聚硅酸鋁鐵用于含聚采出水外排處理的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

魏祥甲　喬瑞平　王洋　李海濤　張倫梁　陳廣升,2　蔣瑋,2

1博天環(huán)境集團(tuán)股份有限公司　2博天（北京）環(huán)境設(shè)計(jì)研究院有限公司

聚硅酸鋁鐵用于含聚采出水外排處理的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

魏祥甲1喬瑞平1王洋1李海濤1張倫梁1陳廣升1,2蔣瑋1,2

1博天環(huán)境集團(tuán)股份有限公司2博天（北京）環(huán)境設(shè)計(jì)研究院有限公司

制備聚硅酸鋁鐵（PSAF）混凝劑并應(yīng)用于含聚采出水混凝實(shí)驗(yàn)，考察其反應(yīng)pH值，聚硅酸鋁鐵投加濃度，PSAF中鋁、鐵、硅物質(zhì)摩爾比（Al∶Fe∶Si），助絮凝劑Poten1315投加濃度等因素分別對(duì)含聚采出水處理效果的影響，同時(shí)與PFS、PAC對(duì)含聚采出水的處理效果進(jìn)行比較。結(jié)果表明，PSAF對(duì)含聚采出水的處理效果優(yōu)于PFS和PAC。當(dāng)pH值為5.6，PSAF投加濃度為800mg/L，鋁、鐵、硅物質(zhì)摩爾比為1∶1∶2，Potenflo1315投加濃度為1.5mg/L時(shí)，含聚采出水處理效果最佳，處理后的化學(xué)需氧量（CODCr）為21.2mg·L-1，去除率為94.50%；懸浮物（SS）含量為6.5mg·L-1，去除率為97.11%；UV254去除率為72.35%，出水指標(biāo)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978—1996）》的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

含聚采出水；PSAF；絮凝劑；混凝；實(shí)驗(yàn)

相比常規(guī)的水驅(qū)采油污水，含聚采出水中由于存在大量部分水解性的聚丙烯酰胺，導(dǎo)致廢水黏度大、懸浮物含量高，難以生化處理。同時(shí)由于含聚采出水的多次重復(fù)配聚使用，其礦化度也有較高水平，影響重新配聚使用。含聚采出水的處理問(wèn)題逐漸成為制約石油開(kāi)采的重要因素。

傳統(tǒng)處理含聚采出水的主要方法是沉降-過(guò)濾[1]，然后進(jìn)行回注或重新配聚。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家相繼開(kāi)發(fā)了渦凹?xì)飧2]、溶氣氣浮[3]、氣浮磁分離[4]及多級(jí)氣浮[5]等先進(jìn)技術(shù)，在含聚采出水處理的應(yīng)用中，有逐步取代沉降工藝的趨勢(shì)。但在混凝氣浮處理過(guò)程中，傳統(tǒng)混凝藥劑存在投藥量大、成本高、處理效果不佳等問(wèn)題。

與傳統(tǒng)的鐵鹽和鋁鹽等單一元素的混凝劑相比，多種陽(yáng)離子組合的聚合硅酸鹽類(lèi)混凝劑具有投藥量少、絮凝效果好等優(yōu)點(diǎn)。本文采用自行制備的聚硅酸鋁鐵（PSAF）作為一種主混凝劑，通過(guò)混凝、沉淀、過(guò)濾，使采出水中的油類(lèi)和部分水解性的聚丙烯酰胺得到去除，使廢水CODCr和SS值得到有效降低，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978—1996）》的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)制備

實(shí)驗(yàn)所需儀器如表1所示。

實(shí)驗(yàn)所用藥劑：硅酸鈉、氯化鐵、硫酸鋁、硫酸（98%）、氫氧化鈉（分析純）、聚合硫酸鐵（PFS）、聚合氯化鋁（PAC）（工業(yè)級(jí)），以及博天環(huán)境公司研發(fā)的專(zhuān)用混凝藥劑Potenflo1315。

表1　實(shí)驗(yàn)所用儀器名稱(chēng)、型號(hào)及廠家

實(shí)驗(yàn)中所采用的分析方法如表2所示。

表2　實(shí)驗(yàn)中采用的分析方法

實(shí)驗(yàn)廢水取自某油田聯(lián)合站，為含聚采出水經(jīng)二次沉淀、二次過(guò)濾后的出水，水質(zhì)指標(biāo)如表3所示。

