石油、天然氣鉆井廢水是工業(yè)廢水的重要組成部分。這種廢水有機物濃度高，色度高，并含有多種有害物質(zhì)。過去對于這種污水，一般采取就地挖坑蓄積的方法，但這會造成土壤污染、土地龜裂板結(jié)；若廢水滲入地下，還會污染地下水源，直接排放，會使地表水體受到嚴重污染。
由于氣田、油田一般比較分散，所以目前處理鉆井廢水的主要方法是混凝法，用得比較廣泛的是鋁鹽類絮凝劑。用混凝法處理石油、天然氣鉆井廢水常見的問題是處理COD較低的廢水時耗費的絮凝劑量較大，且COD難以達標。針對這一問題，波濤凈水用FeSO4對堿式氯化鋁進行了改性，研究了改性時間溫度SO42-加入量OH-加入量等對絮凝劑性能的影響，并對其去除色度和COD的效果進行了考察。
1、實驗
1.1絮凝劑改性實驗
將200mL質(zhì)量濃度為250g/L的AlCl3溶液置于三頸瓶中，加入定量FeSO4，調(diào)整溫度到預(yù)定值，反應(yīng)過程中緩慢加入NaOH溶液，直到預(yù)定時間，然后將改性后試劑儲備待用。實際廢水與實驗廢水水質(zhì)見表1：
表1 實際廢水與實驗廢水水質(zhì)
| 水樣種類 | 1# | 2# | 稀釋100倍泥漿 |
| pH | 7.96 | 7.88 | 8.23 |
| 色度（倍數(shù)） | 250 | 350 | 550 |
| COD/（mg·L-1） | 444 | 753 | 504 |
1.2 絮凝實驗
取實驗廢水250mL，調(diào)pH值到定值，加入定量絮凝劑，快速攪拌1min，再慢速攪拌15min。停止攪拌后，將廢水移至250mL量筒中，沉降15min，取上清液測其色度和COD值。
1.3 分析方法
用稀釋倍數(shù)法測定色度；用重鉻酸鉀法測COD；用玻璃電極法測量pH。
2、結(jié)果與討論
2.1色度與COD的關(guān)系
鉆井廢水中含有鉆井所需的各種泥漿，泥漿中含有多種有機物；同時，在鉆井過程中，土層中的各種無機物和有機物也會溶入鉆井泥漿中。泥漿中的這些物質(zhì)，造成了鉆井廢水的高色度。由于鉆井廢水對透過的光有明顯的吸收，且色度越高吸光度越大。為了分析色度與COD之間的關(guān)系，配制了不同濃度的廢水水樣，對同一水樣，分別測定其吸光度（波長為600nm）和COD，得到COD與吸光度的關(guān)系，見圖1。
由圖1可見，曲線相關(guān)系數(shù)為0.9902，大于臨界相關(guān)系數(shù)0.959（1%置信水平）；色度與COD的線性相關(guān)性很好，在絮凝過程中色度與COD可以同時被去除。在實驗中，處理后廢水的色度都低于80倍，能夠達到排放標準的要求，故將COD作為主要的水質(zhì)考察指標。
2.2OH-加入量對絮凝劑性能的影響
鋁鹽類絮凝劑在水中水解時，會產(chǎn)生H+（或H3O+），影響水溶液的堿度或pH。溶液pH的變化，又反過來影響鋁鹽水解產(chǎn)物的形態(tài)，所帶電荷的性質(zhì)和電荷量，同時也影響水中懸浮物和有機物表面電荷的狀態(tài)。為了減小鋁鹽水解過程對溶液pH的影響，在鋁鹽結(jié)構(gòu)中引入OH-（NaOH），其加入量對產(chǎn)品性能的影響見表2。
表2OH-加入量對絮凝劑性能的影響
| 編號 | OH-/Al3+（摩爾比） | 處理后COD/（mg·L-1） | COD去除率% |
| 3 | 0.30:1 | 150 | 70.2 |
| 6 | 0.50:1 | 120 | 76.2 |
| 7 | 0.70:1 | 120 | 76.2 |
| 2 | 0.80:1 | 130 | 74.2 |
注：初始COD為504mg/L（下同）；Al3+/SO42+（摩爾比）為20:1。
由表2可見，OH-/Al3+（摩爾比）為0.30：1時，COD去除率達70%；OH-/Al3+（摩爾比）加大到0.50：1時，COD去除率上升到76%；OOH-/Al3+（摩爾比）繼續(xù)增加，COD去除率無明顯變化，可見OH-/Al3+（摩爾比）在（0.50-0.70）：1比較適宜。
2.3SO42-加入量對絮凝劑性能的影響
水中SO42-對絮凝過程中鋁離子的羥橋聚合作用和親水膠體的脫穩(wěn)、凝聚都有顯著影響。由于鋁離子聚合產(chǎn)物的種類復(fù)雜，目前對SO42-在凝聚過程中所起的作用還不十分清楚。有報道認為，[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+是鋁鹽水解產(chǎn)物的重要組分，其中AlO45-與SO42-相似，且SO42-的體積比AlO45-小，因而SO42-有可能代替AlO45-，使水解產(chǎn)物變成[SO4Al12(OH)24(H2O)12]10+的形式。由于[SO4Al12(OH)24(H2O)12]10+比[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+有更多正電荷，因而具有更強的凝聚能力；另一方面，隨著溶液中SO42-的增加，鋁鹽水解產(chǎn)物中的另一活性組分Al1339+的量會減少，因此，SO42-的較佳加入量需通過實驗確定。
