无机吸附剂处理含铁废水实验研究

王福云　杜国勇

摘 要：该文针对油田回注水中铁含量过高进行研究，以实验室自制无机吸附剂SM-1处理含铁废水具有无污染，去除率高，沉淀量少等优点。结果表明：SM-1对铁离子具有较强的吸附性能，在铁离子含量为50 mg/L时，SM-1的最佳用量为1.2 g/L、搅拌时间15 min及pH在4～12之间，吸附去除率可达98%以上。饱和吸附量為32.8 mg/L.该方法操作简单，成本低廉，进行吸附后，不易解吸，能够应用于现场。

关键词：吸附剂 铁离子 油田回注水 环保

中图分类号：TQ9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（c）-00-02

油田注水是油田进入中后期开采阶段提高采收率的主要措施之一。随之而来的是油田后期综合含水不断上升，油田产液量不断增加导致污水量也随之增加，油田污水水质逐年变差，尤其是铁离子含量高，难以达到注水开发要求。在油田回注水中，铁能堵塞地层孔隙，减少注水量，降低注水效果。特别是当水中含有溶解氧时，含铁水为铁细菌的大量繁殖提供了条件，从而造成管道堵塞以及加速金属管道的腐蚀[1]。而油田回注水中铁离子含量的标准为0.5 mg/L以下才能进行回注。目前，油田废水处理铁的方法有：自然氧化法、接触催化氧化法、絮凝沉淀法、氯氧化法、高锰酸钾氧化法、离子交换法、生物法。现在油田上使用较多的是氧化絮凝法，然而使用的药剂如氯，锰都易对水体造成再次污染，而生物法生物法是针对自然氧化法、接触氧化法等常规技术达不到理想的除铁效果以及工艺流程复杂等问题，利用微生物技术提出的新方法[3]。该文提出吸附的方法去除铁离子，方法操作简单，所选用的无机吸附剂SM-1具有活性大、吸附能力强、无腐蚀性、无毒、无害，易于储存，便于安全操作等优点，并且产生的沉淀量少，易于分离。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

可见光分光光度计（721），上海美谱达仪器有限公司；增力电力搅拌器JB50—B型；pH计，上海今迈仪器仪表有限公司；马弗炉；试剂A等均为分析纯模拟水样中铁离子（Ⅱ、Ⅲ）质量浓度都为50 mg/L，pH=7。

1.2 铁离子的分析方法

参见国标GB/T 23834.6-2009 - 中外标准 - GBBASE - 2009/1。

硫酸亚锡化学分析方法.第6部分：铁含量的测定.邻菲啰啉分光光度法。

2 实验结果与讨论

2.1 吸附剂SM-1对含铁废水去除率的影响

2.1.1吸附剂SM-1用量对含铁废水去除率的影响

分别将50 mL的模拟废水装入6个烧杯中，分别加入不同用量的吸附剂SM-1，絮凝剂0.5%PAM溶液0.1 mL搅拌15 min，静置分层，取上清液检测其三价含铁量，观察其对模拟水样去除率的影响，结果如图1所示。

由图1可知，SM-1的用量是衡量废水处理效果的重要因素之一，用量太少达不到排放标准，用量太多悬浮物不易沉降且造成浪费。根据实验结果采用SM-1加入量为1.2 g/L，即为=1：24。

2.1.2 温度对吸附剂SM-1处理含铁（II、III）废水去除率的影响

称取吸附剂SM-1 1.2 g/L的剂量和絮凝剂0.5%PAM溶液0.1 ml加入6组含有50 ml的模拟水样，在不同的温度搅拌15 min，然后过滤取样检测其铁（II、III）离子的去除率。现测得数据如下表1所示。

由表1可以看出：温度对SM-1处理含铁废水的影响效果不显著，故此选用选择在室温进行废水处理。

2.1.3 反应时间对含铁废水去除率的影响

固定加入1.2 g/L的SM-1和絮凝剂0.5%PAM溶液0.1 mL，在室温条件下，改变反应时间，观察其对模拟水样铁去除率的影响，结果见图2。图2结果显示：废水中铁离子的去除率随反应时间的增加而增加，在进行反应15 min后去除率随反应时间的增加而缓慢增加。而且反应搅拌时间愈长，所需搅拌仪器所消耗的电能愈大，成本愈高，鉴于这两个因素，选择反应时间15 min。

