複合絮凝劑是將兩種或多種單組分絮凝劑通過某些化學反應，形成大分子量的共聚複合物，這樣既克服了單一絮凝劑的不足，也充分發揮了多種絮凝劑的協同作用產生顯著的增效互補作用，實踐證明，複合絮凝劑表現出優於單一絮凝劑的絮凝性能。從化學組成來說，複合絮凝劑又可分為無機-無機複合絮凝劑、無機-有機複合絮凝劑、有機-有機複合絮凝劑。
基本介紹
- 中文名：複合絮凝劑
- 定義：水質處理方法
- 類型：無機-無機複合絮凝劑
- 適用範圍：工業用水、廢水及生活污水的處理
絮凝劑特點,複合絮凝劑,無機複合絮凝劑,複合絮凝劑的套用,絮凝劑,聚丙烯醯胺,石油工業上套用,
絮凝劑特點
絮凝技術是國內外普遍用來提高水質處理效率的一種既經濟又簡便的水質處理方法，它廣泛用於工業用水、工業廢水及生活污水的處理。在絮凝劑的選擇和套用中，絕大多數放在無機絮凝劑和合成一般高分子絮凝劑上，而對複合絮凝劑的研究和套用很少。
在形態、聚合度及相應的凝聚－絮凝效果方面，無機高分子絮凝劑仍處於傳統金屬鹽混凝劑與有機絮凝劑之間的位置。它的分子量和粒度大小以及絮凝架橋能力仍比有機絮凝劑差很多，而且還存在對進一步水解反應的不穩定性問題。此外無機絮凝劑的投加量大，產污泥量多，並且處理複雜；一般的有機高分子絮凝劑的價格昂貴，合成過程複雜。因而尋求一種價格低、處理效果好的新型絮凝劑就顯得越來越重要。
複合絮凝劑
複合絮凝劑是將兩種或多種單組分絮凝劑通過某些化學反應，形成大分子量的共聚複合物，這樣既克服了單一絮凝劑的不足，也充分發揮了多種絮凝劑的協同作用產生顯著的增效互補作用，實踐證明，複合絮凝劑表現出優於單一絮凝劑的絮凝性能。從化學組成來說，複合絮凝劑又可分為無機-無機複合絮凝劑、無機-有機複合絮凝劑、有機-有機複合絮凝劑。關於無機複合絮凝劑的報導較多，而無機-有機複合及有機-有機複合絮凝劑的報導較少，研究表明，無機-有機複合絮凝劑的絮凝效果較佳，有望成為新生代的高效絮凝劑。複合絮凝劑,水處理藥劑,絮凝劑
無機複合絮凝劑
無機複合絮凝劑主要是鋁鹽、鐵鹽及矽酸鹽的複合。可以通過先羥基化聚合後再加以混合;或者先混合再羥基化聚合，但最終總要形成羥基化的、有更高聚合度的形態，太能有良好的絮凝效果。無機-無機複合絮凝劑有：聚合氯化鋁鐵、聚合矽酸鐵、聚合硫酸鋁鐵、聚合硫酸氯化鋁鐵、聚磷硫酸鐵等。聚合氯化鋁鐵是潔之源水處理主打產品之一，是一種一鋁鹽為主，鐵鹽為輔新型無機高分子絮凝劑。它不僅具有聚合鋁鹽基度高、對原水適應性強的特點，又有聚合鐵分子量大、形成絮體大而密實、沉降速度快的優點，而且合成聚合氯化鋁鐵的原料來源廣泛，主要為工業廢渣如粉煤炭、鋁礬土、硫鐵礦燒渣等。這種絮凝劑不僅成本低廉，而且可達到以廢治廢的目的，減輕對環境的壓力。聚矽酸金屬鹽絮凝劑是另一類重要的複合絮凝劑。聚合矽酸雖然穩定性差，但它具有較高的分子量和較長的分子鏈，在結構上類似有機高分子絮凝劑，具有較強的吸附、架橋和卷掃作用。因此把聚矽酸與無機鐵鋁鹽絮凝劑複合，可以製備一系列性能穩定的新型無機高分子絮凝劑，即能發揮聚矽酸的優勢，又能彌補鋁鐵絮凝劑自身的不足。此外無機絮凝劑中引入陰離子如硫酸根離子、磷酸根離子也能起到增聚作用，提高絮凝效果。
有機複合絮凝劑
