無機吸附劑處理含鐵廢水實驗研究

王福云　杜國勇

摘 要：該文針對油田回注水中鐵含量過高進行研究，以實驗室自制無機吸附劑SM-1處理含鐵廢水具有無污染，去除率高，沉淀量少等優點。結果表明：SM-1對鐵離子具有較強的吸附性能，在鐵離子含量為50 mg/L時，SM-1的最佳用量為1.2 g/L、攪拌時間15 min及pH在4～12之間，吸附去除率可達98%以上。飽和吸附量為32.8 mg/L.該方法操作簡單，成本低廉，進行吸附后，不易解吸，能夠應用于現場。

關鍵詞：吸附劑 鐵離子 油田回注水 環保

中圖分類號：TQ9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（c）-00-02

油田注水是油田進入中后期開采階段提高采收率的主要措施之一。隨之而來的是油田后期綜合含水不斷上升，油田產液量不斷增加導致污水量也隨之增加，油田污水水質逐年變差，尤其是鐵離子含量高，難以達到注水開發要求。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。特別是當水中含有溶解氧時，含鐵水為鐵細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準為0.5 mg/L以下才能進行回注。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，錳都易對水體造成再次污染，而生物法生物法是針對自然氧化法、接觸氧化法等常規技術達不到理想的除鐵效果以及工藝流程復雜等問題，利用微生物技術提出的新方法[3]。該文提出吸附的方法去除鐵離子，方法操作簡單，所選用的無機吸附劑SM-1具有活性大、吸附能力強、無腐蝕性、無毒、無害，易于儲存，便于安全操作等優點，并且產生的沉淀量少，易于分離。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

可見光分光光度計（721），上海美譜達儀器有限公司；增力電力攪拌器JB50—B型；pH計，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）質量濃度都為50 mg/L，pH=7。

1.2 鐵離子的分析方法

參見國標GB/T 23834.6-2009 - 中外標準 - GBBASE - 2009/1。

硫酸亞錫化學分析方法.第6部分：鐵含量的測定.鄰菲啰啉分光光度法。

2 實驗結果與討論

2.1 吸附劑SM-1對含鐵廢水去除率的影響

2.1.1吸附劑SM-1用量對含鐵廢水去除率的影響

分別將50 mL的模擬廢水裝入6個燒杯中，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，取上清液檢測其三價含鐵量，觀察其對模擬水樣去除率的影響，結果如圖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，用量太少達不到排放標準，用量太多懸浮物不易沉降且造成浪費。根據實驗結果采用SM-1加入量為1.2 g/L，即為=1：24。

2.1.2 溫度對吸附劑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，然后過濾取樣檢測其鐵（II、III）離子的去除率。現測得數據如下表1所示。

由表1可以看出：溫度對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行廢水處理。

2.1.3 反應時間對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，改變反應時間，觀察其對模擬水樣鐵去除率的影響，結果見圖2。圖2結果顯示：廢水中鐵離子的去除率隨反應時間的增加而增加，在進行反應15 min后去除率隨反應時間的增加而緩慢增加。而且反應攪拌時間愈長，所需攪拌儀器所消耗的電能愈大，成本愈高，鑒于這兩個因素，選擇反應時間15 min。

2.1.4 pH值對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，測定結果表明：對pH值為4～7的酸性含鐵廢水，SM-1的去除效果相差不大，這是因為SM-1與水溶形成緩沖溶液，可在較寬范圍內對廢水進行處理。

而對pH值處于堿性條件下去除率基本不變，是因為在堿性中鐵離子變為了沉淀；對pH值小于4的酸性廢水，處理效果較差，這是因為SM-1在酸性環境下要破壞其結構。

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對鐵離子（III）的吸附性能，采用模擬廢水測定其吸附等溫線。配制一系列質量濃度（Ci）的含鐵廢水，固定吸附劑SM-1投加量1.2 mg/L，測定50 mL含鐵廢水處理后溶液中殘留鐵離子（III）質量濃度為Co，結果見表2。

以Co對作圖表示SM-1對鐵離子（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

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驗

將吸附鐵離子后過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，調節溫度為10 ℃下攪拌15 min后，取樣測量鐵離子含量，然后分別測定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超過70 ℃，所以可以認為該吸附劑吸附鐵離子后不解吸。

2.4 現場應用討論

2.4.1 現場應用工藝流程

根據室內實驗結果選擇了以現場處理工藝流程如圖4所示。含鐵廢水打入反應罐1，投加主藥劑SM-1，并充分攪拌10 min。使其充分接觸吸附；然后進入反應罐2，加入5%的PAM溶液0.1 mL進行絮凝攪拌5 min，待反應完全，將含鐵廢水過濾，后取樣檢測含鐵量，達標后進行排放。

3 結語

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

（2）吸附劑SM-1對鐵離子的吸附為典型的化學吸附，符合朗格繆爾等溫吸附規律，且不發生解吸，工藝流程簡單可行，能夠應用于現場。

參考文獻

[1] 鄢建成.油田廢水除鐵技術研究[D].武漢理工大學，2006.

[2] 王麗娜.玉門油田廢水降鐵試驗研究[J].廣州化工，2006，34（2）：60-62.

[3] 胡劍峰，王旭明，史剛榮，等.石龍芮對含鐵廢水的凈化研究[J].淮北煤炭師范學院學報（自然科學版），2007，28（1）：31-34

[4] 國家環境保護局.水和廢水監測分析方法[M].3版.北京：中國環境科學出版社，1989：190-192.