聚硅酸鋁鐵用于含聚采出水外排處理的室內實驗

魏祥甲　喬瑞平　王洋　李海濤　張倫梁　陳廣升,2　蔣瑋,2

1博天環境集團股份有限公司　2博天（北京）環境設計研究院有限公司

聚硅酸鋁鐵用于含聚采出水外排處理的室內實驗

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博天環境集團股份有限公司2博天（北京）環境設計研究院有限公司

制備聚硅酸鋁鐵（PSAF）混凝劑并應用于含聚采出水混凝實驗，考察其反應pH值，聚硅酸鋁鐵投加濃度，PSAF中鋁、鐵、硅物質摩爾比（Al∶Fe∶Si），助絮凝劑Poten1315投加濃度等因素分別對含聚采出水處理效果的影響，同時與PFS、PAC對含聚采出水的處理效果進行比較。結果表明，PSAF對含聚采出水的處理效果優于PFS和PAC。當pH值為5.6，PSAF投加濃度為800mg/L，鋁、鐵、硅物質摩爾比為1∶1∶2，Potenflo1315投加濃度為1.5mg/L時，含聚采出水處理效果最佳，處理后的化學需氧量（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%，出水指標達到《污水綜合排放標準（GB8978—1996）》的一級標準。

含聚采出水；PSAF；絮凝劑；混凝；實驗

相比常規的水驅采油污水，含聚采出水中由于存在大量部分水解性的聚丙烯酰胺，導致廢水黏度大、懸浮物含量高，難以生化處理。同時由于含聚采出水的多次重復配聚使用，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題逐漸成為制約石油開采的重要因素。

傳統處理含聚采出水的主要方法是沉降-過濾[1]，然后進行回注或重新配聚。近年來，國內外專家相繼開發了渦凹氣浮[2]、溶氣氣浮[3]、氣浮磁分離[4]及多級氣浮[5]等先進技術，在含聚采出水處理的應用中，有逐步取代沉降工藝的趨勢。但在混凝氣浮處理過程中，傳統混凝藥劑存在投藥量大、成本高、處理效果不佳等問題。

與傳統的鐵鹽和鋁鹽等單一元素的混凝劑相比，多種陽離子組合的聚合硅酸鹽類混凝劑具有投藥量少、絮凝效果好等優點。本文采用自行制備的聚硅酸鋁鐵（PSAF）作為一種主混凝劑，通過混凝、沉淀、過濾，使采出水中的油類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，達到《污水綜合排放標準（GB8978—1996）》的一級標準。

1　實驗

1.1實驗制備

實驗所需儀器如表1所示。

實驗所用藥劑：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）（工業級），以及博天環境公司研發的專用混凝藥劑Potenflo1315。

表1　實驗所用儀器名稱、型號及廠家

實驗中所采用的分析方法如表2所示。

表2　實驗中采用的分析方法

實驗廢水取自某油田聯合站，為含聚采出水經二次沉淀、二次過濾后的出水，水質指標如表3所示。

表3　廢水水質指標

1.2實驗方法

取一定量Na2SiO3配制成5%的溶液，在攪拌狀態下緩慢加至H2SO4（10%）中，調節反應pH值為5～6，反應時間為0.5h，反應溫度為室溫，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水樣置于錐形瓶內，首先調節廢水pH值并加入制備的PSAF試劑，置于恒溫振蕩器中，反應溫度設為20℃，在200～300r/min轉速下快速震蕩30s；然后在40～50r/min轉速下震蕩30min，靜置30min后取上清液測定CODCr、UV254、SS及色度等水質指標。

2　實驗結果與分析

2.1反應pH值對廢水處理效果的影響

根據前期實驗考察結果，采用Al、Fe、Si摩爾比為1∶1∶2時制得的聚硅酸鋁鐵，固定聚硅酸鋁鐵投加量為800mg/L，反應溫度為20℃，改變反應 pH值分別為 4.57、4.98、5.19、5.42、5.60、5.81，按照上述實驗方法進行實驗。結束后取樣檢測出水CODCr、UV254及SS等指標，結果如圖1所示。