有機複合絮凝劑以其品種多樣化，性能多元化而占主導地位。其複合機理主要與其協同作用有關。一方面污水雜質為無機絮凝劑所吸附發生電中和作用而聚凝，使得形成的顆粒逐漸增大;另一方面又通過有機高分子的橋連作用，吸附在有機高分子的活性基團上，從而網捕其他的雜質顆粒一同下沉，其絮凝效果優於單一絮凝劑。
在有機-有機複合絮凝劑中，澱粉-聚丙烯醯胺接枝共聚物的研究日漸引起人們的重視，並取得了一定研究進展，它與均聚丙烯醯胺相比，具有絮凝能力強、分子鏈穩定性好、適應範圍寬、陽離子化反應更容易等特點。因此接枝型聚丙烯醯胺是一類有良好套用前景的新型絮凝劑。
固體聚丙烯醯胺為白色或微黃色顆粒或粉末，分子量在400－2000萬之間，固體產品外觀為白色或略帶黃色粉末，液態為無色粘稠膠體狀，易溶於水，溫度超過120℃時易分解；膠體聚丙烯醯胺為無色或微黃色透明膠體。聚丙烯醯胺為水溶性高分子聚合物，按離子特性分可分為陰離子聚丙烯醯胺、陽離子聚丙烯醯胺、非離子聚丙烯醯胺和兩性聚丙烯醯胺型四種類型。
複合絮凝劑的套用
(1)複合絮凝劑用在表面吸附水 污泥屬於凝膠，是由絮狀的膠體顆粒集合而成。污泥的膠體顆粒很小，與其體積相比表面積很大，由於表面張力的作用吸附的水分也就很多。膠體顆粒帶有相同性質的電荷，相互排斥，妨礙顆粒的聚集、長大，而保持穩定狀態，因而表面吸附水用普通的濃縮或脫水方法去除比較困難。只有加入能起混凝作用的電解質，使膠體顆粒的電荷得到中和後，顆粒呈不穩定狀態，黏附在一起，最後沉降下來。顆粒增大後其比表面積減小，表面張力隨之降低，表面吸附水也隨之從膠體顆粒上脫離。
(2)複合絮凝劑用在間隙水間隙水是指污泥顆粒包圍著的游離水分，它並不與污泥顆粒直接結合，因而很容易分離，只需在濃縮池中控制適當的停留時間，利用重力作用，就能將其分離出來。間隙水一般要占污泥中總含水量的65%～85%，這部分水就是污泥濃縮的主要對象。
(3)複合絮凝劑用在毛細結合水 污泥由高度密集的細小固體顆粒組成，在固體顆粒接觸表面上，由於毛細力的作用，形成毛細結合水，毛細結合水約占污泥中總含水量的15%～25%。由於毛細水和污泥顆粒之間的結合力較強，濃縮作用不能將毛細結合水分離，需藉助較高的機械作用力和能量，如真空過濾、壓力過濾和離心分離才能去除這部分水分。
(4)複合絮凝劑用在內部結合水 內部結合水是指包含在污泥中微生物細胞體內的水分。它的含量與污泥中微生物細胞體所占的比例有關。一般初沉污泥內部結合水較少，二沉污泥中內部結合水較多。這種內部結合水與固體結合得很緊密，使用機械方法去除這部分水是行不通的。要去除這部分水分，可以通過好氧菌或厭氧菌的作用進行生物分解，或採用高溫加熱和冷凍等措旌，破壞細胞膜，使細胞液滲出，由內部結合水變為外部液體。內部結合水的含量不多，內部結合水和表面吸附水一起只占污泥中總含水量的10%左右。
絮凝劑
聚丙烯醯胺
聚丙烯醯胺絮凝劑為水溶性高分子聚合物，不溶於大多數有機溶劑，具有良好的絮凝性，可以降低液體之間的磨擦阻力，按離子特性分可分為非離子、陰離子、陽離子和兩性型四種類型。
聚丙烯醯胺絮凝劑溶解時,應注意將產品均勻的慢慢地加入帶攪拌和加熱措施的溶解器中,應避免結固,溶液在適宜溫度下配製,並應避免長時間過劇的機械剪下.建議攪拌器60—200轉/min,否則會導致聚合物降解,影響使用效果.