表3　廢水水質(zhì)指標(biāo)

1.2實(shí)驗(yàn)方法

取一定量Na2SiO3配制成5%的溶液，在攪拌狀態(tài)下緩慢加至H2SO4（10%）中，調(diào)節(jié)反應(yīng)pH值為5～6，反應(yīng)時(shí)間為0.5h，反應(yīng)溫度為室溫，制備活化硅酸溶液。將一定體積的0.3mol/L硫酸鋁和0.3mol/L氯化鐵依次加至活化后的硅酸溶液中，攪拌30min，后靜置12h熟化，得到自制的PSAF試劑，備用。

混凝處理含聚采出水，分別量取100mL水樣置于錐形瓶?jī)?nèi)，首先調(diào)節(jié)廢水pH值并加入制備的PSAF試劑，置于恒溫振蕩器中，反應(yīng)溫度設(shè)為20℃，在200～300r/min轉(zhuǎn)速下快速震蕩30s；然后在40～50r/min轉(zhuǎn)速下震蕩30min，靜置30min后取上清液測(cè)定CODCr、UV254、SS及色度等水質(zhì)指標(biāo)。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1反應(yīng)pH值對(duì)廢水處理效果的影響

根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)考察結(jié)果，采用Al、Fe、Si摩爾比為1∶1∶2時(shí)制得的聚硅酸鋁鐵，固定聚硅酸鋁鐵投加量為800mg/L，反應(yīng)溫度為20℃，改變反應(yīng) pH值分別為 4.57、4.98、5.19、5.42、5.60、5.81，按照上述實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)束后取樣檢測(cè)出水CODCr、UV254及SS等指標(biāo)，結(jié)果如圖1所示。

圖1　反應(yīng)pH值對(duì)混凝處理效果的影響

由圖1可知，當(dāng)反應(yīng)pH值在4.98～5.60之間時(shí)，廢水CODCr、UV254及SS的去除率較高，pH值過(guò)低或過(guò)高時(shí)，廢水處理效果明顯變差。當(dāng)反應(yīng)pH值為5.60時(shí)，出水CODCr和SS的去除率分別達(dá)到最大值90.05%和96.04%，pH值繼續(xù)增加，各項(xiàng)指標(biāo)的去除率迅速下降。由此可以確定PSAF混凝處理含聚采出水反應(yīng)的最佳pH值為5.60。

2.2PSAF投加濃度對(duì)廢水處理效果的影響

固定反應(yīng)pH值為5.60，反應(yīng)溫度為20℃，采用Al、Fe、Si摩爾比為1∶1∶2時(shí)制得的聚硅酸鋁鐵，改變其投加濃度分別為 560、640、720、800、880、960mg/L，按照上述方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)束后取樣，檢測(cè)出水CODCr、UV254及SS等指標(biāo)，結(jié)果如圖2所示。

圖2　PSAF投加濃度對(duì)混凝處理效果的影響

從圖2可以看出，隨PSAF投加濃度逐步增大，廢水CODCr、UV254及SS的去除率隨之提高。當(dāng)PSAF投加濃度為800mg/L時(shí)，出水的各項(xiàng)指標(biāo)最好，CODCr含量達(dá)到39.8mg/L，去除率為89.68%；SS含量達(dá)到10.7mg·L-1，去除率為95.24%；UV254去除率為66.91%，繼續(xù)增加PSAF投加濃度，則CODCr、UV254和SS去除率反而下降。由此可以確定，混凝處理含聚采出水時(shí)，PSAF的最佳投加濃度為800mg/L。

2.3不同鋁、鐵、硅摩爾比制備的PSAF對(duì)廢水處理效果的影響

在制備PSAF混凝劑時(shí)，PSAF中Al、Fe、Si摩爾比分別為1∶2∶3、1∶1∶2、2∶1∶3時(shí)，制備得到PSAF試劑并用于含聚采出水的處理，固定反應(yīng)pH值為5.60，投加濃度為800mg/L，按上述方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后取樣，檢測(cè)出水CODCr、SS等指標(biāo)。

