隨著現(xiàn)代化工業(yè)的不斷發(fā)展,石油及其副產(chǎn)品的需求量越來(lái)越大;石油開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的采油污水量逐年攀升〔1〕。但由于管理及技術(shù)滯后,大量采油污水未經(jīng)處理即排入水體,嚴(yán)重污染水資源。采油污水一般COD、油含量高、有一定的氣味和色度〔2〕。
尋找采油污水的最佳處理方法一直是國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)不斷探討與研究的方向,將水中大量的油類(lèi)去除的同時(shí),還要除去溶解在水中的懸浮物、酸堿、氨氮、硫化物、有機(jī)物和皂類(lèi)等〔3〕。于洸等〔4〕將聚酰胺樹(shù)形分子做絮凝劑應(yīng)用于采油污水治理中,藥品用量低,效果好,油去除率達(dá)到了99.69%,C. Axberg等〔5〕利用聚乙烯亞胺和季銨化聚丙稀酰胺等作為絮凝劑處理,可以達(dá)到超過(guò)99.5%的去濁率。常用絮凝劑多為常見(jiàn)化學(xué)藥品,雖然對(duì)油的去除效果較好,但對(duì)COD的去除效果并不顯著。復(fù)合混凝劑采取以廢治廢的方法,使用常見(jiàn)的固體廢棄物粉煤灰、鍋爐煙道灰以及工業(yè)硫酸鋁為原料,以不同物質(zhì)的量比配成。粉煤灰疏松多孔,內(nèi)含具有吸附作用的焦炭,能夠除去污染物和油脂;鍋爐煙道灰含有活性炭與無(wú)機(jī)粉塵,有吸附與助凝的作用;將其與硫酸鋁按一定比例混合,可以在增強(qiáng)絮凝效果的同時(shí),降低使用成本。
利用復(fù)合混凝劑聯(lián)合Fenton氧化的方法處理采油污水 ,通過(guò)正交試驗(yàn),研究了不同藥劑物質(zhì)的量比、投藥量、反應(yīng)時(shí)間等條件下的處理效果。試驗(yàn)研究了復(fù)合混凝劑的物質(zhì)的量比、混凝條件、pH和反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)處理效果的影響,旨在為處理高含油、高COD類(lèi)廢水尋求一種成本較低,效果較好的方法。
1 試驗(yàn)材料與方法
1.1 試驗(yàn)用水
試驗(yàn)用水取自中海油油田采出水,原水水質(zhì):COD為16 852 mg/L,含油質(zhì)量濃度為6 452 mg/L,氨氮為97.68 mg/L,SS為2 564 mg/L,pH為8。
1.2 試驗(yàn)方法
(1) 混凝處理。復(fù)合混凝劑成分為粉煤灰、鍋爐煙道灰、工業(yè)硫酸鋁以不同物質(zhì)的量比配成。
取1組250 mL錐形瓶,放入150 mL采油污水,分別加入不同比例、不同劑量的復(fù)合混凝劑,用攪拌機(jī)中速攪拌7 min;加入PAM(5.0×10-4 g/mL) 1 mL,快速攪拌3 min,放置15 min后,取其上清液測(cè)定油含量和COD。根據(jù)其去除率,選取復(fù)合混凝劑的最佳物質(zhì)的量比及最佳混凝條件。
(2) Fenton氧化處理。根據(jù)混凝處理的結(jié)果,確定最佳混凝劑物質(zhì)的量比及混凝條件,在此條件下,將采油污水經(jīng)混凝出水。另取1組250 mL錐形瓶,放入200 mL經(jīng)混凝處理后的原水;運(yùn)用正交試驗(yàn)法(燒杯試驗(yàn)),即先在燒杯中稱裝相同量的處理后廢水(200 mL),然后再加入H2O2(30%)和FeSO4 (10%)攪拌5 min,分析處理后的COD和含油質(zhì)量濃度,選取最佳投藥量及反應(yīng)時(shí)間。
1.3 待測(cè)指標(biāo)及方法
COD采用GB11914289重鉻酸鉀法;含油質(zhì)量濃度采用 GB/T 164882-1996紅外分光光度法;pH采用 pHS-25型pH計(jì)。
2 結(jié)果與討論
將采油污水靜沉24 h,棄掉表層浮油,下層液體取出待用。
2.1 混凝最佳反應(yīng)條件的確定
(1) 復(fù)合混凝劑物質(zhì)的量比的影響。原水COD為16 852 mg/L,含油質(zhì)量濃度為6 452 mg/L;室溫下中速攪拌7 min,添加40 g/L復(fù)合混凝劑,其主要成分粉煤灰、鍋爐煙道灰、工業(yè)硫酸鋁不同物質(zhì)的量比為1:1:1、2:2:1、3:3:1、4.5:4.5:1,考察不同物質(zhì)的量比下對(duì)COD及油的去除效果,結(jié)果如表 1所示。
由表 1可見(jiàn),不同物質(zhì)的量比的復(fù)合混凝對(duì)COD及油的去除率都幾近達(dá)到了70%以上;綜合考慮去除效果,選擇復(fù)合混凝劑物質(zhì)的量比為 2:2:1。
(2) pH的影響。維持上述條件不變,復(fù)合混凝劑物質(zhì)的量比為2:2:1,分別調(diào)節(jié)原水pH為5、6、7、8,考察不同pH下COD及含油的去除效果。pH對(duì)混凝過(guò)程有很大影響,混凝劑的水解反應(yīng)若要充分進(jìn)行,需要保持在一定的pH范圍內(nèi)。pH太低,反應(yīng)不充分;pH太高,生成的沉淀會(huì)溶解。
由試驗(yàn)結(jié)果可知:pH在6~7范圍內(nèi),更有助于COD及含油的去除,COD去除率達(dá)到75%以上,含油的去除率可達(dá)65%~70%。故確定混凝階段的pH為6.8。