2.1.4 pH值对含铁废水去除率的影响

取浓度为50 mg/L的水样，固定加入1.2 g/L SM-1药剂和絮凝剂0.5%PAM溶液0.1 ml，取不同pH值的含铁模拟水样，搅拌15 min，测定结果表明：对pH值为4～7的酸性含铁废水，SM-1的去除效果相差不大，这是因为SM-1与水溶形成缓冲溶液，可在较宽范围内对废水进行处理。

而对pH值处于碱性条件下去除率基本不变，是因为在碱性中铁离子变为了沉淀；对pH值小于4的酸性废水，处理效果较差，这是因为SM-1在酸性环境下要破坏其结构。

因此，吸附剂SM-1不适合于pH值在0～4范围使用，可以在pH值范围为4～12适用。

2.2 吸附等温线

为了解吸附剂SM-1对铁离子（III）的吸附性能，采用模拟废水测定其吸附等温线。配制一系列质量浓度（Ci）的含铁废水，固定吸附剂SM-1投加量1.2 mg/L，测定50 mL含铁废水处理后溶液中残留铁离子（III）质量浓度为Co，结果见表2。

以Co对作图表示SM-1对铁离子（III）的吸附等温线，得到一条之间，符合朗格缪尔等温吸附规律，为求得吸附等温线，

将上式变形为：

式中：q-吸附容量，mg/g ；—饱和吸附容量，mg/g；K—常数

Ci—处理前铁离子的浓度，mg/L；Co—处理后铁离子的浓度，mg/L

通过直线斜率及截距求出q和K值，铁离子在吸附剂SM-1上的饱和吸附容量为 32.8 mg/L，吸附等温方程为：。

2.3 在不同温度下解吸实验

将吸附铁离子后过滤所得的吸附沉淀在50 ℃的烘箱中烘干，称取1.2 g/L的吸附沉淀放置在含有200 ml蒸馏水的烧杯中，放置在恒温水浴锅中，调节温度为10 ℃下搅拌15 min后，取样测量铁离子含量，然后分别测定20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃下的铁离子含量，如表3所示。

由表3可知，在50 ℃下含铁量基本都没什么变化，但是上50 ℃后含铁量稍微有所增加，但是都满足回注水低于50 mg/L的要求，一般回注水温度不会超过70 ℃，所以可以认为该吸附剂吸附铁离子后不解吸。

2.4 现场应用讨论

2.4.1 现场应用工艺流程

根据室内实验结果选择了以现场处理工艺流程如图4所示。含铁废水打入反应罐1，投加主药剂SM-1，并充分搅拌10 min。使其充分接触吸附；然后进入反应罐2，加入5%的PAM溶液0.1 mL进行絮凝搅拌5 min，待反应完全，将含铁废水过滤，后取样检测含铁量，达标后进行排放。

3 结语

（1）吸附剂SM-1对铁离子有较强的吸附作用，当铁离子含量为50 mg/L时，吸附剂SM-1最佳用量为1.2 g/L，搅拌时间为10 min，常温下，在pH值为4～12的范围下，对铁的去除率能达到98%以上。

（2）吸附剂SM-1对铁离子的吸附为典型的化学吸附，符合朗格缪尔等温吸附规律，且不发生解吸，工艺流程简单可行，能够应用于现场。

参考文献

[1] 鄢建成.油田废水除铁技术研究[D].武汉理工大学，2006.

[2] 王丽娜.玉门油田废水降铁试验研究[J].广州化工，2006，34（2）：60-62.

[3] 胡剑峰，王旭明，史刚荣，等.石龙芮对含铁废水的净化研究[J].淮北煤炭师范学院学报（自然科学版），2007，28（1）：31-34

[4] 国家环境保护局.水和废水监测分析方法[M].3版.北京：中国环境科学出版社，1989：190-192.