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含PAM三次采油污水处理技术研究

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PAM 三次采油 污水处理 技术研究
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华中科技大学硕士学位论文含靖文申请学位级别:硕士专业:应用化学指导教师:唐和清;罗逸20060511 要我国是水资源短缺和水污染严重的国家之一。随着我国各大油田相继进入三次采油阶段,油田污水产出量不断增加。三次采油污水含有聚丙烯酰胺(具有高粘度和乳化稳定性强的特点。这类含了净化三次采油污水,便于该污水可以回注重新利用或外排,需要去除污水中的而降低其污水粘度。然而国内目前尚无处理这类污水的有效方法。本文首先探讨了油田污水中微量实了在模拟现场条件下浊度法是测定油田污水中微量度较高的分析方法。通过比较油田含油污水的多种处理技术的优缺点和分析目前国内各大油田对含聚污水缺乏有效的处理方法的现状,提出了混凝沉淀法来处理含此基础上,进一步合成了聚硅酸铝,并且以河南油田、大庆油田及胜利油田三采污水为实验用水,详细研究了聚硅酸铝处理含括药剂投加量、水样度及药剂熟化时间对处理过程的影响,同时也对聚硅酸铝处理其他废水进行了定性的研究。大量的实验结果证实,由于聚合物的存在,聚合物驱采污水与水驱采污水相比粘度更大、粒径更小,常规的无机高分子混凝剂很难将这类污水处理达到较好的效果,而采用本工作合成的改性聚硅酸铝(以将含度与自来水的粘度相当,基本达到油田污水回注要求。研究结果还表明,本工作很好地解决了聚硅酸盐易凝胶保存期短的难题,可以使以保存60天不凝胶,而传统产品的保存期仅为12天,使产品的商品化成为可能。关键词:三次采油;污水处理;聚丙烯酰胺;混凝剂;聚硅酸铝of in in is of is In to to or AM be no of AM a on of is a be so it is to of of to of be of by to be in of of of AM So of is to In to of At to of 2 of 3 of of in of 0 7℃, to 2 of So it to be in 我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到,本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:日期:2006 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保 密□,在 年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名: 指导教师签名:日期:2006年 月 日 日期:2006 年 月 日11 绪 言石油是一种非再生性能源物质,在全球各种能源中占第一位,是优质的能源和重要的战略物资,被广泛地应用于交通工具和武器装备等方面,对国家的经济和国防建设有着重要的作用。因此,世界各国都在努力争取能够控制石油资源,从而保证满足工业生产和人民生活的需要。纵观我国的石油开发历史,按先后次序可以划分为一次采油、二次采油和三次采油三个阶段。油田的前期开发主要是利用油气的天然能量来进行自喷开采,中东地区目前主要是以这种形式开采,但是我国的油田中自喷井已经很少见了。