人的健康，而且聚驱后还有部分聚合物被吸附和滞留在岩石孔隙上，限制了后续驱油剂的作用效果大庆油田的厂、矿试验表明，原油采出液中往往含有几个到几百个ppm的PAM。

如果采出液中含有几百个ppm的PAM，则会使采出液变得粘稠，而使原油脱盐、脱水等预处理过程无法进行，即使采出液中含有几个ppm的PAM，在原油脱盐、脱水中也不能很好地除去，而分子量高达1千万的PAM 滞留在原油中必将影响石油加工产品的质量因此，对PAM降解性能的研究是 PAM使用者和环境保护者一直在关注的课题近年来，人们对 PAM 降解的研究主要有以下几个方面：热降解、生物降解、机械降解、化学降解1.1 PAM的热降解固态 PAM 的热降解研究主要是利用热重分析法和微分扫描量热法，根据不同升温速率下 PAM 的失重曲线判断 PAM 的降解机理Yang M H 等[1,2]研究了 N2 保护下，金属离子 Ni ( II) 、Cu ( II) 和 Fe ( II) 对聚丙烯酰胺的热降解实验发现在 100 ℃～900 ℃范围内，发生 2 次主要的 PAM 热降解阶段，2 次降解活化能分别为 9218 kJ / mol～93. 2 kJ / mol 和 16614 kJ /mol～ 21517 kJ / mol 也有文献报道溶液中 PAM 的热稳定性[3] ， 在 93 ℃ 以下， 溶液中 PAM 的 C - C 主链稳定，不会发生 PAM 的热降解，但其水解度增大[4]。

1.2 生物降解生物降解是指有机物在生物酶的作用下，经过一系列的生物化学反应转化为简单化合物的现象，有时可完全转化为无机物[5] 聚合物的生物降解是指在生物作用下，聚合物发生降解、同化的过程许多微生物并不是天生就具有降解聚合物的能力，而是通过驯化而逐渐适应的，即催化降解聚合物的酶系是通过驯化而诱导出的起降解作用的微生物主要包括细菌、真菌和藻类，作用机理主要可分归三类：(1)生物物理作用；由于生物细胞增长而使聚合物组分水解、电离或质子化而发生机械性破坏，分裂成低聚物碎片； (2) 生物化学作用；微生物对聚合物作用而产生新物质(CH4 ，CO2 和 H2O)；(3) 酶直接作用；被微生物侵蚀部分导致聚合物链的断裂或链的氧化生物降解并非单一机理，是复杂的生物物理、生物化学协同作用，并同时伴有相互促进的物理、化学过程[5,6 ] 即如图1-1 所示图1-1　PAM生物降解机理1.3 机械降解聚合物溶液经配注系统进入井底，由射孔炮眼进入近井地带，在此阶段聚合物溶液处于紊流状态；然后聚合物溶液在多孔介质中发生渗流聚合物在上述过程中会发生机械降解，这是石油工程师关心的课题Moussa T [7 ]等利用毛细管流变仪研究了紊流条件下聚合物浓度、聚合物分子量、管的长度、直径以及溶剂等因素对聚丙烯酰胺降解的影响。

在紊流条件下，低雷诺数时聚合物在劣溶剂。