張強(qiáng) 張學(xué)梅 孫永華 黃雪蓮 佟佩倫

（1.成都理工大學(xué)材料與化學(xué)業(yè)化工學(xué)院；2.廣東邦普循環(huán)科技有限公司；3.中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心四川測(cè)試研究所；4.四川智源工程檢測(cè)有限責(zé)任公司）

沉淀法去除氣田廢水中氯離子

張強(qiáng)1張學(xué)梅2孫永華1黃雪蓮3佟佩倫4

（1.成都理工大學(xué)材料與化學(xué)業(yè)化工學(xué)院；2.廣東邦普循環(huán)科技有限公司；3.中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心四川測(cè)試研究所；4.四川智源工程檢測(cè)有限責(zé)任公司）

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(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yīng)2 h時(shí)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(jī)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(zhì)［1-3］，必須進(jìn)行妥善處理。國(guó)內(nèi)外對(duì)氣田廢水的處理研究報(bào)道很多，但有關(guān)氣田廢水中氯離子去除的研究報(bào)道較少。

目前針對(duì)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(fèi)用高，洗脫過(guò)程中容易造成二次污染；電去離子法和電吸附法裝置復(fù)雜，耗電量大；蒸餾法能耗高，且設(shè)備容易結(jié)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(yùn)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(shí)，去除循環(huán)冷卻水中氯離子獲得較為理想的結(jié)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(zhì)量濃度比為1∶10，反應(yīng)時(shí)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(dá)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(duì)較低含量的氯離子，且氯離子去除效率低、去除量少?？紤]到處理效果、對(duì)環(huán)境的友好程度和經(jīng)濟(jì)因素，本實(shí)驗(yàn)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(shù)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(yàn)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(lái)源于四川某氣田，常溫下密封保存，經(jīng)檢測(cè)氯離子濃度為2 338.14 m g/L。

儀器：恒溫水浴鍋；酸度計(jì)；機(jī)械攪拌器；減壓抽濾機(jī)；分析天平。

1.2 去除氯離子工藝條件的篩選試驗(yàn)

參照《水和廢水監(jiān)測(cè)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(yīng)量的CaO于300 m L模擬廢水中，攪拌2 h，過(guò)濾，檢測(cè)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(zhì)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(yīng)的NaAlO2于300 m L模擬廢水中，攪拌2 h，過(guò)濾，檢測(cè)濾液中剩余氯離子濃度。

③溫度。分別稱取最佳質(zhì)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(yīng)2 h，過(guò)濾，冷卻至室溫，檢測(cè)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(diào)節(jié)模擬廢水初始p H值分別為2，4，6，8，10，12，再加入相應(yīng)質(zhì)量的CaO和NaAlO2，并控制反應(yīng)溫度為最佳反應(yīng)溫度，攪拌反應(yīng)2 h，過(guò)濾，冷卻至室溫，檢測(cè)濾液中剩余的氯離子。

④時(shí)間。分別稱取最佳質(zhì)量的CaO和NaAlO2于300 m L模擬廢水中，調(diào)節(jié)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(yīng)溫度，分別攪拌反應(yīng)0.5，1，1.5，2，2.5 h，過(guò)濾，冷卻至室溫，檢測(cè)濾液中剩余的氯離子。

1.3 二次除氯試驗(yàn)

在1.3得出的最佳條件下，進(jìn)行除氯反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，過(guò)濾混合物得濾液A，測(cè)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(jìn)行第二次除氯試驗(yàn)，將反應(yīng)后的混合物過(guò)濾得濾液B，測(cè)定B中剩余氯離子濃度，計(jì)算氯離子去除率。

2 結(jié)果與分析

2.1 條件優(yōu)選試驗(yàn)

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(duì)除氯離子的影響，見圖1。

圖1 CaO的摩爾比對(duì)除氯離子的影響

由圖1可知，當(dāng)CaO的摩爾比小于7時(shí)，隨著CaO摩爾比的增加，溶液中氯離子濃度降低趨勢(shì)十分顯著。CaO的摩爾比在7～13時(shí)，氯離子降低較為緩慢。CaO的摩爾比為13時(shí)，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(shuō)明當(dāng)CaO含量低時(shí)溶液中的O H-含量低，CaO與NaAlO2和氯離子迅速反應(yīng)，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(duì)氯離子的沉淀達(dá)到最大，但O H-含量也迅速增大，所以繼續(xù)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(shí)，處理效果好、成本較低。但本實(shí)驗(yàn)以研究為主，所以CaO的添加量在13時(shí)，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(duì)除氯離子的影響見圖2。