这种开采方式通常称为一次采油。一次采油是一种比较原始落后的开采方式,随着天然能源的消耗,原油产量不断下降,导致生产效率低下,一般来说一次采油仅能采出油藏储量的5%-10%。随着渗流理论的发展,达西定律广泛应用于油田的开发,由于认识到油井产量与压力梯度成正比,所以人们为了提高地层压力,提出了人工注水、气的开采方式,称为二次采油。随着二次采油的不断发展,所需注水量也不断增加,采油井的含水率随之不断上升。由于水与油很难互溶,致使水与油接触的地方形成一个分界面,使油层中大量多孔的结构由于这些界面的存在而产生毛细管效应,不利于采油;水的粘度一般比油低,在不均质的油层中易沿高渗透层进入油井;水还能使地层中粘土发生膨胀、微粒运移,减少地层的渗透率等等,为了克服水的这些缺点,在水中加入各种化学剂后通过驱替剂的物理化学性质,可以把剩余的油进一步开采出来,称为三次采油[3]。国外也叫“强化石油开采技术” (本课题所要研究的含聚丙烯酰胺(次采油污水是属于三次采油中的聚合物驱采出水。聚合物驱就是向水中加入聚合物,通过提高水的波及系数来提高原油采收率的三次采油方式。我国各大油田(大庆油田、胜利油田、中原油田以及河2南油田等)主要是向水中加入超高分子量的聚丙烯酰胺,它的水溶液粘度大,注入油藏后可以使驱替剂的粘度增大,降低驱替介质的流动速度,增大注入水波及系数,扩大波及体积,从而把油驱采出来,提高采收率。聚合物驱是一种相当新的提高原油采收率的工艺方法,“八五”期间被列为国家科技攻关项目。自“九五”之后, 聚合物驱油开采面积及产量不断增加, 在保证我国油田原油稳产中发挥着不可替代的重要作用。 但是,随着聚合物驱应用规模的扩大,采出废水的量和处理难度都相应增加了。与注水驱采油废水的水质条件相比,聚合物驱采油废水中不仅含油量高,而且含有大量的聚合物。含有的聚丙烯酰胺(合物已被大量水解,一方面由于水溶性作用增大污水的粘度,根据一方面,吸附水中的油滴及固体悬浮物等颗粒[1],过多的且由于在水中的解离,使得颗粒表面带上了大量的负电荷,增加了颗粒表面的电荷电位及颗粒间的静电排斥力,再加上-团亲水水溶剂化作用,在带有大量负电荷的颗粒外围又包裹了一层水化壳,这样就大大增强了水中油滴等颗粒的乳化稳定性[2],此时得细小的油滴等颗粒难以聚结长大[3],很难从水中分离出来并使采出液粘度增大。因此,采出液不易破乳脱水。同时基于以上原因,聚合物驱采油所产生的含油污水也不同于一般的含油污水,它的主要特点有:(1) 采出水中含有聚合物,会使含油污水的粘度成倍增加(通常增加4~6 倍以上),油水乳化程度和强度增高,油水分离速度减慢。同时会增大水中胶体颗粒的稳定性,使污水处理所需的自然沉降时间增长。(2) 聚合物属亲水性表面活性剂,对W/碍W/有助于O/而增加了处理难度,使处理后的污水中油含量较高。(3) 由于阴离子型聚合物的存在,严重干扰了絮凝剂的使用效果,使絮凝作用变差,大大增加了药剂的用量。含聚合物后,含油污水处理的总体效果变差,处理后的水质达不到原有水质标准,油含量、悬浮固体含量严重超标。3(4) 由于聚合物吸附性较强,携带的泥沙量较大,大大缩短了反冲洗周期,增加了反冲洗工作量。同时由于泥沙量增大,要求污水处理各工艺环节排泥设施必须得当,必要时需增加污泥处理环节。其中,高粘度和强乳化稳定性是与其他采油污水所不同的主要特征,也是该污水难于净化处理的主要原因。聚合物驱采油技速在国内外尚属工业先导性实验,所以产生的采油污水在我国还是首次遇到,目前国内外还没有有效的处理方法[4]。因此,含聚污水的处理已经成为油田含油污水处理的重要课题之一。