(3)混凝劑投藥量的影響。混凝劑的投藥量是影響混凝效果的重要因素,先用燒杯試驗(yàn)確定最低投藥量為20 g/L,在此基礎(chǔ)上,階梯增長(zhǎng)投藥劑量的數(shù)值。維持上述條件不變,調(diào)節(jié)原水pH為6.8,復(fù)合混凝劑投藥量依次為20、40、60、80 g/L,考察COD及含油的去除效果,結(jié)果如圖 1所示。
?圖 1 投藥量對(duì)COD及含油去除率的影響
由圖 1可見(jiàn),在一定范圍內(nèi),隨著投藥量的增加,COD和油的去除率明顯上升;投藥量增加到60 g/L以上時(shí),去除率增長(zhǎng)不明顯,甚至有減弱混凝效果的現(xiàn)象。考慮混凝效果及投藥成本,選擇最佳投藥量為60 g/L。
通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析,混凝最佳反應(yīng)條件確定為:復(fù)合混凝劑物質(zhì)的量比為2:2:1,pH為6.8,投藥量為60 g/L。
經(jīng)最佳混凝條件處理后原水指標(biāo)測(cè)定值:COD為2 043 mg/L,含油質(zhì)量濃度為526 mg/L,氨氮為20.34 mg/L,SS為 2 345 mg/L,pH為7。
2.2 Fenton氧化處理效果
將原水在最佳混凝條件下進(jìn)行處理,出水靜置12 h,取上清液用于Fenton氧化處理效果分析。
(1) pH的影響。原水COD為2043 mg/L,含油質(zhì)量濃度為526 mg/L,反應(yīng)時(shí)間為24 min,n(H2O2):n(Fe2+)=3,考察pH分別為2、5、8時(shí),Fenton氧化對(duì)COD及含油的處理效果,結(jié)果表明:pH在4~6范圍內(nèi),含油的去除效果比較明顯,pH=5時(shí),含油去除率最高;對(duì)COD去除效果隨著pH增大而減弱。故對(duì)Fenton氧化選擇pH=5。
(2) n(H2O2):n(Fe2+)的影響。n(H2O2):n(Fe2+)間接影響著Fenton氧化的效果。維持上述條件不變,pH=5,考察n(H2O2):n(Fe2+)分別為2、3、5、8時(shí),Fenton氧化對(duì)COD及含油的處理效果,結(jié)果如圖 2所示。
?圖 2 n(H2O2):n(Fe2+)對(duì)COD及油去除率的影響
由圖 2可見(jiàn),n(H2O2):n(Fe2+)在2~3范圍內(nèi)時(shí),含油和COD的去除率都隨著n(H2O2):n(Fe2+)的增大而減小;隨著n(H2O2):n(Fe2+)增大,去除率逐漸增大,在n(H2O2):n(Fe2+)=5時(shí),達(dá)到了最大值,隨后逐漸減小。故選擇n(H2O2):n(Fe2+)=5。 (3)反應(yīng)時(shí)間的影響。采油污水的含油質(zhì)量濃度大、有機(jī)物含量高,Fenton氧化針對(duì)采油污水的特性,應(yīng)選取恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)時(shí)間,以達(dá)到最佳去除率。維持上述條件不變,n(H2O2):n(Fe2+)=4時(shí),考察反應(yīng)時(shí)間分別為16、24、32、48、64 min時(shí),Fenton氧化對(duì)COD及含油的處理效果,結(jié)果如圖 3所示。
?圖 3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD及油去除率的影響
由圖 3可見(jiàn),起始階段,隨著反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng),COD和油的去除率顯著提高;在反應(yīng)時(shí)間為35 min左右時(shí),達(dá)到峰值,其后反應(yīng)時(shí)間不再作為有效因素,這與廢水中的可被氧化有機(jī)物含量急劇下降有關(guān)。故選擇最佳的反應(yīng)時(shí)間為35 min。
綜上所述,在最佳混凝條件下混凝處理;取其上清液,再經(jīng)Fenton氧化處理。最終出水水質(zhì)指標(biāo):COD為228 mg/L,含油質(zhì)量濃度為192 mg/L,氨氮為5.63 mg/L,SS為1 570 mg/L,pH為8。具體參見(jiàn)污水技術(shù)資料更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結(jié)論
(1) 根據(jù)正交試驗(yàn)的結(jié)果,確定了混凝劑的最佳物質(zhì)的量比、pH及混凝劑的最佳投藥量;對(duì)比原水?dāng)?shù)據(jù)可以看出,復(fù)合混凝劑對(duì)采油污水的處理效果較好,COD去除率達(dá)到了87.88%;油去除率達(dá)到了91.85%。(2)確定了Fenton氧化的最佳pH、n(H2O2):n(Fe2+)及反應(yīng)時(shí)間;經(jīng)Fenton處理后,廢水COD去除率達(dá)到了88.84%;油去除率達(dá)到了63.49%。(3)混凝聯(lián)合Fenton氧化處理采油污水,最終COD去除率為98.65%、油去除率為97.02%。(4)復(fù)合混凝劑價(jià)格低廉、絮凝沉降快、處理效果好,與Fenton氧化聯(lián)合使用,工藝簡(jiǎn)單,切實(shí)起到了以廢治廢的目的。