圖2 NaAlO2摩爾比對(duì)除氯離子的影響

由圖2可知，NaAlO2的摩爾比小于4時(shí)，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(shí)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(dāng)NaAlO2摩爾比為4達(dá)到最佳的合成比例，此時(shí)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(shí)，對(duì)氯離子去除的效果最佳。

2.1.3 溫度

溫度對(duì)除氯離子的影響見圖3。

圖3 溫度對(duì)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(zhì)量濃度先緩慢降低后急劇升高。在小于40℃時(shí)，溫度對(duì)氯離子去除的影響較為顯著，40℃時(shí)氯離子濃度最低，去除效果明顯；但溫度超過(guò)40℃后，氯離子的濃度反而迅速增大。說(shuō)明沉淀產(chǎn)物在40℃后結(jié)構(gòu)開始發(fā)生改變，氯離子的沉淀效果變差。該反應(yīng)能夠在較低溫度下進(jìn)行，能耗小，40℃為最佳反應(yīng)溫度。

2.1.4 p H值

廢水初始p H值對(duì)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(wěn)，p H值在10左右時(shí)氯離子去除效果最為佳。說(shuō)明溶液的初始p H值對(duì)氯離子去除有一定影響，就整體看初始p H值對(duì)氯離子去除影響不顯著。因?yàn)?，酸性條件會(huì)溶解一部分沉淀物，堿性條件下該復(fù)合物能夠較為穩(wěn)定的存在，但過(guò)堿環(huán)境O H-大量存在對(duì)沉淀產(chǎn)物有一定影響。所以選取p H=10為最佳除氯p H值。

圖4 廢水初始pH值對(duì)去除氯離子的影響

2.1.5 反應(yīng)時(shí)間

反應(yīng)時(shí)間對(duì)除氯離子的影響見圖5。

圖5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)除氯離子的影響

由圖5可知，反應(yīng)時(shí)間對(duì)氯離子去除影響顯著。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，氯離子濃度逐漸降低，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間大于2 h后氯離子濃度幾乎不改變。表明混合物的各種結(jié)構(gòu)和形態(tài)度已經(jīng)形成，增加時(shí)間對(duì)除氯不再起任何作用。所以，2 h為沉淀氯離子的最佳反應(yīng)時(shí)間。

2.2 二次除氯試驗(yàn)

二次除氯試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 二次除氯試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，第一次除氯過(guò)后剩余氯離子的濃度為520.05 m g/L，去除率達(dá)到77.76%；第二次除氯后廢水中氯離子濃度從初始的2 338.14 m g/L降至181.18 m g/L，去除率92.25%。說(shuō)明該方法能夠高效、快速地去除氣田廢水中的氯離子。

3 結(jié) 論

在最佳工藝條件下（CaO摩爾比為13、NaAlO2摩爾比為4、溫度40℃、初始p H值為10、攪拌時(shí)間2 h），經(jīng)過(guò)二次除氯，溶液中氯離子濃度從2 338.14 m g/L降至181.18 m g/L。該方法簡(jiǎn)單、快速，能夠有效地去除氣田廢水中氯離子，具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］ 胡志勇，劉俊.川西地區(qū)氣田廢水處理技術(shù)及應(yīng)用［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2009，19（2）：38-41.

［2］ 張喜剛，劉宏菊，祖世強(qiáng)，等.高鹽度氣田廢水處理試驗(yàn)研究［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2009，19（1）：6-8.

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［9］ 李春，李自強(qiáng)，張穎，等.活性銅粉從濕法煉鋅中浸液中脫氯［J］.有色金屬，2002，54（1）：30-32.

（編輯 王蕊）

10.3969/j.issn.1005-3158.2015.05.017

1005-3158（2015）05-0058-03

2014-11-10）

張強(qiáng)，成都理工大學(xué)分析化學(xué)專業(yè)在讀碩士，研究方向：廢水處理。通信地址：四川省成都市成華區(qū)二仙橋東三路1號(hào)，610059