艺研究目前典型的含聚污水处理工艺流程有两种:一种是两级沉降、二次压力过滤的处理工艺;另一种是两级沉降、一次压力过滤的处理工艺。两级沉降、一次压力过滤的处理工艺,即是在两级沉降、二次压力过滤处理工艺的基础上减掉二次过滤的环节[5]。如果用此工艺来处理聚合物采出水,一方面将增加沉降时间、 降低过滤器滤速,从而增大地面构筑物规模,加大基础设施投资,另一方面,聚合物还会干扰絮凝剂的使用效果,使处理后的水质达不到原有水质标准,油含量、悬浮固体含量严重超标,因此有必要针对聚合物采出水的特点研究高效的油水分离工艺。陈忠喜等[6]针对油田含油污水,研制开发出新型横向流除油器。该设备由聚结板区和分离板区构成。水流在设备内沿水平方向流动,油垂直向上移动,泥垂直向下滑动,处理后水质不会产生二次污染等问题。利用单体横向流除油器在聚合物驱现场进行试验,设备的处理量为15m3/h,有效停留时间20水中聚合物质量浓度为380~420,试验结果表明,设备进口含油量变化较大(220),上,。崔万军等[7]通过分析对比常规重力式滤罐过滤前后污水水质变化以及滤砂中的含油量、悬浮固体及聚合物含量后指出,滤砂表面的聚合物浓度远远大于污水的聚合物浓度;锈蚀碳钢的存在能够加速聚合物的降解和聚合物凝胶的形成;聚合物凝胶4与污油、悬浮固体形成的混合物是引起重力式滤罐堵塞的主要原因。因此,避免聚合物在滤砂表面富集和滤罐防锈是解决滤罐堵塞、滤速降低的关键。邱辉、班辉[8]的研究比较了两台横向流除油器并联、串联或单独使用,再加上两次压力滤罐的组合工艺处理含聚污水的除油效果。结果表明,无论两台横向流除油器如何组合或单独使用,该工艺均可以使聚合物浓度为200 的含聚污水达到回注水质的要求,其中滤罐在该工艺中起着至关重要的作用。但该工艺对于聚合物浓度更大、粘度更大的含聚污水是否有效,滤罐的处理效果是否能长期保持还需要做进一步的研究。陈雷等[9]设计的工艺在不投加任何药剂的情况下可将采出水处理到符合回注水质的标准,其工艺过程为:原水首先经聚结反应器使原油颗粒分布状况变得易于重力分离,然后再进行后续的沉降过滤。同时,作者还指出,亲油性聚结填料的除油效果要好于疏油性填料,水温与聚结负荷对除油效率有较大影响。陈绍炳等[10]通过进行恒温静止分层实验和动态脱水模拟实验,证明沉降时间、破乳剂用量、沉降温度、聚合物浓度等对采出水沉降过程中油水分离效果均有影响,而如果在油水分离过程中加入亲油性填料,则可明显改善油水分离后油和污水的质量,这与陈雷的结果是一致的。蒋明虎等[11]则通过改进旋流器的结构,以使高含聚污水在水力旋流器内的运动速度加大,从而达到油水高效分离的目的。该设计对高含聚污水的水力旋流分离器现场分离效率达到85%以上。此外,有文献报道[12],利用射流气浮机处理含聚污水,可以使含油量为300 的污水经浮选、过滤后水质达到回注的要求。该工艺的原理是,利用射流泵在射流器前后产生负压,吸气后产生微细泡,微细泡携带油滴、悬浮物上浮至水面,达到净化水的目的。但由于该工艺使污水完全充氧,后续工艺必须配套脱氧工序,所以这种工艺不能起到简化流程的作用。可见,针对目前使用处理工艺的不足,人们研究了各种简化流程和提高处理效果的设备和工艺。但这些处理技术由于对聚合物去除率较低,处理后的污水含有大量的聚合物,所以不能回注到低渗透地层。含聚污水处理工艺今后的研究方向是使5处理后的污水能用于配制聚合物回用,从而实现含聚污水利用的良性循环。