沉淀法去除氣田廢水中氯離子

2015-11-20 09:24:06張強張學梅孫永華黃雪蓮佟佩倫

油氣田環境保護 2015年5期

張強張學梅孫永華黃雪蓮佟佩倫

（1.成都理工大學材料與化學業化工學院；2.廣東邦普循環科技有限公司；3.中國建筑材料工業地質勘查中心四川測試研究所；4.四川智源工程檢測有限責任公司）

沉淀法去除氣田廢水中氯離子

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為研究沉淀法去除氣田廢水中的氯離子，選用CaO和NaAlO2作為處理劑，處理含氯氣田廢水，并研究工藝參數的影響。實驗結果表明：CaO摩爾比為13、NaAlO2摩爾比為4、溫度40℃、溶液初始p H值為10，攪拌反應2 h時氯離子去除率最高。該條件下，二次除氯后氯離子濃度從2 338.14 mg/L降至181.18 mg/L，去除率為92.25%。

CaO；NaAlO2；氯離子；沉淀法；氣田水

0 引言

氣田水是一種高鹽水，含大量有機物，C O D、石油類、懸浮物含量高，色度高，透明度低，含鹽量高，此外還有鎘、鉛、砷、鋇等有害物質［1-3］，必須進行妥善處理。國內外對氣田廢水的處理研究報道很多，但有關氣田廢水中氯離子去除的研究報道較少。

目前針對氯離子的去除方法有離子交換法、電滲析、納濾法、電去離子法、蒸餾法、反滲透、電吸附法等［4］。這些方法都有一定的不足：離子交換法費用高，洗脫過程中容易造成二次污染；電去離子法和電吸附法裝置復雜，耗電量大；蒸餾法能耗高，且設備容易結垢。沉淀法是利用氯離子與處理劑形成難容化合物，使氯離子以沉淀的形式從體系中去除。樊響［5］運用超高石灰鋁法在石灰、鋁鹽與初始氯離子摩爾濃度比例為5∶2∶1時，去除循環冷卻水中氯離子獲得較為理想的結果。公新忠［6］等用石灰乳和鋁酸鈉處理含氟離子和氯離子的酸性廢水，在鋁酸鈉與氯離子的質量濃度比為1∶10，反應時間為5 min的條件下，廢水中氯離子含量可由503.4 mg/L降低到201 mg/L以下，去除率可達60%。Bikul’［7］利用熟石灰和鋁酸鈉處理含氯廢水，也取得一定效果。此外還有用硫酸銀、氯化亞銅［8］、活性銅粉［9］為處理物料沉淀去除氯離子的研究。這些方法都基本針對較低含量的氯離子，且氯離子去除效率低、去除量少。考慮到處理效果、對環境的友好程度和經濟因素，本實驗選用CaO和NaAlO2作為處理劑，處理含氯氣田廢水并研究工藝參數的影響。以期為含氯氣田廢水的處理找到更有效的方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

材料及試劑：氫氧化鈉，氯化鈉，硝酸，硝酸銀，鉻酸鉀，偏鋁酸鈉，氧化鈣。所用試劑均為分析純。

氣田廢水：該廢水來源于四川某氣田，常溫下密封保存，經檢測氯離子濃度為2 338.14 m g/L。

儀器：恒溫水浴鍋；酸度計；機械攪拌器；減壓抽濾機；分析天平。

1.2 去除氯離子工藝條件的篩選試驗

參照《水和廢水監測分析方法》（第四版）硝酸銀滴定法。

①CaO的摩爾比。常溫下，稱取固定量的NaAlO2于模擬廢水中，再按照CaO摩爾比為1，3，5，7，9，11，13，15的比例稱取相應量的CaO于300 m L模擬廢水中，攪拌2 h，過濾，檢測濾液中剩余氯離子濃度。

②NaAlO2的摩爾比。常溫下，稱取上述最佳摩爾比的CaO質量加入到模擬廢水中，再按NaA O2摩爾比為1，2，3，4，5，6，7稱取相應的NaAlO2于300 m L模擬廢水中，攪拌2 h，過濾，檢測濾液中剩余氯離子濃度。

③溫度。分別稱取最佳質量的CaO和NaAlO2于300 m L模擬廢水中，分別在10，20，30，40，50，60℃條件下，攪拌反應2 h，過濾，冷卻至室溫，檢測濾液中剩余氯離子濃度。

