CN103848933B - 一种絮凝剂的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种絮凝剂的制备方法及应用，该方法包括以下步骤：①在搅拌下将碳酸铵滴入氯化铝溶液中，制成氢氧化铝水凝胶，抽滤备用；②将步骤①中制得的氢氧化铝水凝胶处理后加入氯化铝，升温并在150-180℃条件下反应3-5小时；③将丙烯酰胺单体溶于HDA水溶液中，置于聚合瓶中；抽真空后充氮气，在真空状态下，加入硝酸铈铵溶液到聚合瓶内，摇匀；再抽一次真空并充入一定量的氮气，然后将密封的聚合瓶转移至40℃恒温槽，反应8-10小时；聚合完成后，取出产物，配成约1%的水溶液，再用丙酮沉淀并抽提7-10小时，再在70-80℃下真空烘干，即得絮凝剂；本发明的絮凝剂脱色效果好、过滤速度快，能有效降低气田井场废水中的色度、悬浮物。

Description

一种絮凝剂的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及废水处理领域，特别涉及一种絮凝剂的制备方法及其应用。
背景技术
气田井场废水主要包括废弃钻井液析出水、压裂返排废液，还有钻井、压裂施工过程中产生的其它废水，是一种复杂的多相分散体系。其外观呈黑褐色，成分复杂，具有高化学需氧量（ChemicalOxygenDemand，COD）、高色度、高悬浮物、高稳定性等特点。这些废水若不及时处理会污染周围环境，同时给员工和居民带来一定的安全隐患。
井场废水含有的主要污染成分是悬浮颗粒及溶解性有机物，这些污染物质构成了污染水体的COD、色度和异嗅味。悬浮颗粒和石油类污染物质以及部分溶解性有机物可以通过混凝、沉淀工艺予以去除，但大部分溶解性有机物依然是水体色度和异嗅味的重要来源，很难通过简单的混凝处理单元予以控制。从废水的快速简洁处理性而言，混凝、沉淀固液分离处理单元是水处理工艺中较为简洁便利的技术。基于上述思路，在混凝处理单元中将众多污染物质极大程度地去除，尤其是除去水中色度和异嗅味等物质，是实现分散式井场废水污染物控制的重要途径。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：常规絮凝剂不能够有效将井场废水中的污染物质完全分离，不能有效去除废水中的色度。
发明内容
本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种能够有效降低气田井场废水中的色度、悬浮物的高分子絮凝剂的制备方法。
为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：
一种絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：
①在搅拌下将碳酸铵滴入氯化铝溶液中，制成氢氧化铝水凝胶，抽滤备用，碳酸铵与氯化铝的重量比为1-2:1；
优选的方案为：在反应温度为80℃，搅拌速度为150r/min条件下，将碳酸铵滴入氯化铝溶液中，搅拌时间2h，制成氢氧化铝水凝胶，抽滤备用，碳酸铵与氯化铝的重量比为1-2:1；
②先将步骤①中制得的氢氧化铝水凝胶用高速分散机均匀分散于一缩二乙二醇中，得到分散液，氢氧化铝水凝胶与一缩二乙二醇的重量比为1:4-6，然后将分散液置于容器中，搅拌下升温到85~90℃，加入氯化铝，继续升温并在150-180℃条件下反应3-5小时；产物用丙酮沉淀，洗涤并抽提除去未反应的一缩二乙二醇，放入80-90℃的真空烘箱内过夜；
③将丙烯酰胺单体溶于HDA水溶液中，丙烯酰胺单体与HDA的质量比为30～35：1；置于聚合瓶中；抽真空后充氮气，反复三次抽真空后充氮气，在真空状态下，加入浓度为3wt%硝酸铈铵溶液到聚合瓶内，摇匀，每100mlHDA溶液中硝酸铈铵加入的量为2-4ml；再抽一次真空并充入氮气，然后将密封的聚合瓶转移至40℃恒温槽，反应8-10小时；聚合完成后，取出产物，配成1~3wt%的水溶液，再用丙酮沉淀并抽提7-10小时，水溶液与丙酮的体积比为1:1~2，在70-80℃下真空烘干，即得絮凝剂；
所得絮凝剂其结构式如下：
