聚硅酸铝铁用于含聚采出水外排处理的室内实验

魏祥甲　乔瑞平　王洋　李海涛　张伦梁　陈广升,2　蒋玮,2

1博天环境集团股份有限公司　2博天（北京）环境设计研究院有限公司

聚硅酸铝铁用于含聚采出水外排处理的室内实验

魏祥甲1乔瑞平1王洋1李海涛1张伦梁1陈广升1,2蒋玮1,2

1博天环境集团股份有限公司2博天（北京）环境设计研究院有限公司

制备聚硅酸铝铁（PSAF）混凝剂并应用于含聚采出水混凝实验，考察其反应pH值，聚硅酸铝铁投加浓度，PSAF中铝、铁、硅物质摩尔比（Al∶Fe∶Si），助絮凝剂Poten1315投加浓度等因素分别对含聚采出水处理效果的影响，同时与PFS、PAC对含聚采出水的处理效果进行比较。结果表明，PSAF对含聚采出水的处理效果优于PFS和PAC。当pH值为5.6，PSAF投加浓度为800mg/L，铝、铁、硅物质摩尔比为1∶1∶2，Potenflo1315投加浓度为1.5mg/L时，含聚采出水处理效果最佳，处理后的化学需氧量（CODCr）为21.2mg·L-1，去除率为94.50%；悬浮物（SS）含量为6.5mg·L-1，去除率为97.11%；UV254去除率为72.35%，出水指标达到《污水综合排放标准（GB8978—1996）》的一级标准。

含聚采出水；PSAF；絮凝剂；混凝；实验

相比常规的水驱采油污水，含聚采出水中由于存在大量部分水解性的聚丙烯酰胺，导致废水黏度大、悬浮物含量高，难以生化处理。同时由于含聚采出水的多次重复配聚使用，其矿化度也有较高水平，影响重新配聚使用。含聚采出水的处理问题逐渐成为制约石油开采的重要因素。

传统处理含聚采出水的主要方法是沉降-过滤[1]，然后进行回注或重新配聚。近年来，国内外专家相继开发了涡凹气浮[2]、溶气气浮[3]、气浮磁分离[4]及多级气浮[5]等先进技术，在含聚采出水处理的应用中，有逐步取代沉降工艺的趋势。但在混凝气浮处理过程中，传统混凝药剂存在投药量大、成本高、处理效果不佳等问题。

与传统的铁盐和铝盐等单一元素的混凝剂相比，多种阳离子组合的聚合硅酸盐类混凝剂具有投药量少、絮凝效果好等优点。本文采用自行制备的聚硅酸铝铁（PSAF）作为一种主混凝剂，通过混凝、沉淀、过滤，使采出水中的油类和部分水解性的聚丙烯酰胺得到去除，使废水CODCr和SS值得到有效降低，达到《污水综合排放标准（GB8978—1996）》的一级标准。

1　实验

1.1实验制备

实验所需仪器如表1所示。

实验所用药剂：硅酸钠、氯化铁、硫酸铝、硫酸（98%）、氢氧化钠（分析纯）、聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）（工业级），以及博天环境公司研发的专用混凝药剂Potenflo1315。

表1　实验所用仪器名称、型号及厂家

实验中所采用的分析方法如表2所示。

表2　实验中采用的分析方法

实验废水取自某油田联合站，为含聚采出水经二次沉淀、二次过滤后的出水，水质指标如表3所示。

表3　废水水质指标

1.2实验方法

取一定量Na2SiO3配制成5%的溶液，在搅拌状态下缓慢加至H2SO4（10%）中，调节反应pH值为5～6，反应时间为0.5h，反应温度为室温，制备活化硅酸溶液。将一定体积的0.3mol/L硫酸铝和0.3mol/L氯化铁依次加至活化后的硅酸溶液中，搅拌30min，后静置12h熟化，得到自制的PSAF试剂，备用。

混凝处理含聚采出水，分别量取100mL水样置于锥形瓶内，首先调节废水pH值并加入制备的PSAF试剂，置于恒温振荡器中，反应温度设为20℃，在200～300r/min转速下快速震荡30s；然后在40～50r/min转速下震荡30min，静置30min后取上清液测定CODCr、UV254、SS及色度等水质指标。

2　实验结果与分析

2.1反应pH值对废水处理效果的影响

根据前期实验考察结果，采用Al、Fe、Si摩尔比为1∶1∶2时制得的聚硅酸铝铁，固定聚硅酸铝铁投加量为800mg/L，反应温度为20℃，改变反应 pH值分别为 4.57、4.98、5.19、5.42、5.60、5.81，按照上述实验方法进行实验。结束后取样检测出水CODCr、UV254及SS等指标，结果如图1所示。

图1　反应pH值对混凝处理效果的影响

由图1可知，当反应pH值在4.98～5.60之间时，废水CODCr、UV254及SS的去除率较高，pH值过低或过高时，废水处理效果明显变差。当反应pH值为5.60时，出水CODCr和SS的去除率分别达到最大值90.05%和96.04%，pH值继续增加，各项指标的去除率迅速下降。由此可以确定PSAF混凝处理含聚采出水反应的最佳pH值为5.60。

2.2PSAF投加浓度对废水处理效果的影响

固定反应pH值为5.60，反应温度为20℃，采用Al、Fe、Si摩尔比为1∶1∶2时制得的聚硅酸铝铁，改变其投加浓度分别为 560、640、720、800、880、960mg/L，按照上述方法进行实验。结束后取样，检测出水CODCr、UV254及SS等指标，结果如图2所示。

