絮凝剂聚合硅酸铝铁油田水处理

絮凝剂聚合硅酸铝铁油田水处理
        煤矸石是煤炭开采和洗选加工过程中产生的固体废弃物。随着煤炭开采量和原煤入选比例的增加,煤矸石的排放量以占原煤量的10%~20%的速度增加。大量的煤矸石长期露天堆存,不仅占用了大量耕地,还造成地下水源和江河地表水的污染。煤矸石富含制备无机高分子絮凝剂的主要成分,是制备无机高分子絮凝剂的天然原料[1]。陕北地区是我国重要的石油产区,油田废水产出量大,对环境污染严重。用煤矸石制备的絮凝剂处理油田污水既可以减轻煤矸石堆放对环境造成的压力,又可为石油企业解决水污染这一重大难题。为此,笔者就煤矸石资源化利用制备新型污水絮凝剂及其对油田污水处理的效果进行了室内试验。
    1·煤矸石制备聚合硅酸铝铁(PFASS)絮凝剂的原理
    1·1　陕北地区煤矸石化学组成
    经气相色谱仪测定分析,陕北地区煤矸石各化学组成及含量为: SiO240%~64%; Al2O315%~35%; Fe2O32%~9%; CaO 1%~7%; MgO 1%~4%;其他成分占2%左右。
    1·2　煤矸石制备PFASS的试验原理
    煤矸石中含有15%~35%的Al2O3和2%~9%的Fe2O3,用酸溶法提取其中的铝、铁成分在数量上是有保障的[2,3]。经过碎→焙烧→细碎→酸溶→沉降→过滤工艺处理后,所得滤液为AlCl3和FeCl3,滤渣的主要成分是SiO2,将其与NaOH按一定比例配成料浆送入反应容器,反应完毕后过滤并除去不溶物,所得滤液即为NaSiO3的水溶液。用一定浓度的工业盐酸对NaSiO3进行酸化,便可得到硅酸。硅酸在一定条件下聚合生成聚硅酸,聚硅酸与AlCl3和FeCl3按一定摩尔比混合,即得到聚合硅酸铝铁絮凝剂。
    2·PFASS絮凝剂处理油田污水的室内试验
    2·1　油田污水水样来源
    该试验所用到的油田污水为长庆油田采油二厂采油污水。
    2·2　絮凝剂的投加量对处理效果的影响
    混凝法处理废水的有效性还取决于絮凝剂的投加量。一般来说,处理效果会随着投加量的增加而提高,但是过了某一点以后,就会保持不变,甚至会影响处理的效果。因此,要确定絮凝剂的最佳投加量。
    分别取100ml的废水6份,投加不同量的PFASS絮凝剂,经混凝沉淀以后,测定滤液的COD(化学需氧量)值。计算出的COD、SS(水中固体悬浮物含量)以及色度的变化情况见表1。
    
    从表1中可以明显看出,随着投加量的不断增加,污水的COD值一直在减少,但是当投加量为60mg/L的时候,基本趋于稳定,继续增加PFASS絮凝剂的投加量时,COD值反而增加。色度也随絮凝剂投加量的增加而降低,在投加量为60mg/L之后,色度反而增加。因此,絮凝剂的最佳投加量为60mg/L。具体试验结果见表2。
    
    如表2所示,随着絮凝剂投加量的增加,COD去除率、SS去除率以及色度的去除率都呈现逐渐增加的趋势;但是当投加量超过60mg/L的时候,去除率反而有减小的趋势。所以絮凝剂的最佳投加量为60mg/L,此时,COD去除率为79·16%,SS去除率为86·76%,色度去除率为90·6%。
    2·3　污水的pH值对絮凝效果的影响
    在处理过程中, pH值会影响絮凝剂在水系统中的存在状态,从而影响处理的效果,因此必须进行废水pH值的测定,进行pH值的最佳条件试验。试验用的水样pH值为8~9,COD值为648mg/L,SS值为96mg/L,色度为96,外观颜色为土黄色,且有少量的泡沫。在确定了最佳投加量的前提下,用NaCl和HCl来调节废水的pH值在3~10之间变化。在不同的pH值下,用制好的絮凝剂处理废水,测试处理效果。通过试验结果可知, pH值在9左右,废水的处理效果最好。具体的试验结果见表3。
    
    从表3可以看出,调节污水的pH值在3~10之间变化,当污水的pH值在8~9之间时,COD、SS、色度的去除率最高,絮凝剂的混凝效果最好。
    2·4　反应时间对污水处理效果的影响
    在水处理过程中,反应时间包括混凝的时间和沉降的时间。混凝时间的长短会影响整个处理过程的时间。以下是絮凝剂最佳反应时间的确定。分别取100ml废水5份,调节pH值为11,絮凝剂的投加量为60mg/L,经不同的反应时间混凝沉淀后,测定污水处理后的COD、SS和色度的去除率随作用时间的变化,结果如图1所示。
    
    从图1中可以看出,随着絮凝剂作用时间的增加,COD、SS和色度的去除率随之增加,当反应时间达到15min的时候趋于稳定,于是可以确定絮凝剂的最佳混凝时间为15min。
    3·与其他类型的絮凝剂处理效果对比
    为了对比煤矸石制备絮凝剂在处理污水方面的优良性能,可将煤矸石处理污水的效果与其他3种常用絮凝剂的处理效果进行比较,结果如表4所示。   
    从表4可以看出,煤矸石制备的絮凝剂PFASS在对COD、SS和色度的去除方面都具有良好的效果,去除率都高于其他3种类型的絮凝剂。
    4·结论与认识
    1)利用煤矸石制备的絮凝剂处理油田污水是一种变废为宝、以废治废的好方法,它对陕北地区水资源可持续发展具有十分重要的意义。
    2)通过试验得出在pH值为9左右时废水COD和SS的去除率最高,因此确定絮凝剂的投加量在60mg/L时,混凝效果最好。
    3)通过对煤矸石制备的絮凝剂与其他絮凝剂的混凝效果进行对比很明显地观察到,煤矸石制备的水处理絮凝剂处理油田污水的效果要好于其他类型的絮凝剂。
    随着制备PFASS絮凝剂技术的不断进步和改进以及工艺条件的不断成熟,利用PFASS絮凝剂处理污水将会得到很好的应用。此外随着人们环保意识的逐步提高,利用工业废弃物制备絮凝剂将会是未来攻关的重点方向,无机高分子絮凝剂必将具有更为广泛的应用前景。
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