所述步骤①中：在反应温度为80℃，搅拌速度为150r/min条件下，用酸式滴定管把60mL、15wt%的碳酸铵缓慢滴入80mL、8wt%氯化铝溶液中，搅拌时间2h，制成氢氧化铝水凝胶；
所述步骤②中：先将步骤①中制得的100g氢氧化铝水凝胶用高速分散机均匀分散于500g一缩二乙二醇中；然后将分散液置于1000mL的三颈烧瓶中，搅拌升温；
所述步骤③中：称取2.49g的丙烯酰胺单体溶于50ml浓度为10%（质量分数）的HDA水溶液中，置于60ml聚合瓶中；用小针筒打入2ml浓度为质量百分含量3%的硝酸铈铵溶液到聚合瓶内。
本发明还提供一种技术方案：
利用上述的制备方法制备得到的絮凝剂在处理气田井场废水中的用途。
具体使用方法为：将絮凝剂与无机混凝剂及氧化剂配合使用，具体步骤如下：
①根据废水中化学需氧量(ChemicalOxygenDemand，COD)浓度先加入1～10ml/LH2O2，氧化5～10分钟进行预处理；
②加入100～500mg/L聚合氯化铝和5～25mg/L絮凝剂。
所述絮凝剂的加入量为10～20mg/L。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明药剂中的藕合型基团以强化氢氧自由基，破坏水中杂环、多环、芳环及其他共轭不饱和基团，以降低气田井场废水中的色度、悬浮物和其他污染因子，从而达到快速控制水中感官不良性指标和减排降耗的功效，极大程度的去除水中众多污染物质，有效解决不同组分的井场废水污染问题。有效降低气田井场废水中的色度、悬浮物的。该发明对消减废水污染、保护环境具有重要的意义。本发明尤其适合气田井场废水的脱色、去除悬浮物。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
一种絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：
①在反应温度为80℃，搅拌速度为150r/min条件下，用酸式滴定管把60mL、15wt%的碳酸铵缓慢滴入80mL、8wt%氯化铝溶液中，搅拌时间2h。
②先将步骤①中制得的100g氢氧化铝水凝胶用高速分散机均匀分散于500g一缩二乙二醇中。然后将分散液置于1000mL的三颈烧瓶中，搅拌下升温到88℃，加入氯化铝2g，继续升温并在160℃条件下反应4小时；产物用丙酮140ml沉淀，洗涤并抽提除去未反应的一缩二乙二醇，放入85℃的真空烘箱内过夜；最后得到HDA（一缩二乙二醇-氢氧化铝杂化物）；
③称取2.49g的丙烯酰胺单体溶于50ml浓度为10%（质量分数）的HDA水溶液中，置于60ml聚合瓶中。抽真空后充氮气，反复三次抽真空后充氮气，最后真空度是0.095，充氮气的量保证外部空气不能进入聚合瓶；在真空状态下，用小针筒打入2ml浓度为3wt%的硝酸铈铵溶液到聚合瓶内，摇匀；再抽一次真空并充入一定量的氮气，氮气的充入量为保证外部空气不能进入聚合瓶内，然后将密封的聚合瓶转移至40℃恒温槽，反应8小时以上。聚合完成后，取出产物，配成约1wt%的水溶液，再用丙酮沉淀并抽提7小时以上，再在60℃下真空烘干，即可得到该絮凝剂。其结构式如下：
利用上述絮凝剂对气田井场废水处理工艺步骤如下：
①对COD浓度为1000mg/L的气田井场废水加入2ml/LH2O2，氧化5min进行预处理；
②加入400mg/L聚合氯化铝和10mg/L高效絮凝剂，搅拌均匀，沉淀1小时后废水澄清。
本实施例中，废水的色度由原始为300度，悬浮物为200mg/L，经处理后的废水的色度为20度，悬浮物为10mg/L以下。
实施例2
一种絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：
①在反应温度为80℃，搅拌速度为150r/min条件下，将碳酸铵滴入氯化铝溶液中，搅拌时间2h，制成氢氧化铝水凝胶，抽滤备用，碳酸铵与氯化铝的重量比为1:1；
②先将步骤①中制得的氢氧化铝水凝胶用高速分散机均匀分散于一缩二乙二醇中，得到分散液，氢氧化铝水凝胶与一缩二乙二醇的重量比为1:5，然后将分散液置于容器中，搅拌下升温到85℃，加入氯化铝，所述氯化铝与分散液的质量比为1:20，继续升温并在150℃条件下反应4小时；产物用丙酮沉淀，所述分散液与丙酮的体积比为1:1.5；洗涤并抽提除去未反应的一缩二乙二醇，放入85℃的真空烘箱内过夜，得到HDA（一缩二乙二醇-氢氧化铝杂化物）；