理方法研究含聚丙烯酰胺的污水是一类比较复杂、特殊的污水,尽管含它起到表面活性剂的作用,使原油乳化,导致污水中的含油质量分数及且随着三次采油的扩展,采油污水的数量在逐年增多,这类污水的处理已成为一个棘手的难题。目前国内关于这方面的研究有很多。温青等[13]结合采油厂提出的技术指标要求及调研结果,提出了活性炭和生物炭床吸附法、超声波降解聚合物法、电解絮凝法等经济可行的处理技术。性炭和生物炭床吸附法活性炭吸附原理:固体表面有吸附水中溶解性物质及胶体物质的能力,表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力,可用作吸附剂。一般都制成粉末或颗粒状。粉末状的活性炭吸附能力强,制备容易,价格较低,但再生困难,一般不重复使用。颗粒活性炭价格较高,但可再生后重复使用,并且使用时的劳动条件较好,操作管理简单。生物炭床法:生物炭工艺是一新兴污水处理技术,是在活性炭表面培养出微生物膜,利用活性的吸附能力和微生物的生化功能,相辅相承地达到更好的处理效果,而且活性炭不必再生。声波降解聚合物法超声波技术作为一种新的废水处理技术,在国内还鲜为人知,在国外已有大量实验室的基础研究成果,并有部分进入实际应用,被认为是一种有前途的废水处理技术。超声波对有机物的降解基于以下两个理论。1) 空化理论。超声波对有机物的降解不是直接的声波作用,因为超声波在液体中的波长为10~0. 015 远大于分子的尺寸,而是和液体中产生的空化气泡的崩灭有密切关系,其动力来源是声空化。2) 自由基理论。在空化作用产生的高温、高压下,水分子裂解产生自由基。自由基由于含有未配对电子,所以其性质活泼,很容易进一步反应成为稳定分子。6对超声波降解聚合物主要在聚合物解聚上,其降解机理如前所述,主链被空化作用产生的高温高压环境以及水力剪切力作用而断裂,形成自由基,自由基之间相互反应形成新的化合物。解絮凝法在电解絮凝法中以铁为阳极,电极反应为:阳极反应  e 极反应  222H)2生成的H)2在空气中逐渐氧化H)3,与聚合物絮凝沉淀,将其从水中去除,负极产生的氢气起到搅拌的作用。催化降解法近年来,国际上对光催化技术应用于环境治理方面的研究高度重视,研究活动非常踊跃,取得的成果非常显著,大量的研究报道表明,光催化法对环境污染物有很好的去除效果,反应过程中产生强氧化性基团(主要是·通过自由基使很多生物难降解的物质最终可以达到完全矿化。光催化法处理污水是当前污水处理四大热门研究课题之一,是一种潜在的、非常有发展前途的、对环境友好的污水处理技术。罗一菁等[14]以用紫外灯为光源,以质量浓度为200的讨了光催化氧化降解水中聚丙烯酰胺的可行性,取得了较好的试验结果。陈颖等研究者[15]以半导体粒子为光催化剂,利用光能,针对油田采污水中的讨了光催化氧化降解水中聚丙烯酰胺的可行性,取得了较好的试验结果。物处理技术生物处理方法是指利用微生物对有机物的分解能力对污水进行生物降解[16]。废水7生物处理出现于19世纪末,发展至今已成为世界各国处理城市污水和工业废水的主要手段。宋永亭等[17]利用生化方法处理三次采油污水取得了成功,有效地降低了三次采油含聚污水的聚合物含量、含油量、悬浮物和验过程中应用的高效降解聚合物菌和烃类氧化菌是技术关键。黄峰等研究者[18]从中原油田现场取样的污水中培养出的硫酸盐还原菌(简称可在聚合物驱油中生长繁殖并使水解聚丙烯酰胺(生降解;04个/恒温30℃7天的培养,1000研究表明,菌体接种量的大小、溶液的晓君等[19]采用人工模拟油田含聚废水在实验室内驯化好氧颗粒污泥,结果表明好氧颗粒污泥对含聚驱采出水有良好的适应性。在水力停留时间为144氧颗粒污泥可以将进水中的聚丙烯酰胺由350降低至150,去除率达到57%。