從檢測(cè)結(jié)果可看出，在PSAF混凝劑制備時(shí)，隨Al、Fe、Si摩爾比例改變，其對(duì)于含聚采出水的混凝效果是不同的。當(dāng)Al、Fe、Si摩爾比為1∶1 ∶2時(shí)，制備得到的PSAF對(duì)含聚采出水的處理效果最好，且出水濁度低、絮體相對(duì)密實(shí)，容易分離。由此確定混凝處理含聚采出水時(shí)，PSAF中Al、Fe、Si最佳摩爾比為1∶1∶2。

2.4助絮凝劑Potenflo1315投加濃度對(duì)廢水處理效果的影響

采用Al、Fe、Si摩爾比為1∶1∶2時(shí)制得的PSAF，固定其投加濃度為800mg/L，反應(yīng)pH值為5.60，投加Potenflo1315作為助絮凝劑，并改變其投加濃度分別為0、0.5、1.0、1.5、2.0和2.5mg/L，按照上述方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)束后取樣，檢測(cè)出水CODCr、SS等指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3　助絮凝劑Poten1315投加濃度混凝處理效果的影響

由圖3可以看出，當(dāng)Poten1315投加濃度為1.5mg/L時(shí)，處理后廢水的CODCr含量為21.2mg/L，去除率達(dá)到94.50%；SS含量為6.5mg/L，去除率達(dá)到97.11%；UV254去除率達(dá)到72.35%。此兩項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978—1996）》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。另外，投加助絮凝劑Poten1315，不僅可以提高CODCr、SS去除率，而且可以減少沉降時(shí)間，使產(chǎn)生的絮體更加密實(shí)、不易分散，縮小絮體體積，并使之容易與出水分離。

2.5聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁與聚硅酸鋁鐵對(duì)含聚采出水混凝處理效果的比較

分別采用聚合硫酸鐵（PFS）、聚合氯化鋁（PAC）和自制的PSAF作為主混凝劑，PSAF中Al、Fe、Si摩爾比為1∶1∶2，固定PFS、PAC和PSAF投加濃度均為800mg/L，反應(yīng)pH值為5.60，Potenflo1315投加濃度為1.5mg/L，按照上述方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

原水與PSAF、PFS和PAC分別發(fā)生混凝反應(yīng)，處理之后的含聚采出水進(jìn)出水質(zhì)指標(biāo)如表4所示。

由表4可知，分別使用PSAF、PFS和PAC處理含聚采出水，其中PSAF對(duì)含聚采出水的處理效果最好，出水CODCr、SS、色度去除率均可達(dá)到90%以上，PFS處理效果次之，PAC處理效果最差。

表4　含聚采油原水與處理后的廢水水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比

3　結(jié)論

通過(guò)制備PSAF，考察其反應(yīng)pH值，投加濃度，Al、Fe、Si摩爾比，助絮凝劑投加濃度對(duì)含聚采出水處理效果的影響，同時(shí)與PFS、PAC的處理效果進(jìn)行比較分析，得出以下結(jié)論：

（1）PSAF對(duì)含聚采出水具有良好的混凝處理效果，處理后水質(zhì)可以達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978—1996）》的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）制備PSAF并應(yīng)用于含聚采出水混凝處理時(shí)，反應(yīng)最佳pH值為5.60，PSAF最佳投加濃度為800mg/L，最佳Al、Fe、Si摩爾比為1∶1∶2，助絮凝劑Poten1315投加濃度1.5mg/L，處理后廢水CODCr含量為21.2mg/L，去除率達(dá)到94.50%；SS含量為6.5mg/L，去除率達(dá)到97.11%；UV254去除率達(dá)到72.35%。

（3）PSAF混凝處理含聚采出水，其混凝效果好，優(yōu)于PFS和PAC，產(chǎn)生絮體密實(shí)、不易分散、沉降速率快，是一種適用于含聚采出水處理的高效混凝劑。

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（010）57114694、xiangjia.wei@poten.cn

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.12.010

基金論文：博天環(huán)境集團(tuán)股份有限公司創(chuàng)新領(lǐng)域前沿項(xiàng)目（Y-01-15-03）資助。

魏祥甲：碩士，2012年畢業(yè)于北京林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)專(zhuān)業(yè)，博天環(huán)境集團(tuán)股份有限公司研究專(zhuān)員，從事水處理技術(shù)研發(fā)工作。

2015-05-21