聚丙烯醯胺絮凝劑在廢水處理中的絮凝作用是由於它的兩個特點： 長鏈(線)狀的分子結構和聚丙烯醯胺分子中含有大量活性基團。聚丙烯醯胺是直鏈狀聚合物，因每個分子是由十萬個以上的單體聚合構成，分子鏈相當長。它如果完全伸直，其長度要比一般的分子 (如蔗糖)或離子(如ca2+)長數萬倍以上。由於它的分子長而細，會彎曲或捲曲成不規則的曲線形狀。這個長分子鏈向外側伸出許多化學活性基團：醯胺基－conh2及羧基－cooˉ。醯胺基是非離子性基團，但亦善於形成副價鍵而與其它物質的活性基團吸附並連結起來。由於聚丙烯醯胺分子長而細並有許多化學活性基團，它們能和沉澱微粒產生很多連線而形成較大的絮凝物，這些絮凝物的結構就象棉絮那樣，鬆散、無定形，互相連結但不很穩固，內部有很多空間和很多微細的網路，包藏著大量液體，因而絮凝物的比重頗接近它所存在的液體本身。絮凝物中還網路了各種各樣的微粒，這就將各種不同成分、不同性質、不同大小的微粒集合在一起。因此，良好的絮凝劑處理能將溶液中原有的微粒完全網路除去，使溶液顯得特別清亮透明和有光澤。由於絮凝物的尺寸較大，它的沉降和過濾都比較快。聚丙烯醯胺絮凝劑與廢水中膠體的絮凝作用是通過化學吸附和物理網路這兩種形式產生的。根據上述機理可知，分子量較高、分子較長的聚丙烯醯胺，能吸附較多的微粒，形成網路的能力較強，故絮凝效能較好。同理，聚丙烯醯胺分子中羧基的比例適當也很重要，因廢水中的膠體多數帶負電，聚丙烯醯胺需要有適量的羧基通過鈣離子架橋與它作用。但如果羧基含量太多，聚丙烯醯胺分子本身負電過強，本身分子之間的相斥力過大，也不利於絮凝作用。聚丙烯醯胺(PAM)的種類分為陰離子、陽離子、非離子、兩性離子型，在廢水處理中，聚丙烯醯胺絮凝劑用來提高水處理過程中沉降、澄清、過濾、離心等工藝的效率。
新型PAM工藝：
聚丙烯醯胺採用光聚絕熱聚合後水解工藝，具有獨特的創新性.水溶性好，絮凝效果好，規格齊全，聚丙烯醯胺年產量逾千噸，滿足廣大客戶需求。聚丙烯醯胺簡稱PAM，分為：陰離子聚丙烯醯胺，陽離子聚丙烯醯胺，兩性離子聚丙烯醯胺，主要用城市、工業污水處理、油田、造紙業、金屬礦業、洗煤、紡織印染、皮革廠等行業，淨水產品，投加量少，效果顯著，價格合理，快速達到污水處理效果。
石油工業上套用
一、聚丙烯醯胺絮凝劑在三次採油中的套用
聚丙烯醯胺絮凝劑的增稠、絮凝和對流體的流變性調節的作用所具備的性能使得它在石油開採中充 當了重要的角色。它廣泛地被用於鑽井、堵水、酸化水、壓裂、洗井、完井、減阻、防垢和 驅油等方面。總的來說，使用聚丙烯醯胺絮凝劑是為了提高石油的開採率(EOR)。特別是許多油田已 進入二次、三次開採，油藏深度一般都在1000m以上，有的油藏深度達7000m，地層的非 均質性以及海上油田給採油作業提出了更加苛刻的條件，深層採油和海上採油相應地也給 PAM提出了新的要求，要求它耐剪力，耐高溫(100℃以上直至200℃)，耐鈣離子、鎂離子 ，耐海水降解。