④p H。常溫下分別量取的300 m L模擬廢水，用0.1 mol/L的H N O3和NaO H調節模擬廢水初始p H值分別為2，4，6，8，10，12，再加入相應質量的CaO和NaAlO2，并控制反應溫度為最佳反應溫度，攪拌反應2 h，過濾，冷卻至室溫，檢測濾液中剩余的氯離子。

④時間。分別稱取最佳質量的CaO和NaAlO2于300 m L模擬廢水中，調節p H值為最佳初始p H值，用恒溫水浴鍋控制溫度為最佳反應溫度，分別攪拌反應0.5，1，1.5，2，2.5 h，過濾，冷卻至室溫，檢測濾液中剩余的氯離子。

1.3 二次除氯試驗

在1.3得出的最佳條件下，進行除氯反應實驗，過濾混合物得濾液A，測定A中剩余氯離子濃度。以A中氯離子濃度為初始濃度，在最佳條件下進行第二次除氯試驗，將反應后的混合物過濾得濾液B，測定B中剩余氯離子濃度，計算氯離子去除率。

2 結果與分析

2.1 條件優選試驗

2.1.1 CaO的摩爾比

固定NaAlO2的量，改變CaO的用量，以求得最佳CaO的摩爾比對除氯離子的影響，見圖1。

圖1 CaO的摩爾比對除氯離子的影響

由圖1可知，當CaO的摩爾比小于7時，隨著CaO摩爾比的增加，溶液中氯離子濃度降低趨勢十分顯著。CaO的摩爾比在7～13時，氯離子降低較為緩慢。CaO的摩爾比為13時，溶液中氯離子含量最低。之后，增加CaO的含量，氯離子的濃度不再降低。說明當CaO含量低時溶液中的O H-含量低，CaO與NaAlO2和氯離子迅速反應，但是CaO的量還不足以讓大量氯離子沉淀，隨著CaO量的增加，混合物對氯離子的沉淀達到最大，但O H-含量也迅速增大，所以繼續增大CaO的量，氯離子濃度不再降低。如果從處理成本上考慮，CaO的添加量在7時，處理效果好、成本較低。但本實驗以研究為主，所以CaO的添加量在13時，氯離子去除的效果最佳。

2.1.2 NaAlO2的摩爾比

固定CaO的量，改變NaAlO2的用量，以求得最佳NaAlO2摩爾比對除氯離子的影響見圖2。

圖2 NaAlO2摩爾比對除氯離子的影響

由圖2可知，NaAlO2的摩爾比小于4時，隨著NaAlO2摩爾比的增加，溶液中剩余的氯離子的濃度迅速降低。NaAlO2的摩爾比等于4時溶液氯離子濃度最低。摩爾比大于4之后氯離子濃度反而增加。當NaAlO2摩爾比為4達到最佳的合成比例，此時形成的混合物帶走氯離子的量最大。因此，NaAlO2摩爾比等于4時，對氯離子去除的效果最佳。

2.1.3 溫度

溫度對除氯離子的影響見圖3。

圖3 溫度對除氯離子的影響

由圖3可知，隨著溫度的升高，溶液中剩余的氯離子的質量濃度先緩慢降低后急劇升高。在小于40℃時，溫度對氯離子去除的影響較為顯著，40℃時氯離子濃度最低，去除效果明顯；但溫度超過40℃后，氯離子的濃度反而迅速增大。說明沉淀產物在40℃后結構開始發生改變，氯離子的沉淀效果變差。該反應能夠在較低溫度下進行，能耗小，40℃為最佳反應溫度。

2.1.4 p H值

廢水初始p H值對去除氯離子的影響見圖4。

由圖4可知，隨著p H的增加氯離子的濃度先迅速減小，而后氯離子逐漸減小直到平穩，p H值在10左右時氯離子去除效果最為佳。說明溶液的初始p H值對氯離子去除有一定影響，就整體看初始p H值對氯離子去除影響不顯著。因為，酸性條件會溶解一部分沉淀物，堿性條件下該復合物能夠較為穩定的存在，但過堿環境O H-大量存在對沉淀產物有一定影響。所以選取p H=10為最佳除氯p H值。