高铁酸钾处理采油助剂厂洗罐废水研究

2021-12-27郭海军石华前

石油化工应用 2021年11期

郭海军，石华前，黄孟

（中海油（天津）油田化工有限公司，天津 301500）

某海上油田采油助剂厂生产的化学药剂有破乳剂，清水剂，缓蚀剂，防垢剂和杀菌剂等。各类药剂在陆地均用1 m3的IBC 塑料罐进行运输，药剂到厂后再倒罐至2 m3的不锈钢罐运出海，由于药剂供应量较大，厂区就累积了大量的1 m3的IBC 塑料罐，为节能减排，厂区将1 m3的IBC 塑料罐进行清洗后再重复利用。其中有一类化学药剂为油溶性乳液型聚丙烯酰胺，该类产品遇水后变黏稠，其罐体较难清洗，且清洗后会产生大量黏稠状废水，该类废水排入厂区污水池将造成管路堵塞，不易处理等问题。

高铁酸钾（K2FeO4）是一种含六价铁元素的化合物，其氧化还原电位高，具有氧化，杀菌，除臭的功能[1-3]。另外，由于其氧化后的产物为氢氧化铁，氢氧化铁具有絮凝、吸附作用，可以一定程度上去除水体中的悬浮物或有害杂质，且不产生有害的衍生物。所以高铁酸钾是一种安全、高效的多功能绿色水处理剂，目前，越来越多的受到水处理行业的关注[4-6]。

本文中在室内采用FeCl3合成了高铁酸钾晶体，并将所制得的高铁酸钾对上述油溶性乳液型聚丙烯酰胺洗罐废水进行了探索性应用研究。

1 实验部分

1.1 主要仪器和测定方法

主要仪器：紫外分光光度计（Mettler-Toledo UV7）；六联电动搅拌器（金坛友联仪器HJ-6）。

主要测试方法：高铁酸根离子采用铬酸盐测定法；废水COD 测定采用消解法；废水黏度采用涂-4 杯进行测定。

1.2 高铁酸钾的制备过程

将7.5 g 的FeCl3粉末分批加入到20 mL 浓度为1.2 mol/L 的KClO 浓碱溶液中，边加边搅拌。同时由于该反应为放热反应，通过冰水浴控制反应液温度在30 ℃下，反应2 h 后用砂芯漏斗抽滤得到粗产品。将所得粗产品置于0 ℃的饱和KOH 溶液中，经过溶解、重结晶，再分别经正己烷、甲醇、乙醚淋洗，得到提纯品，最后将提纯品在60 ℃下真空干燥12 h，即得到高铁酸钾晶体。

1.3 高铁酸钾处理洗罐废水

在玻璃烧杯中加入500 mL 洗罐废水，烧杯置于六联搅拌机上，开动搅拌机。室温下，称取一定量的高铁酸钾晶体，并将高铁酸钾投加入废水中，边加边搅拌，搅拌10 min 之后，沉降一段时间，用移液枪移取烧杯中部废水100 mL，测定废水的COD 及黏度。

2 实验结果及讨论

2.1 高铁酸钾投加量对降解洗罐废水的影响

鉴于该类废水黏度较大，有可能造成排污水管道堵塞，所以在用高铁酸钾进行处理时，将同时考察COD 及黏度指标。具体实验如下：

在不同烧杯中分别加入500 mL 洗罐废水（COD浓度为820 mg/L，涂-4 黏度为150 s），开启搅拌，将不同量的高铁酸钾加入到溶液中，反应完毕后静置一段时间，分别取烧杯中部废水样测定其COD 及黏度。实验结果（见图1）。

图1 高铁酸钾投加量对处理洗罐污水的影响

高铁酸盐具有强氧化性，其投入水中后，与有机高分子迅速发生氧化还原反应，长链状高分子聚合物在强氧化剂的作用下，分子链断裂，逐渐分解为小分子化合物或被氧化，废物黏度降低。从图1 中可以看出，随着高铁酸钾投加量的增加，洗罐废水COD 及黏度浓度逐渐降低，当高铁酸钾投加量为200 mg/L 时，COD 浓度及黏度降为52 mg/L 和20 s，下降率分别为93.6%和86.6%，之后随着投加量的增加，降解率变化不大。在200 mg/L 时，COD 浓度及黏度降均有较大幅度降低，且黏度为20 s 时，其黏度很低，流动性很好，不易造成排水管道堵塞。所以，针对该洗罐污水，其最佳投加量为200 mg/L。

2.2 反应pH 对高铁酸钾降解洗罐废水的影响

本实验中，用20%的盐酸和氢氧化钠溶液将洗罐废水分别调节至不同pH 值。投加高铁酸钾，搅拌，静置5 min 后，取中部液体，测定COD，其结果（见图2）。

由图2 结果可知，溶液pH 在4～9，COD 有较高的去除率，且随着pH 值的增加，去除率逐渐降低，这是因为高铁酸钾在酸性条件下氧化还原电位（2.2 V）高于碱性条件下的氧化还原电位（0.7 V），所以，碱性条件下其COD 降解率降低。另外，当pH＞10 时，由于高铁酸钾水解产物为氢氧化铁，氢氧化铁在碱性条件下絮凝吸附有机污染物的能力下降，导致其降解率进一步降低。

图2 pH 对高铁酸钾降解洗罐废水的影响

另外，由图中数据可得，当pH=3 时，COD 降低率相对较低，这是因为高铁酸钾在酸性条件下很容易分解，所以导致其在酸性条件下COD 降解率下降。综上所述，洗罐废水pH 在4～9 时，高铁酸钾降解洗罐废水有最佳效果。

2.3 反应时间对高铁酸钾降解洗罐废水的影响

本实验主要考察不同的氧化时间，高铁酸钾对聚丙烯酰胺的氧化程度。实验中，取500 mL 洗罐污水（COD 浓度为820 mg/L）于烧杯中，在一定的搅拌条件下，将0.2 g 高铁酸钾固体加入到溶液中，搅拌10 min后，每隔一段时间取污水样测定其COD 浓度。实验结果（见图3）。

图3 反应时间对高铁酸钾处理含油污水的影响

从图3 中可以看出，高铁酸钾投加完毕后，高铁酸盐对降解洗罐废水COD 有明显效果，初始反应速率快，能够很快将大部分有机物彻底氧化。反应在3 min时，洗罐污水COD 浓度降为155 mg/L，降解率达到81%，反应在5 min 时，洗罐污水COD 浓度降为48 mg/L，降解率达到94.1%，之后随着时间的延长，降解率变化不大。由此说明高铁酸钾的氧化性很强，且反应速率快，在5 min 内可降解大部分有机物。