自制聚硅氯化铝在钻井污水中的应用

自制聚硅氯化铝在钻井污水中的应用潘登，郑延成，余丽雯，董三宝，孟浩(长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州434020)［摘要］基于钻井污水含铁量高的特点，在室温、常压下以硅酸钠、硅酸乙酯和三氯化铝为原料制备了聚硅氯化铝(PASC)，并将其与筛选出的阴离子聚丙烯酰胺(APAM)复合使用，通过分析其对铁离子去除率的影响，确定了最佳的操作条件:温度30℃，pH=7．0，PASC加量为50．0mg/L，APAM加量为10．0mg/L，搅拌速度60r/min，搅拌15min，静置40min。此条件下污水的铁离子去除率可达96．03%。实验表明，复合絮凝剂PASC和APAM是处理钻井污水的理想絮凝剂，采用PASC处理钻井污水的絮凝效果明显好于聚合氯化铝(PAC)。［关键词］复合絮凝剂聚硅氯化铝聚合氯化铝钻井污水聚丙烯酰胺收稿日期:2013－12－24。作者简介:潘登，长江大学在读研究生，从事表面活性剂方面的研究。钻井污水是由黏土、表面活性剂、油类和金属盐等构成的复杂体系，是油田污水的主要来源之一［1］。絮凝法处理钻井污水，操作简单，用量少、成本低、效果好，适用范围广泛［2－3］。常用的无机絮凝剂为Al3+盐系和Fe3+盐系，有机高分子絮凝剂主要为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠及其衍生物，但单一类型的絮凝剂已难以满足实际的生产需求，通过制备改性的复合絮凝剂来提高絮凝效果，是一种行之有效的技术手段［4］。聚合氯化铝(PAC)用量少，效率高，但生产条件苛刻，稳定性差［5］。聚硅酸具有较大的比表面积和高电荷密度，将适量的Al3+引入到活性聚硅酸后，Al3+与硅酸可通过共聚形成稳定的阳离子型聚硅酸，在混凝过程中同时发生静电中和、吸附架桥及网捕作用，从而产生良好的絮凝效果［6－7］。为了达到净化污水回注地层的目的，针对PAC的不足，现以硅酸钠、硅酸乙酯和三氯化铝为原料制备了聚硅氯化铝(PASC)，并对其絮凝性能和操作条件进行了探索研究［8－9］。1实验部分1．1试剂三氯化铝、硅酸钠、硅酸乙酯、盐酸、氢氧化钠、盐酸羟胺、邻二氮菲、冰乙酸、醋酸钠等，均为分析纯。PAC、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)、阴离子聚丙烯酰胺(APAM)及非离子聚丙烯酰胺(NPAM)、聚合硫酸铝(PAS)、聚磷氯化铝(PPAC)，河南环创净水材料有限公司;钻井污水，取自江汉油田。1．2聚硅氯化铝的制备称取硅酸钠与硅酸乙酯，按照质量比2∶1复合，加水稀释到SiO2含量为5．0%，用稀盐酸调pH值为5．0～6．0，熟化4h。向熟化好的硅酸盐中加入AlCl3，控制Al与Si物质的量比为1．2，搅拌40～50min，在室温下放置陈化3．0～4．0h，加水稀释使SiO2的浓度为1．0%～2．0%，得到聚硅氯化铝溶液。1．3铁含量测试方法试验采用邻二氮菲分光光度法测定铁离子含量，该法灵敏度高、稳定性好，容易消除钙镁离子的干扰［10］。在30℃下，取定量的污水水样，加入NaOH溶液调pH至7．0，再加入絮凝剂和助凝剂，低速搅拌一定时间，静置40～50min，取1mL上清液，加入1．0mL10%盐酸羟胺溶液(现配现用)，2．0mL0．15%邻二氮菲溶液和5．0mLCH3COOH－CH3COONa缓冲溶液，定容至50mL，放置15～20min待用，在510nm处测定吸光度，计算污水的铁离子去除率。2结果与讨论2．1絮凝剂筛选实验选取铝盐絮凝剂PAC、PAS、PPAC和合成的PASC，根据1．3的方法，向原水样中加入不同浓度的各种絮凝剂，测定污水的铁离子去除率，结果见图1。03精细石油化工进展ADVANCESINFINEPETＲOCHEMICALS第15卷第2期DOI:10.13534/j.cnki.32-1601/te.2014.02.007图1絮凝剂处理含铁污水的试验结果由图1可知，随着絮凝剂用量的增加，除铁效果越来越好，但絮凝剂用量加到80mg/L之后，铁离子去除率的增幅越来越小。在相同加量和条件下，PASC的除铁效果最好，搅拌后可迅速形成矾花，分层明显，上清液最为清澈，PPAC次之，PAC和PAS效果最差，因此絮凝剂选择PASC。2．2pH值的确定固定PASC加量为50mg/L，用20%NaOH溶液调节原水样的pH值，测试pH值对铁离子去除率的影响，结果见图2。图2pH值对铁离子去除率的影响由图2可知，pH值对铁离子去除率有较大的影响。随着pH值的增加，铁离子去除率先增加后减小，在pH值为7．0时，除铁效果最为理想，铁离子去除率可达85%以上，而当pH值超过7．0后，铁离子去除率迅速降低。这是由于pH值较小时，酸性条件下使得SiO2聚合沉积，减弱了PASC对污水中胶体颗粒的吸附架桥作用［11］;而pH值较大时，OH－会中和掉部分Al3+，使得PASC的电中和能力减弱，阻碍了絮凝反应的进行，使絮凝效果变