对颗粒污泥内的优势微生物研究表明,在模拟含聚废水中对主要降解作用的微生物为产碱假单胞菌。生物处理法近年来已有不少新的发展,包括曝气塔、深井曝气、纯氧曝气以及循环间歇式生物处理等。生物法可实现无二次污染处理,虽然其处理成本相对较高,但其发展前景比较看好。分离技术膜分离技术[20]是在近20多年迅速发展起来的分离技术,用超过滤法处理原油废水以及结合盐析用反渗透法处理浮状液废水的研究已有不少报道[21]。若采用反渗透和超过滤联合处理,则在除污同时还可降低前,膜分离法处理废水正从实验室研究走向实际应用阶段,膜分离技术有很多优势,不需要加入其他试剂因而不会产生二次污染,不产生含油污泥,浓缩液可烧却处理,降低设备费用等。但是采用膜分离必须先对含有污水进行严格的物化预处理,降低进水的污染物含量,并且膜还应有适当的清洗方法,处理起来比较费力费时。从膜技术在油田的室内研究与现场应用可以看出:膜分离技术作为一种有效的分离手段,其试验和应用结果都可以达到油田的各种特殊要求,应用前景十分诱人。8但是,能否得到广泛的应用,主要取决于它分离的长期有效性和工艺的经济性。王北福等[22]为将油田驱采出水经处理后回用作聚合物配制用水,开展了超滤与电渗析联用处理含聚合物污水的试验研究。超滤膜为5- 型管式超滤膜,共4根,两两串联后再并联,其材质为留分子质量为120处理后使其表面带负电荷,因而具有抗油污染的性能。电渗析所用离子交换膜为3361和3362型异相阴阳离子交换膜,共60对,按两极4段安装,膜的有效面积为770膜面电阻<12Ω·膜面电阻<15Ω·阳极都为钛涂钌电极。结果表明:管式滤膜能有效去除水中的原油、悬浮物和聚合物等杂质,保证了电渗析装置的平稳运行,而电渗析是一种经济有效的降矿化度技术;处理出水能够达到和清水一样的配液效果,从而可以代替清水用于现场配制聚合物溶液。学氧化法王宝辉[23]等采用次氯酸盐氧化法制备了高铁酸钾,并以高铁酸钾为氧化剂,对油田含讨了高铁酸钾投加量,初始果表明,高铁酸钾是一种高效的强氧化剂,氧化解率在60上;降粘性能也非常显著,在15时,该研究者还对高铁酸钾氧化断其机理为:++(— 2O+2张铁凯等[24]通过对油田聚合物驱污水特性的研究,提出处理油田聚合物驱污水的关键是去除污水中的进行了氧化氢与亚铁离子的结合即为别适用于某些难治理的或对生物有毒性的工业废水的处理。结果表明:在聚丙烯酰胺,00:165条件下,处理后污水中下,处理每吨废水总运行费9用小于2元。理化学法陈忠喜等[25]采用“微电解- 用”工艺进行了大庆油田含油、含聚合物污水处理的试验研究。微电解( 又称为内电解、铁还原、铁碳法等,其反应器内的填料主要有两种,一种为单纯的铁刨花,另一种为铸铁屑与惰性碳颗粒(如石墨、活性碳、焦炭等) 的混合填充体。两种填料均具有微电解反应所需的基本元素:电位的油污水矿化度较高,可充当良好的电解质,形成无数的原电池,产生电极反应和由此所引起的一系列作用,能改变污水中污染物的性质,达到污水处理的目的。成的氧化体系通常称为中要作为同质催化剂,而性条件下,进攻污水中有机物分子,使其矿化为2化过程为链式反应:·它自由基和反应中间体构成了链的节点,各种自由基之间或自由基与其它物质的相互作用使自由基被消耗,反应链终止。试验表明:在适宜的反应条件下,“微电解- 有效地去除含油污水中的有机污染物,系统稳态运行的5%,除率≥90%,含油去除率≥98%,出水水质达到国家二级排放标准。学絮凝法——混凝药剂研究混凝技术是目前国内外普遍使用的一种水处理技速,是用来提高水质处理效率既经济又简便的方法,在水处理领域中得到了广泛的应用[26,27]。