③丙烯酰胺单体溶于HDA水溶液中，丙烯酰胺单体与HDA的质量比为30：1；置于聚合瓶中；抽真空后充氮气，反复三次抽真空后充氮气，在真空状态下，加入浓度为3wt%硝酸铈铵溶液到聚合瓶内，摇匀，每100mlHDA溶液中硝酸铈铵加入的量为3ml；再抽一次真空并充入氮气，然后将密封的聚合瓶转移至40℃恒温槽，反应9小时；聚合完成后，取出产物，配成2wt%的水溶液，再用丙酮沉淀并抽提8小时，水溶液与丙酮的体积比为1:1.5，在75℃下真空烘干，即得絮凝剂；
所得絮凝剂其结构式如下：
利用上述絮凝剂对气田井场废水处理工艺步骤如下：
①对COD为2200mg/L的气田井场废水加入5ml/LH2O2，氧化6min进行预处理；
②加入100mg/L聚合氯化铝和15mg/L高效絮凝剂，搅拌均匀，沉淀1小时后废水澄清。
实施例3
一种絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：
①在反应温度为80℃，搅拌速度为150r/min条件下，将碳酸铵滴入氯化铝溶液中，搅拌时间2h，制成氢氧化铝水凝胶，抽滤备用，碳酸铵与氯化铝的重量比为2:1；
②先将步骤①中制得的氢氧化铝水凝胶用高速分散机均匀分散于一缩二乙二醇中，得到分散液，氢氧化铝水凝胶与一缩二乙二醇的重量比为1:4，然后将分散液置于容器中，搅拌下升温到90℃，加入氯化铝，所述氯化铝与分散液的质量比为1:18，继续升温并在160℃条件下反应5小时；产物用丙酮沉淀，所述分散液与丙酮的体积比为1:1；洗涤并抽提除去未反应的一缩二乙二醇，放入80℃的真空烘箱内过夜，得到HDA（一缩二乙二醇-氢氧化铝杂化物）；
③丙烯酰胺单体溶于HDA水溶液中，丙烯酰胺单体与HDA的质量比为33：1；置于聚合瓶中；抽真空后充氮气，反复三次抽真空后充氮气，在真空状态下，加入浓度为3wt%硝酸铈铵溶液到聚合瓶内，摇匀，每100mlHDA溶液中硝酸铈铵加入的量为4ml；再抽一次真空并充入氮气，然后将密封的聚合瓶转移至40℃恒温槽，反应8小时；聚合完成后，取出产物，配成1wt%的水溶液，再用丙酮沉淀并抽提7小时，水溶液与丙酮的体积比为1:1，在70℃下真空烘干，即得絮凝剂；
所得絮凝剂其结构式如下：
利用上述絮凝剂对气田井场废水处理工艺步骤如下：
①对COD浓度为3265mg/L的气田井场废水加入8ml/LH2O2，氧化8min进行预处理；
②加入200mg/L聚合氯化铝和25mg/L高效絮凝剂，搅拌均匀，沉淀1小时后废水澄清。
实施例4
一种絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：
①在反应温度为80℃，搅拌速度为150r/min条件下，将碳酸铵滴入氯化铝溶液中，搅拌时间2h，制成氢氧化铝水凝胶，抽滤备用，碳酸铵与氯化铝的重量比为1.5:1；
②先将步骤①中制得的氢氧化铝水凝胶用高速分散机均匀分散于一缩二乙二醇中，得到分散液，氢氧化铝水凝胶与一缩二乙二醇的重量比为1:6，然后将分散液置于容器中，搅拌下升温到85℃，加入氯化铝，所述氯化铝与分散液的质量比为1:22，继续升温并在180℃条件下反应3小时；产物用丙酮沉淀，所述分散液与丙酮的体积比为1:2；洗涤并抽提除去未反应的一缩二乙二醇，放入90℃的真空烘箱内过夜，得到HDA（一缩二乙二醇-氢氧化铝杂化物）；
③丙烯酰胺单体溶于HDA水溶液中，丙烯酰胺单体与HDA的质量比为35：1；置于聚合瓶中；抽真空后充氮气，反复三次抽真空后充氮气，在真空状态下，加入浓度为3wt%硝酸铈铵溶液到聚合瓶内，摇匀，每100mlHDA溶液中硝酸铈铵加入的量为2ml；再抽一次真空并充入氮气，然后将密封的聚合瓶转移至40℃恒温槽，反应10小时；聚合完成后，取出产物，配成3wt%的水溶液，再用丙酮沉淀并抽提10小时，水溶液与丙酮的体积比为1:2，在80℃下真空烘干，即得絮凝剂；
所得絮凝剂其结构式如下：
利用上述絮凝剂对气田井场废水处理工艺步骤如下：
①对COD浓度为3980mg/L的气田井场废水加入10ml/LH2O2，氧化10min进行预处理；
