無(wú)機(jī)吸附劑處理含鐵廢水實(shí)驗(yàn)研究

王福云　杜國(guó)勇

摘 要：該文針對(duì)油田回注水中鐵含量過(guò)高進(jìn)行研究，以實(shí)驗(yàn)室自制無(wú)機(jī)吸附劑SM-1處理含鐵廢水具有無(wú)污染，去除率高，沉淀量少等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)果表明：SM-1對(duì)鐵離子具有較強(qiáng)的吸附性能，在鐵離子含量為50 mg/L時(shí)，SM-1的最佳用量為1.2 g/L、攪拌時(shí)間15 min及pH在4～12之間，吸附去除率可達(dá)98%以上。飽和吸附量為32.8 mg/L.該方法操作簡(jiǎn)單，成本低廉，進(jìn)行吸附后，不易解吸，能夠應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。

關(guān)鍵詞：吸附劑 鐵離子 油田回注水 環(huán)保

中圖分類號(hào)：TQ9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（c）-00-02

油田注水是油田進(jìn)入中后期開采階段提高采收率的主要措施之一。隨之而來(lái)的是油田后期綜合含水不斷上升，油田產(chǎn)液量不斷增加導(dǎo)致污水量也隨之增加，油田污水水質(zhì)逐年變差，尤其是鐵離子含量高，難以達(dá)到注水開發(fā)要求。在油田回注水中，鐵能堵塞地層孔隙，減少注水量，降低注水效果。特別是當(dāng)水中含有溶解氧時(shí)，含鐵水為鐵細(xì)菌的大量繁殖提供了條件，從而造成管道堵塞以及加速金屬管道的腐蝕[1]。而油田回注水中鐵離子含量的標(biāo)準(zhǔn)為0.5 mg/L以下才能進(jìn)行回注。目前，油田廢水處理鐵的方法有：自然氧化法、接觸催化氧化法、絮凝沉淀法、氯氧化法、高錳酸鉀氧化法、離子交換法、生物法。現(xiàn)在油田上使用較多的是氧化絮凝法，然而使用的藥劑如氯，錳都易對(duì)水體造成再次污染，而生物法生物法是針對(duì)自然氧化法、接觸氧化法等常規(guī)技術(shù)達(dá)不到理想的除鐵效果以及工藝流程復(fù)雜等問(wèn)題，利用微生物技術(shù)提出的新方法[3]。該文提出吸附的方法去除鐵離子，方法操作簡(jiǎn)單，所選用的無(wú)機(jī)吸附劑SM-1具有活性大、吸附能力強(qiáng)、無(wú)腐蝕性、無(wú)毒、無(wú)害，易于儲(chǔ)存，便于安全操作等優(yōu)點(diǎn)，并且產(chǎn)生的沉淀量少，易于分離。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

可見光分光光度計(jì)（721），上海美譜達(dá)儀器有限公司；增力電力攪拌器JB50—B型；pH計(jì)，上海今邁儀器儀表有限公司；馬弗爐；試劑A等均為分析純模擬水樣中鐵離子（Ⅱ、Ⅲ）質(zhì)量濃度都為50 mg/L，pH=7。

1.2 鐵離子的分析方法

參見國(guó)標(biāo)GB/T 23834.6-2009 - 中外標(biāo)準(zhǔn) - GBBASE - 2009/1。

硫酸亞錫化學(xué)分析方法.第6部分：鐵含量的測(cè)定.鄰菲啰啉分光光度法。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 吸附劑SM-1對(duì)含鐵廢水去除率的影響

2.1.1吸附劑SM-1用量對(duì)含鐵廢水去除率的影響

分別將50 mL的模擬廢水裝入6個(gè)燒杯中，分別加入不同用量的吸附劑SM-1，絮凝劑0.5%PAM溶液0.1 mL攪拌15 min，靜置分層，取上清液檢測(cè)其三價(jià)含鐵量，觀察其對(duì)模擬水樣去除率的影響，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，SM-1的用量是衡量廢水處理效果的重要因素之一，用量太少達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，用量太多懸浮物不易沉降且造成浪費(fèi)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用SM-1加入量為1.2 g/L，即為=1：24。

2.1.2 溫度對(duì)吸附劑SM-1處理含鐵（II、III）廢水去除率的影響

稱取吸附劑SM-1 1.2 g/L的劑量和絮凝劑0.5%PAM溶液0.1 ml加入6組含有50 ml的模擬水樣，在不同的溫度攪拌15 min，然后過(guò)濾取樣檢測(cè)其鐵（II、III）離子的去除率?，F(xiàn)測(cè)得數(shù)據(jù)如下表1所示。

