高鐵酸鉀處理采油助劑廠洗罐廢水研究

郭海軍，石華前，黃 孟

（中海油（天津）油田化工有限公司，天津 301500）

某海上油田采油助劑廠生產(chǎn)的化學(xué)藥劑有破乳劑，清水劑，緩蝕劑，防垢劑和殺菌劑等。各類藥劑在陸地均用1 m3的IBC 塑料罐進(jìn)行運(yùn)輸，藥劑到廠后再倒罐至2 m3的不銹鋼罐運(yùn)出海，由于藥劑供應(yīng)量較大，廠區(qū)就累積了大量的1 m3的IBC 塑料罐，為節(jié)能減排，廠區(qū)將1 m3的IBC 塑料罐進(jìn)行清洗后再重復(fù)利用。其中有一類化學(xué)藥劑為油溶性乳液型聚丙烯酰胺，該類產(chǎn)品遇水后變黏稠，其罐體較難清洗，且清洗后會(huì)產(chǎn)生大量黏稠狀廢水，該類廢水排入廠區(qū)污水池將造成管路堵塞，不易處理等問(wèn)題。

高鐵酸鉀（K2FeO4）是一種含六價(jià)鐵元素的化合物，其氧化還原電位高，具有氧化，殺菌，除臭的功能[1-3]。另外，由于其氧化后的產(chǎn)物為氫氧化鐵，氫氧化鐵具有絮凝、吸附作用，可以一定程度上去除水體中的懸浮物或有害雜質(zhì)，且不產(chǎn)生有害的衍生物。所以高鐵酸鉀是一種安全、高效的多功能綠色水處理劑，目前，越來(lái)越多的受到水處理行業(yè)的關(guān)注[4-6]。

本文中在室內(nèi)采用FeCl3合成了高鐵酸鉀晶體，并將所制得的高鐵酸鉀對(duì)上述油溶性乳液型聚丙烯酰胺洗罐廢水進(jìn)行了探索性應(yīng)用研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和測(cè)定方法

主要儀器：紫外分光光度計(jì)（Mettler-Toledo UV7）；六聯(lián)電動(dòng)攪拌器（金壇友聯(lián)儀器HJ-6）。

主要測(cè)試方法：高鐵酸根離子采用鉻酸鹽測(cè)定法；廢水COD 測(cè)定采用消解法；廢水黏度采用涂-4 杯進(jìn)行測(cè)定。

1.2 高鐵酸鉀的制備過(guò)程

將7.5 g 的FeCl3粉末分批加入到20 mL 濃度為1.2 mol/L 的KClO 濃堿溶液中，邊加邊攪拌。同時(shí)由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，通過(guò)冰水浴控制反應(yīng)液溫度在30 ℃下，反應(yīng)2 h 后用砂芯漏斗抽濾得到粗產(chǎn)品。將所得粗產(chǎn)品置于0 ℃的飽和KOH 溶液中，經(jīng)過(guò)溶解、重結(jié)晶，再分別經(jīng)正己烷、甲醇、乙醚淋洗，得到提純品，最后將提純品在60 ℃下真空干燥12 h，即得到高鐵酸鉀晶體。

1.3 高鐵酸鉀處理洗罐廢水

在玻璃燒杯中加入500 mL 洗罐廢水，燒杯置于六聯(lián)攪拌機(jī)上，開(kāi)動(dòng)攪拌機(jī)。室溫下，稱取一定量的高鐵酸鉀晶體，并將高鐵酸鉀投加入廢水中，邊加邊攪拌，攪拌10 min 之后，沉降一段時(shí)間，用移液槍移取燒杯中部廢水100 mL，測(cè)定廢水的COD 及黏度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 高鐵酸鉀投加量對(duì)降解洗罐廢水的影響

鑒于該類廢水黏度較大，有可能造成排污水管道堵塞，所以在用高鐵酸鉀進(jìn)行處理時(shí)，將同時(shí)考察COD 及黏度指標(biāo)。具體實(shí)驗(yàn)如下：

在不同燒杯中分別加入500 mL 洗罐廢水（COD濃度為820 mg/L，涂-4 黏度為150 s），開(kāi)啟攪拌，將不同量的高鐵酸鉀加入到溶液中，反應(yīng)完畢后靜置一段時(shí)間，分別取燒杯中部廢水樣測(cè)定其COD 及黏度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)圖1）。