②加入500mg/L聚合氯化铝和20mg/L高效絮凝剂，搅拌均匀，沉淀1小时后废水澄清。
对比例：
井场废水水质指标如下表所示时，当采取的操作条件为：加入6ml/LH2O2，氧化10min进行预处理；一般情况下，COD浓度高时，适当提高H2O2的浓度。再向废水中投加聚合氯化铝450mg/L，快速搅拌90s（G=200s-1）；其次，投加本发明的絮凝剂11mg/L，慢速搅拌500~600s（G=30~50s-1）；反应完成后静置沉淀30min，最终的处理水水质指标见下表。
本发明公开了一种高分子耦合型絮凝剂，以碳酸铵、氯化铝和丙烯酰胺为原料合成制得，主要用于气田井场作业废水污染物控制，与无机混凝剂及氧化剂等配合使用，可充分发挥药剂中的藕合型基团及强氧化自由基的催化效果，破坏水中杂环、多环及其它共轭不饱和基团，使氧化剂活性因子与其键联达到控制水中色度和其它污染因子的目的。本发明的絮凝剂脱色效果好、过滤速度快、抗氧化性能好、不返色，并可吸附废水中金属离子，控制其毒性。
本发明是在制备普通聚丙烯酰胺的基础上，向其分子结构中植入耦合官能团。操作条件(聚合温度、物料投配比等)的微小变化即可引起耦合基团植入的位置、数量发生改变，使药剂无法达到预期的应用效果。采用本发明制备药剂的操作条件，制得的絮凝剂拥有最好的处理效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①在搅拌下将碳酸铵滴入氯化铝溶液中，制成氢氧化铝水凝胶，抽滤备用，碳酸铵与氯化铝的重量比为1-2:1；
②先将步骤①中制得的氢氧化铝水凝胶用分散机均匀分散于一缩二乙二醇中，得到分散液，氢氧化铝水凝胶与一缩二乙二醇的重量比为1:4-6，然后将分散液置于容器中，搅拌下升温到85～90℃，加入氯化铝，所述氯化铝与分散液的质量比为1:18-22，继续升温并在150-180℃条件下反应3-5小时；产物用丙酮沉淀，所述分散液与丙酮的体积比为1:1～2；洗涤并抽提除去未反应的一缩二乙二醇，放入80-90℃的真空烘箱内过夜，得到HDA，即一缩二乙二醇-氢氧化铝杂化物；
③将丙烯酰胺单体溶于HDA水溶液中，丙烯酰胺单体与HDA的质量比为30～35：1；置于聚合瓶中；抽真空后充氮气，反复三次抽真空后充氮气，在真空状态下，加入浓度为3wt％硝酸铈铵溶液到聚合瓶内，摇匀，每100mlHDA溶液中硝酸铈铵加入的量为2-4ml；
再抽一次真空并充入氮气，然后将密封的聚合瓶转移至40℃恒温槽，反应8-10小时；聚合完成后，取出产物，配成1～3wt％的水溶液，再用丙酮沉淀并抽提7-10小时，水溶液与丙酮的体积比为1:1～2，在70-80℃下真空烘干，即得絮凝剂；
所得絮凝剂其结构式如下：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述步骤①中：在反应温度为80℃，搅拌速度为150r/min条件下，用酸式滴定管把60mL、15wt％的碳酸铵缓慢滴入80mL、8wt％氯化铝溶液中，搅拌时间2h，制成氢氧化铝水凝胶；
所述步骤②中：先将步骤①中制得的100g氢氧化铝水凝胶用高速分散机均匀分散于500g一缩二乙二醇中；然后将分散液置于1000mL的三颈烧瓶中，搅拌升温；
所述步骤③中：称取2.49g的丙烯酰胺单体溶于50ml浓度为10wt％的HDA水溶液中，置于60ml聚合瓶中；用小针筒打入2ml浓度为质量百分含量3％的硝酸铈铵溶液到聚合瓶内。
3.利用权利要求1或2的制备方法制备得到的絮凝剂。
4.利用权利要求3所述的絮凝剂在处理气田井场废水中的用途。
5.根据权利要求4所述的用途，其特征在于，将絮凝剂、无机混凝剂及氧化剂配合使用，具体步骤如下：
①根据废水中化学需氧量COD，ChemicalOxygenDemand的浓度先加入1～10ml/LH2O2，氧化5～10分钟进行预处理；
②加入100～500mg/L聚合氯化铝和5～25mg/L絮凝剂。
6.根据权利要求5所述的用途，其特征在于：所述絮凝剂的加入量为10～20mg/L。
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