由表1可以看出：溫度對(duì)SM-1處理含鐵廢水的影響效果不顯著，故此選用選擇在室溫進(jìn)行廢水處理。

2.1.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)含鐵廢水去除率的影響

固定加入1.2 g/L的SM-1和絮凝劑0.5%PAM溶液0.1 mL，在室溫條件下，改變反應(yīng)時(shí)間，觀察其對(duì)模擬水樣鐵去除率的影響，結(jié)果見圖2。圖2結(jié)果顯示：廢水中鐵離子的去除率隨反應(yīng)時(shí)間的增加而增加，在進(jìn)行反應(yīng)15 min后去除率隨反應(yīng)時(shí)間的增加而緩慢增加。而且反應(yīng)攪拌時(shí)間愈長(zhǎng)，所需攪拌儀器所消耗的電能愈大，成本愈高，鑒于這兩個(gè)因素，選擇反應(yīng)時(shí)間15 min。

2.1.4 pH值對(duì)含鐵廢水去除率的影響

取濃度為50 mg/L的水樣，固定加入1.2 g/L SM-1藥劑和絮凝劑0.5%PAM溶液0.1 ml，取不同pH值的含鐵模擬水樣，攪拌15 min，測(cè)定結(jié)果表明：對(duì)pH值為4～7的酸性含鐵廢水，SM-1的去除效果相差不大，這是因?yàn)镾M-1與水溶形成緩沖溶液，可在較寬范圍內(nèi)對(duì)廢水進(jìn)行處理。

而對(duì)pH值處于堿性條件下去除率基本不變，是因?yàn)樵趬A性中鐵離子變?yōu)榱顺恋?；?duì)pH值小于4的酸性廢水，處理效果較差，這是因?yàn)镾M-1在酸性環(huán)境下要破壞其結(jié)構(gòu)。

因此，吸附劑SM-1不適合于pH值在0～4范圍使用，可以在pH值范圍為4～12適用。

2.2 吸附等溫線

為了解吸附劑SM-1對(duì)鐵離子（III）的吸附性能，采用模擬廢水測(cè)定其吸附等溫線。配制一系列質(zhì)量濃度（Ci）的含鐵廢水，固定吸附劑SM-1投加量1.2 mg/L，測(cè)定50 mL含鐵廢水處理后溶液中殘留鐵離子（III）質(zhì)量濃度為Co，結(jié)果見表2。

以Co對(duì)作圖表示SM-1對(duì)鐵離子（III）的吸附等溫線，得到一條之間，符合朗格繆爾等溫吸附規(guī)律，為求得吸附等溫線，

將上式變形為：

式中：q-吸附容量，mg/g ；—飽和吸附容量，mg/g；K—常數(shù)

Ci—處理前鐵離子的濃度，mg/L；Co—處理后鐵離子的濃度，mg/L

通過(guò)直線斜率及截距求出q和K值，鐵離子在吸附劑SM-1上的飽和吸附容量為 32.8 mg/L，吸附等溫方程為：。

2.3 在不同溫度下解吸實(shí)驗(yàn)

將吸附鐵離子后過(guò)濾所得的吸附沉淀在50 ℃的烘箱中烘干，稱取1.2 g/L的吸附沉淀放置在含有200 ml蒸餾水的燒杯中，放置在恒溫水浴鍋中，調(diào)節(jié)溫度為10 ℃下攪拌15 min后，取樣測(cè)量鐵離子含量，然后分別測(cè)定20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃下的鐵離子含量，如表3所示。

由表3可知，在50 ℃下含鐵量基本都沒什么變化，但是上50 ℃后含鐵量稍微有所增加，但是都滿足回注水低于50 mg/L的要求，一般回注水溫度不會(huì)超過(guò)70 ℃，所以可以認(rèn)為該吸附劑吸附鐵離子后不解吸。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用討論

2.4.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工藝流程

根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇了以現(xiàn)場(chǎng)處理工藝流程如圖4所示。含鐵廢水打入反應(yīng)罐1，投加主藥劑SM-1，并充分?jǐn)嚢?0 min。使其充分接觸吸附；然后進(jìn)入反應(yīng)罐2，加入5%的PAM溶液0.1 mL進(jìn)行絮凝攪拌5 min，待反應(yīng)完全，將含鐵廢水過(guò)濾，后取樣檢測(cè)含鐵量，達(dá)標(biāo)后進(jìn)行排放。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）吸附劑SM-1對(duì)鐵離子有較強(qiáng)的吸附作用，當(dāng)鐵離子含量為50 mg/L時(shí)，吸附劑SM-1最佳用量為1.2 g/L，攪拌時(shí)間為10 min，常溫下，在pH值為4～12的范圍下，對(duì)鐵的去除率能達(dá)到98%以上。

（2）吸附劑SM-1對(duì)鐵離子的吸附為典型的化學(xué)吸附，符合朗格繆爾等溫吸附規(guī)律，且不發(fā)生解吸，工藝流程簡(jiǎn)單可行，能夠應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)

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[4] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].3版.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1989：190-192.