圖1 高鐵酸鉀投加量對(duì)處理洗罐污水的影響

高鐵酸鹽具有強(qiáng)氧化性，其投入水中后，與有機(jī)高分子迅速發(fā)生氧化還原反應(yīng)，長(zhǎng)鏈狀高分子聚合物在強(qiáng)氧化劑的作用下，分子鏈斷裂，逐漸分解為小分子化合物或被氧化，廢物黏度降低。從圖1 中可以看出，隨著高鐵酸鉀投加量的增加，洗罐廢水COD 及黏度濃度逐漸降低，當(dāng)高鐵酸鉀投加量為200 mg/L 時(shí)，COD 濃度及黏度降為52 mg/L 和20 s，下降率分別為93.6%和86.6%，之后隨著投加量的增加，降解率變化不大。在200 mg/L 時(shí)，COD 濃度及黏度降均有較大幅度降低，且黏度為20 s 時(shí)，其黏度很低，流動(dòng)性很好，不易造成排水管道堵塞。所以，針對(duì)該洗罐污水，其最佳投加量為200 mg/L。

2.2 反應(yīng)pH 對(duì)高鐵酸鉀降解洗罐廢水的影響

本實(shí)驗(yàn)中，用20%的鹽酸和氫氧化鈉溶液將洗罐廢水分別調(diào)節(jié)至不同pH 值。投加高鐵酸鉀，攪拌，靜置5 min 后，取中部液體，測(cè)定COD，其結(jié)果（見(jiàn)圖2）。

由圖2 結(jié)果可知，溶液pH 在4～9，COD 有較高的去除率，且隨著pH 值的增加，去除率逐漸降低，這是因?yàn)楦哞F酸鉀在酸性條件下氧化還原電位（2.2 V）高于堿性條件下的氧化還原電位（0.7 V），所以，堿性條件下其COD 降解率降低。另外，當(dāng)pH＞10 時(shí)，由于高鐵酸鉀水解產(chǎn)物為氫氧化鐵，氫氧化鐵在堿性條件下絮凝吸附有機(jī)污染物的能力下降，導(dǎo)致其降解率進(jìn)一步降低。

圖2 pH 對(duì)高鐵酸鉀降解洗罐廢水的影響

另外，由圖中數(shù)據(jù)可得，當(dāng)pH=3 時(shí)，COD 降低率相對(duì)較低，這是因?yàn)楦哞F酸鉀在酸性條件下很容易分解，所以導(dǎo)致其在酸性條件下COD 降解率下降。綜上所述，洗罐廢水pH 在4～9 時(shí)，高鐵酸鉀降解洗罐廢水有最佳效果。

2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)高鐵酸鉀降解洗罐廢水的影響

本實(shí)驗(yàn)主要考察不同的氧化時(shí)間，高鐵酸鉀對(duì)聚丙烯酰胺的氧化程度。實(shí)驗(yàn)中，取500 mL 洗罐污水（COD 濃度為820 mg/L）于燒杯中，在一定的攪拌條件下，將0.2 g 高鐵酸鉀固體加入到溶液中，攪拌10 min后，每隔一段時(shí)間取污水樣測(cè)定其COD 濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)圖3）。

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)高鐵酸鉀處理含油污水的影響

從圖3 中可以看出，高鐵酸鉀投加完畢后，高鐵酸鹽對(duì)降解洗罐廢水COD 有明顯效果，初始反應(yīng)速率快，能夠很快將大部分有機(jī)物徹底氧化。反應(yīng)在3 min時(shí)，洗罐污水COD 濃度降為155 mg/L，降解率達(dá)到81%，反應(yīng)在5 min 時(shí)，洗罐污水COD 濃度降為48 mg/L，降解率達(dá)到94.1%，之后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，降解率變化不大。由此說(shuō)明高鐵酸鉀的氧化性很強(qiáng)，且反應(yīng)速率快，在5 min 內(nèi)可降解大部分有機(jī)物。

3 結(jié)論

本文自制了高鐵酸鉀晶體，并將所制得的產(chǎn)品用于處理采油助劑廠所產(chǎn)生的洗罐廢水。探討了高鐵酸鉀投加量對(duì)COD 和黏度的去除影響，同時(shí)探討了pH值和反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD 的去除影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高鐵酸鉀處理洗罐廢水時(shí)，投加量為200 mg/L，pH 在4～9，反應(yīng)時(shí)間為5 min 時(shí)，有最佳處理效果。