圖1　反應pH值對混凝處理效果的影響

由圖1可知，當反應pH值在4.98～5.60之間時，廢水CODCr、UV254及SS的去除率較高，pH值過低或過高時，廢水處理效果明顯變差。當反應pH值為5.60時，出水CODCr和SS的去除率分別達到最大值90.05%和96.04%，pH值繼續增加，各項指標的去除率迅速下降。由此可以確定PSAF混凝處理含聚采出水反應的最佳pH值為5.60。

2.2PSAF投加濃度對廢水處理效果的影響

固定反應pH值為5.60，反應溫度為20℃，采用Al、Fe、Si摩爾比為1∶1∶2時制得的聚硅酸鋁鐵，改變其投加濃度分別為 560、640、720、800、880、960mg/L，按照上述方法進行實驗。結束后取樣，檢測出水CODCr、UV254及SS等指標，結果如圖2所示。

圖2　PSAF投加濃度對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PSAF投加濃度為800mg/L時，出水的各項指標最好，CODCr含量達到39.8mg/L，去除率為89.68%；SS含量達到10.7mg·L-1，去除率為95.24%；UV254去除率為66.91%，繼續增加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，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對廢水處理效果的影響

在制備PSAF混凝劑時，PSAF中Al、Fe、Si摩爾比分別為1∶2∶3、1∶1∶2、2∶1∶3時，制備得到PSAF試劑并用于含聚采出水的處理，固定反應pH值為5.60，投加濃度為800mg/L，按上述方法進行實驗。實驗結束后取樣，檢測出水CODCr、SS等指標。

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

2.4助絮凝劑Potenflo1315投加濃度對廢水處理效果的影響

采用Al、Fe、Si摩爾比為1∶1∶2時制得的PSAF，固定其投加濃度為800mg/L，反應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，按照上述方法進行實驗。結束后取樣，檢測出水CODCr、SS等指標，結果見圖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Poten1315投加濃度為1.5mg/L時，處理后廢水的CODCr含量為21.2mg/L，去除率達到94.50%；SS含量為6.5mg/L，去除率達到97.11%；UV254去除率達到72.35%。此兩項指標均能達到《污水綜合排放標準（GB8978—1996）》一級標準。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間，使產生的絮體更加密實、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pH值為5.60，Potenflo1315投加濃度為1.5mg/L，按照上述方法進行實驗。

原水與PSAF、PFS和PAC分別發生混凝反應，處理之后的含聚采出水進出水質指標如表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對含聚采出水的處理效果最好，出水CODCr、SS、色度去除率均可達到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指標對比

3　結論

通過制備PSAF，考察其反應pH值，投加濃度，Al、Fe、Si摩爾比，助絮凝劑投加濃度對含聚采出水處理效果的影響，同時與PFS、PAC的處理效果進行比較分析，得出以下結論：

（1）PSAF對含聚采出水具有良好的混凝處理效果，處理后水質可以達到《污水綜合排放標準（GB8978—1996）》的一級標準。

（2）制備PSAF并應用于含聚采出水混凝處理時，反應最佳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，去除率達到94.50%；SS含量為6.5mg/L，去除率達到97.11%；UV254去除率達到72.35%。

（3）PSAF混凝處理含聚采出水，其混凝效果好，優于PFS和PAC，產生絮體密實、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。

[1]謝焜，梁曉亮，高蕊，等．大港油田污水處理新技術新工藝的應用與分析[J]．油氣田地面工程，2010，29（10）：84-85.

[2]陳平，郭輝，任彥中．混凝法預處理聚合物驅采油污水[J]．油氣田地面工程，2009，28（4）：7-8.

[3]杜新勇，王飛，熊元俊，等．溶氣浮選技術處理含油污水實驗與應用[J]．鉆采工藝，2006，29（5）：131-132．

[4]付法棟，邊江，于丹丹，等．勝利油田氣浮磁分離污水處理技術現場試驗[J]．油氣田地面工程，2015，34（3）：18-20．

[5]邱里，來遠，朱海山，等．串聯氣浮工藝處理海上油田含聚污水的試驗研究[J]．石油天然氣學報，2013，35（7）:148-151.

（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：博天環境集團股份有限公司創新領域前沿項目（Y-01-15-03）資助。

魏祥甲：碩士，2012年畢業于北京林業大學環境科學專業，博天環境集團股份有限公司研究專員，從事水處理技術研發工作。

2015-05-21