自20世紀80年代以來，國外對適用於採油的PAM的基礎研究和製備、套用研究以及 品種開發各方面均取得了很大進展。
美國菲利浦石油公司(Phillips Petroleum Co．)專家阿罕默德M．A．和彼得H．D，對 PAM在高溫高鹽礦化水中的研究結果表明：
(1)在礦化度很低(<20×10-6)時，無論濃度、水解度及相對分子質量大小如何， PAM水溶液的濁點均在204℃以上；二價陽離子濃度稍有增加，濁點即大大降低，水解度 越高，濁點降低越明顯；
(3)在等摩爾水平上比較，鈣離子降低濁點的作用大於鎂離子，Sr離子和Ba離子；
(4)二價陽離子濃度大於等於100×10娟時，水解度是決定聚丙烯醯胺絮凝劑溶液濁點的關鍵參數；
(5)相對分子質量和濃度也影響溶液濁點，但相對於水解度而言是次要因素；
(6)聚丙烯醯胺絮凝劑水解後溶液濁點降低，水解是一平衡過程，水解平衡值隨溫度而不同；
(7)在溫度小於75℃時，聚丙烯醯胺絮凝劑在任何礦化度的水溶液中均穩定，超過75℃後，隨溫度 升高，沉澱物形成加快，降低水的礦化度可延長穩定時間，但要求的礦化度往往低於油田水 實際礦化度。
二、用作堵水調整劑
在油田生產過程中，由於地層的非均質性，常產生水浸問題，需要進行堵水，其實質是 改變水在地層中的滲流狀態，以達到減少油田產水、保持地層能量、提高油田最終採收率的 目的。聚丙烯醯胺絮凝劑類化學堵水劑具有對油和水的滲透能力的選擇性，對油的滲透性降低最高 可超過10%，而對水的滲透性減少可超過90%。選擇性堵水這一特點是其他堵水劑所沒有 的，通常按地層類型選擇合適的聚丙烯醯胺相對分子質量。均質性好、平均滲透率高的油 層，可選用中相對分子質量((500～。700)×10。)的聚丙烯醯胺絮凝劑；基岩滲透率低的裂縫性油層或滲透率變化大的油層，可選用高相對分子質量(1000×10。以上)的聚丙烯醯胺。聚丙烯醯胺在使用時可不交聯使用，但可與鋁鹽、鉻鹽、鋯鹽等交聯生成凝膠使用，還可添加某些樹脂以形成互容聚合物網路，使之具有更高的耐溫性。該方法已在國內碳酸鹽底水油藏高含水油田堵水中套用，取得明顯效果。採用聚丙烯醯胺還可調整地層內吸水剖面及封堵大孔道，實踐中已取得良好效果。
我國各油田在使用聚丙烯醯胺絮凝劑方面都做了大量試驗。油田用平均相對分子質量為(300 ～350)×10‘，水解度為10%～15%的聚丙烯醯胺，在油井堵水上獲得良好效果。採用水解度為30%，相對分子質量為400×10。的聚丙烯醯胺絮凝劑在地質鑽探上，起到了維護孔壁穩定，防止鑽孔滲漏的作用。採用水解度為30%的聚丙烯醯胺絮凝劑作鑽井液處理劑，降低了鑽井液的滲透速度，提高了鑽孑L速度，縮短了鑽井液的攪拌時間，因而減少鑽井液攪拌和台數，提高黏土造漿率達30%～50%，。有時，在堵水中需使用部分交聯的聚丙烯醯胺。為了提高堵水出油的選擇性，交聯度要儘量低些。聚丙烯醯胺絮凝劑的相對分子質量通常在(300—500)×10。之間，相對分子質量的選擇以孔隙結構的滲透率為依據。滲透率大於1D的堵層，聚合物相對分子質量以300×10。左右為宜。滲透率更高時，叮用(500～800)×10。的聚丙烯醯胺。水解度也和堵層岩石的性質有關，灰岩吸附能力強，水解度應高些，約為20%～30%，砂岩吸附能力低，水解度為5%～20%。