在油田污水现有处理工艺系统的基础上,研究出针对含聚合物污水的高效絮凝剂,不但可以避免耗费大量资金筹建新的污水处理站或增设新的处理设备而且还会提高水处理效率,目前在这方面的研究已有一些进展。邓述波[28]等通过筛选复配得到的絮凝剂絮凝剂由无机絮凝剂和有机阳离子絮凝剂组成,主要成分为无机絮凝剂,其作用是电性中和,使胶体脱稳,而其中少量的有机阳离子絮凝剂则起到电性中和及絮凝架桥的双重作用,使絮团紧密结10合。室内试验表明该絮凝剂处理聚合物驱污水效果优于合铝),调整用量可使处理后水质分别达到不同渗漏层注水控制标准。李大鹏[29]认为聚铝和硫酸铝混凝处理含聚污水的机理为:羟基铝离子的桥联作用下,形成具有空间网状结构的沉淀物而被去除,采出水粘度降低。其中聚铝能将500 。作者研制的改性聚合铝(上,处理后水质能满足一级处理的出水要求(即0 ,油<50 )。李桂华[30]等研制的絮凝剂絮凝及破乳能力,用于大庆采油二厂的聚合物驱采出水处理,出水悬浮物和残余油满足回注水标准。以上开发出的新型絮凝剂均是针对阴离子型大多是对无机阳离子絮凝剂上开发出的新型絮凝剂均是针对阴离子型大多是对无机阳离子絮凝剂的改性或是复配的结果,有机高分子絮凝剂虽然絮凝效果好,但由于价格较高,应用受到限制。可见对于絮凝法处理含聚污水的研究方向是研制高效低价的阳离子絮凝剂。综上所述,由于三次采油废水特殊性,现有的处理工艺不能够使废水达到可以回注或排放标准。最为简便的方式是,在现有工艺系统的基础上,研究出针对含聚合物污水的高效絮凝剂,从而可以避免耗费大量资金筹建新的污水处理站或增设新的处理设备。机絮凝剂絮凝剂分为无机型和有机型两大类。无机絮凝剂按金属盐可分为铝盐系及铁盐系两类;按阴离子成分又可分为盐酸系和硫酸系;按分子量可分为低分子系和高分子系两大类。11低分子絮凝剂包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等,其中硫酸铝最早是由美国开发的,迄今为止一直是重要的无机絮凝剂之一。但用于水处理时,低分子絮凝剂存在着成本高,腐蚀性大,在某些场合净水效果还不理想等缺点。无机高分子絮凝剂(60年代后在传统的铝盐、铁盐的基础上发展起来的一类新型的水处理剂,和传统药剂相比,它能成倍地提高效能,且价格相应较低,因而有逐步成为主流药剂的趋势。目前,在日本、俄罗斯、西欧以及我国, 无机高分子絮凝剂都已有相当规模的生产和应用。近几年,含有活性硅酸(聚合硅酸) 的多核无机高分子絮凝剂成为类凝效果好,处理后水中残留铝及残留色度低,生产成本相对较低,因而引起水处理界的极大关注[31,33]。机高分子絮凝剂有机高分子絮凝剂同无机高分子絮凝剂相比,具有用量少、絮凝速度快、受共存盐类、成污泥量少、并且容易处理等优点,因而有着广阔的应用前景。按照化学成分的不同,有机絮凝剂可分为天然高分子絮凝剂和人工合成高分子絮凝剂;按照其所带电荷不同,可分为非离子型、阴离子型、阳离子型和两性型絮凝剂;按产品分类可分为水溶液型、干粉型和乳胶型三类[34]。然改性高分子絮凝剂这类絮凝剂按其原料来源的不同,大体可分为淀粉衍生物、纤维素衍生物、植物胶改性产物、多聚糖类及蛋白质类改性产物等。天然高分子物质具有分子量分布广、活性基团作用点多、结构多样化等特点,易于制成性能优良的絮凝剂,其来源广、价廉、可以再生且无毒,具有良好的开发前景。合成有机高分子絮凝剂合成有机高分子絮凝剂可分为阴离子、阳离子、非离子和两性四种类型。不同的絮凝剂有不同的使用范围。