图2　PSAF投加浓度对混凝处理效果的影响

从图2可以看出，随PSAF投加浓度逐步增大，废水CODCr、UV254及SS的去除率随之提高。当PSAF投加浓度为800mg/L时，出水的各项指标最好，CODCr含量达到39.8mg/L，去除率为89.68%；SS含量达到10.7mg·L-1，去除率为95.24%；UV254去除率为66.91%，继续增加PSAF投加浓度，则CODCr、UV254和SS去除率反而下降。由此可以确定，混凝处理含聚采出水时，PSAF的最佳投加浓度为800mg/L。

2.3不同铝、铁、硅摩尔比制备的PSAF对废水处理效果的影响

在制备PSAF混凝剂时，PSAF中Al、Fe、Si摩尔比分别为1∶2∶3、1∶1∶2、2∶1∶3时，制备得到PSAF试剂并用于含聚采出水的处理，固定反应pH值为5.60，投加浓度为800mg/L，按上述方法进行实验。实验结束后取样，检测出水CODCr、SS等指标。

从检测结果可看出，在PSAF混凝剂制备时，随Al、Fe、Si摩尔比例改变，其对于含聚采出水的混凝效果是不同的。当Al、Fe、Si摩尔比为1∶1 ∶2时，制备得到的PSAF对含聚采出水的处理效果最好，且出水浊度低、絮体相对密实，容易分离。由此确定混凝处理含聚采出水时，PSAF中Al、Fe、Si最佳摩尔比为1∶1∶2。

2.4助絮凝剂Potenflo1315投加浓度对废水处理效果的影响

采用Al、Fe、Si摩尔比为1∶1∶2时制得的PSAF，固定其投加浓度为800mg/L，反应pH值为5.60，投加Potenflo1315作为助絮凝剂，并改变其投加浓度分别为0、0.5、1.0、1.5、2.0和2.5mg/L，按照上述方法进行实验。结束后取样，检测出水CODCr、SS等指标，结果见图3。

图3　助絮凝剂Poten1315投加浓度混凝处理效果的影响

由图3可以看出，当Poten1315投加浓度为1.5mg/L时，处理后废水的CODCr含量为21.2mg/L，去除率达到94.50%；SS含量为6.5mg/L，去除率达到97.11%；UV254去除率达到72.35%。此两项指标均能达到《污水综合排放标准（GB8978—1996）》一级标准。另外，投加助絮凝剂Poten1315，不仅可以提高CODCr、SS去除率，而且可以减少沉降时间，使产生的絮体更加密实、不易分散，缩小絮体体积，并使之容易与出水分离。

2.5聚合硫酸铁、聚合氯化铝与聚硅酸铝铁对含聚采出水混凝处理效果的比较

分别采用聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）和自制的PSAF作为主混凝剂，PSAF中Al、Fe、Si摩尔比为1∶1∶2，固定PFS、PAC和PSAF投加浓度均为800mg/L，反应pH值为5.60，Potenflo1315投加浓度为1.5mg/L，按照上述方法进行实验。

原水与PSAF、PFS和PAC分别发生混凝反应，处理之后的含聚采出水进出水质指标如表4所示。

由表4可知，分别使用PSAF、PFS和PAC处理含聚采出水，其中PSAF对含聚采出水的处理效果最好，出水CODCr、SS、色度去除率均可达到90%以上，PFS处理效果次之，PAC处理效果最差。

表4　含聚采油原水与处理后的废水水质指标对比

3　结论

通过制备PSAF，考察其反应pH值，投加浓度，Al、Fe、Si摩尔比，助絮凝剂投加浓度对含聚采出水处理效果的影响，同时与PFS、PAC的处理效果进行比较分析，得出以下结论：

（1）PSAF对含聚采出水具有良好的混凝处理效果，处理后水质可以达到《污水综合排放标准（GB8978—1996）》的一级标准。

（2）制备PSAF并应用于含聚采出水混凝处理时，反应最佳pH值为5.60，PSAF最佳投加浓度为800mg/L，最佳Al、Fe、Si摩尔比为1∶1∶2，助絮凝剂Poten1315投加浓度1.5mg/L，处理后废水CODCr含量为21.2mg/L，去除率达到94.50%；SS含量为6.5mg/L，去除率达到97.11%；UV254去除率达到72.35%。

（3）PSAF混凝处理含聚采出水，其混凝效果好，优于PFS和PAC，产生絮体密实、不易分散、沉降速率快，是一种适用于含聚采出水处理的高效混凝剂。

[1]谢焜，梁晓亮，高蕊，等．大港油田污水处理新技术新工艺的应用与分析[J]．油气田地面工程，2010，29（10）：84-85.

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[3]杜新勇，王飞，熊元俊，等．溶气浮选技术处理含油污水实验与应用[J]．钻采工艺，2006，29（5）：131-132．

[4]付法栋，边江，于丹丹，等．胜利油田气浮磁分离污水处理技术现场试验[J]．油气田地面工程，2015，34（3）：18-20．

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（010）57114694、xiangjia.wei@poten.cn

（栏目主持杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.12.010

基金论文：博天环境集团股份有限公司创新领域前沿项目（Y-01-15-03）资助。

魏祥甲：硕士，2012年毕业于北京林业大学环境科学专业，博天环境集团股份有限公司研究专员，从事水处理技术研发工作。

2015-05-21