實驗得到的SO42-加入量對絮凝劑性能的影響如表3所示。由表3可見，增加SO42-加入量（減小Al3+/SO42+的比例），COD去除率呈上升趨勢；但當(dāng)Al3+/SO42-減小到5時，COD去除率則有所下降，由此可見Al3+/SO42-在10-15較為有利。
表3 SO42-加入量的影響
| 編號 | Al3+/SO42-（摩爾比） | 處理后COD（mg·L-1） | |
| 由FeSO4引入SO42- | 由Na2SO4引入SO42- | ||
| 1 | 5 | 157（68.8） | 140（72.2） |
| 5 | 10 | 136（73.0） | 110（78.2） |
| 4 | 15 | 145（71.2） | 110（78.2） |
| 3 | 20 | 157（68.8） | 125（75.2） |
注：OH-/Al3+（摩爾比）為0.30:1（括號中數(shù)據(jù)為COD去除率%）
2.4反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度對絮凝劑性能的影響
在其他條件相同時，由實驗得到的反應(yīng)時間對產(chǎn)品性能的影響如表4所示。
表4 反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度對絮凝劑性能的影響
| 編號 | 溫度/℃ | 時間/h | 處理后COD/（mg·L-1） | 去除率% |
| 4 | 40 | 2 | 179 | 64.48 |
| 8 | 40 | 4 | 183 | 63.69 |
| 9 | 60 | 2 | 157 | 68.85 |
由表4可知，延長反應(yīng)時間得到的產(chǎn)品，對COD去除能力無明顯改善，可以認為在實驗條件下，延長反應(yīng)時間對絮凝劑性能影響不顯著.
由表4還可知，提高反應(yīng)溫度得到的產(chǎn)品，對COD去除能力有一定改善，但相對于溫度提高的幅度，產(chǎn)品絮凝能力提高的幅度太小，因而可以認為在實驗條件下，提高溫度對產(chǎn)品性能改進的影響也不顯著。
2.5改性堿式氯化鋁與市售PAC絮凝效果比較
對改性產(chǎn)品與市售聚合氯化鋁（PAC）的絮凝效果進行了比較實驗，結(jié)果見表5。
表5 改性產(chǎn)品與市售PAC絮凝效果比較
| 絮凝劑加入量/（mg·L-1） | Al3+加入量/（mmol·L-1） | 處理后COD/（mg·L-1） | |
| 改性產(chǎn)品 | 市售PAC | ||
| 1.0 | 0.892 | 112（77.8） | 312（38.1） |
| 2.0 | 1.78 | 86.8（82.8） | 415（17.7） |
| 4.0 | 3.57 | 99（80.4） | 299（40.7） |
| 8.0 | 7.14 | 108（78.6） | 132（73.8） |
| 12.0 | 10.7 | 106（79.0） | |
從表5可以看出，當(dāng)絮凝劑投加量較低時，改性產(chǎn)品去除COD的效果顯著優(yōu)于市售PAC；隨著加入量的增加，改性產(chǎn)品的去除效果變化很小，處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，而市售PAC對COD的去除效果卻隨投加量的增加呈現(xiàn)不斷改善的趨勢，當(dāng)絮凝劑加入量超過8ml/L以后，二者的去除效果十分接近。
通過上述實驗結(jié)果，可以認為，用前述方法對堿式氯化鋁進行改性的主要作用，在于可以在達到相近處理效果的條件下，較大幅度地減少鋁離子的投加量。
3、結(jié)論
在實驗條件下，改性堿式氯化鋁去除天然氣鉆井廢水中COD和相應(yīng)色度的效果明顯，且在達到相近處理效果時，所需絮凝劑量低于市售PAC。
在改性過程中，Al3+/SO42-對絮凝劑性能有比較顯著的影響，其較佳比例為10-15；OH-/A13+對絮凝劑性能也有明顯的影響，其較佳比例為（0.50-0.70）：1。
適宜的改性時間和改性溫度分別為2h和40℃，繼續(xù)延長時間和提高溫度對改善絮凝劑性能的影響不明顯。