阴离子型高分子絮凝剂用于去除重金属盐类及其水合氧化物,离子型可用来去除废水中的有机物,离子型可去除废水中的无机质颗粒或无机-有机质混合体系,受生物絮凝剂80年代后期,研究和开发出第三类絮凝剂,称为生物絮凝剂。该絮凝剂是利用生物技术,通过微生物发酵抽提、精制而得到的一种新型、高效、廉价的水处理剂。生物絮凝剂与普通絮凝剂相比,其优越性有:1). 易于固液分离,而且形成沉淀物少;2). 易被微生物降解,具有无毒、无害等安全性;3)))5]。凝机理絮凝作用是非常复杂的物理、化学过程。虽然已经做了许多研究,提出各种各样的理论、机理、模型,但到目前为止仍然存在若干问题尚待解决。在理论上看法也不一致,有待进一步探讨和完善。各种理论和模型之间的差异有可能长期存在下去。现在多数人认为絮凝作用机理是凝聚和絮凝两种作用过程。凝聚过程是胶体颗粒脱稳并形成细小的凝聚体的过程,而絮凝过程是所形成的细小的凝聚体在聚凝剂的桥连下生成大体积的絮凝物的过程。电中和胶体粒子的表面一般带有负电荷,粒子间有静电斥力,使胶体分散系能长期保持稳定。若能减少或消除胶粒的表面电荷,使胶体间能发生碰撞,则因在短距离内的范德华引力,胶粒间即可发生凝聚作用。许多絮凝剂的水解产物带有正电荷,它与胶体之间由于所带电荷相反,因而会产生电性中和,减少或消除了粒子间的静电斥力,降低了ζ电位,使胶体脱稳而凝聚。胶体对异组分的吸附量过大会发生电性逆转,可能造成胶体的重新悬浮,所以絮凝剂的投加量应适宜,过小或过大都会影响絮凝效果。例如三价铝盐或铁盐絮凝剂投加量过多,絮凝效果反而下降的现象,可以用本机理来解释。缩双电层机理胶体粒子的双电层结构决定了在胶体表面处反离子浓度最大,随着胶粒表面向外的距离呈递减分布,最终与溶液中离子浓度相等。当向溶液中投加电解质,使溶13液中离子浓度增高,则扩散层的厚度将减小。该过程实质是加入的反离子与扩散层原有的反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中,从而使扩散层厚度减小。当两个胶粒相互接近,由于扩散层厚度减小,ζ电位降低,因此它们之间的斥力就减小了,也就是溶液中离子浓度高的胶粒间斥力比离子浓度低的要小。胶粒间的吸力不受水的组成影响,但由于扩散层变薄,它们相撞的距离减少,这样相互间的吸力变大,其排斥与吸引的合力由斥力为主变为以引力为主(排斥势能消失了),胶粒得以迅速凝聚。间架桥高分子量和非离子型絮凝剂对带负电荷胶粒的脱稳作用,是通过絮凝剂分子不同链节或重复单元在胶粒上的吸附引起的。由于一个线性高分子可以同时被几个胶粒吸附,因而高分子絮凝剂能起粒间架桥使胶粒聚沉的作用。阳离子型和阴离子型高分子絮凝剂和无机絮凝剂既有电中和作用也有粒间架桥作用。在废水处理中,对高分子絮凝剂的投加量及搅拌时间和强度都应有严格控制。投加量过大时,一开始微粒就被若干高分子链包围,而无空白部位去吸附其他的高分子链,结果造成胶粒表面过饱和现象和产生再稳现象(也叫护胶作用)。若用絮凝剂在粒子表面的覆盖率来衡量,胶体脱稳时的覆盖率应为9%~50%,当覆盖率达90%以上时,桥联作用减弱,产生护胶作用。粒间架桥机理示意图[36]of of 吸附架桥过程中,胶粒并不一定要脱稳,也无须直接接触。这个机理可解释非离子型或带同号电荷的离子型高分子絮凝剂得到好的絮凝效果的现象。絮凝体+脱稳胶体高分子聚合物 胶体 脱稳胶体+淀物网捕及卷扫机理某些高价金属盐类作为水处理药剂,在投加
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