三、用作鑽井液調整劑和壓裂液添加劑
作為鑽井液調整劑，經常使用部分水解聚丙烯醯胺(HPAM)，它由聚丙烯醯胺水解而得。其作用是調節鑽井液的流變性，攜帶岩屑，潤滑鑽頭，減少流體損失等。用聚丙烯醯胺調製的鑽井液比重低，可減輕對油氣層的壓力和堵塞，容易發現油氣層，並有利於鑽井，鑽井速度比常規鑽井液高19%，比機械鑽速高45%左右。此外，還可大大減少卡鑽事故，減輕設備磨損，並能防止發生井漏和坍塌。
壓裂工藝是油田開發緻密層的重要增產措施。亞甲基聚丙烯醯胺交聯而成的壓裂液，因具有高黏度，低摩阻、良好的懸砂能力、濾失性小、黏度穩定性好、殘渣少、貨源廣、配製方便和成本低而被廣泛套用。
在壓裂和酸化處理中，將聚丙烯醯胺絮凝劑配製成濃度為0．01%～4%的水溶液，泵入井下地層，使地層斷裂。聚丙烯醯胺絮凝劑水溶液具有增稠攜砂、降低壓裂液流失的作用。而且，聚丙烯醯胺有降阻作用，因而能使壓力的傳遞損失下降。
四、油井水泥外加劑
以AMPs與甲基丙烯酸、丙烯醯胺製備的三元共聚物，適用於各種鹽水鑽井液，起到良好的高溫緩凝作用。美國：Halliburton公司推出的AMPS與丙烯酸的共聚物，AMPS與N，N 一二甲基丙烯醯胺的共聚物和羧甲基羥乙基纖維素組成的複合物作為油井水泥外加劑，可有效地降低水鑽井液的高溫濾失量。
五、鑽井液處理劑
AMPs與丙烯醯胺和澱粉的接枝共聚物，AMPS與丙烯醯胺和N，N一二甲基丙烯醯胺的共聚物，AMPS與腐殖酸和丙烯醯胺的接枝共聚物在淡水鑽井液、鹽水鑽井液、飽和鹽水鑽
井液和海水鑽井液中均具有較好的降濾失和抗溫、抗鹽能力。
黏土分散和其他因素造成的污染往往引起鑽井液的黏度增加，此時需要用降黏劑來控制鑽井液的流變性。常見的、用量最大的鑽井液降黏劑為鐵鉻木質素磺酸鹽降黏劑(FCLS)。 AMPs與丙烯酸和甲基丙烯酸的三元共聚物用作鑽井液降黏劑取代FCLS，即保留了FcIJS良好的抗鹽性能和抗溫性能，又克服了FCIJS的毒性。研究表明，三元共聚物比二元共聚物的抗高價金屬離子的能力更強。
六、完井液和修井液添加劑
AMPS與丙烯酸和衣康酸的共聚物，可用作配製海水、鹽水的增黏劑，使完井液黏度提高4倍以上，並且具有良好的熱穩定性，克服了傳統聚合物在鹽水體系中黏度下降的缺點。
六、油田水處理劑
AMPs的均聚物與丙烯酸、丙烯腈、丙烯醯胺等形成的共聚物，可用作油田污水處理的 絮凝劑、污泥脫水劑和防垢阻垢劑，F．Goodrich公司推出的由AMPS、丙烯酸和苯乙烯磺酸 鈉組成的三元共聚物對硫酸鈣垢和磷酸鈣垢都有很好的抑制作用，其阻垢率均達到97%以 上。文獻資料表明，以AMPs共聚物作水處理劑具有用量少，效果優於現有聚丙烯醯胺類水處理劑的特點。
