● 摘要
随着国内石油开采程度的不断提高，油田相继进入了高含水开采期，其采出水的综合含水率达到90％以上。如果处理得不合理，不仅会造成环境污染，有时甚至会引起事故，威胁人民的生命安全。传统的处理工艺主要集中在石油类物质的去除，对COD处理效果不明显，使得大部分企业采油废水COD超标排放。随着国家环保力度的加大，亟需一种适用于去除油田采油废水COD的新技术。本研究考察了纳米TiO2光催化氧化技术用于去除华北油田采油废水COD的可行性，并针对光催化的不足，对光催化剂进行改性。实验采用溶胶-凝胶法制备光催化剂，运用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、紫外-可见漫反射光谱等分析测定方法对所制备光催化剂进行了表征分析。针对粉末状纳米TiO2存在易团聚、不利于回收的问题，本实验制备了沸石固载纳米TiO2复合光催化剂，进行光催化降解采油废水的实验，以采油废水的COD去除率作为评价催化剂活性的指标，通过正交实验得出，当焙烧温度为500 ℃，纳米TiO2负载量为43%，催化剂投加量为2.2 g/L，废水pH值为7.0时，COD去除效果最好达到63.5%。当进水COD值为398.5 mg/L时，出水COD值为145.4 mg/L。纳米TiO2/沸石光催化剂不仅有较好的沉降性能，同时对华北油田废水中的COD具有较高的光催化降解效率。针对纳米TiO2光谱响应范围窄、量子效率低的问题，实验选用Fe3+、Co2+、Zn2+、Cu2+、Mn2+对TiO2/沸石体系进行了离子掺杂改性。华北油田采油废水作为目标处理物，筛选出铁离子为最佳的掺杂金属离子，当掺杂浓度为6.04*1016个/cm3时，COD去除率升高，可达到68.5%，处理后出水COD值为137.5 mg/L，达到《污水综合排放标准》GB 8978-1996（二级标准）。综合实验结果，改性后的纳米TiO2光催化剂不仅提高了沉降性能和量子效率，也提高了采油废水COD的去除率，处理后出水COD值达到《污水综合排放标准》GB 8978-1996（二级标准），纳米TiO2光催化氧化技术适合用于油田采油废水COD的处理。