两性高分子絮凝剂P（FA／NVP／DMC）处理钻井废水的研究.pdf

第 2 5卷第 6期 2 0 1 3年 6月 化 学 研 究 与 应 用 Ch e mi c a l Re s e a r c h a n d Ap pl i c a t i o n Vo 1 ． 2 5． N0． 6 J u n e ． 2 0 1 3 文章编号 1 0 0 4 1 6 5 6 2 0 1 3 0 6 - 0 9 0 2 - 0 5 两性 高分子絮凝剂 P F A ／ N V P ／ D MC 处理钻 井废水 的研 究 何俐臻， 丁 瑶 ， 罗宇思， 贾 丹， 叶丽君 ， 朱 明 1J I I 师范大学化学与材料科学学院， 四川成都6 1 0 0 6 8 摘要 考查了一种两性高分子絮凝剂 P F A ／ N V P ／ D MC 对钻井废水的絮凝性能。试验显示， 在 p H 7 、 投加量 为 1 8 6 ． 9 4 m g ／ [ 条件下， C O D ， 去除率达到 9 0 ． 2 ％， 浊度去除率达到 9 8 ． 9 ％； 对钻井废水絮凝处理后的絮体进 行电镜扫描， 运用非线性数学分形理论计算絮体空隙分维数， 结果表明， 理论计算与试验结果一致。 关键词 两性高分子絮凝剂； 钻井废水； 分形理论； 絮凝体形貌 ； 化学需氧量 中图分 类号 0 6 3 3 ． 5 文献标 志码 A Re s e a r c h o n a m p ho t e r i c ma c r o mo l e c u l e flo c c u l a n t P F A ／ NVP ／ DMC p r o c e s s i n g d r i l l i n g w a s t e wa t e r HE L i z h e n， D I N G Y a o ， L U O Y u s i ， J I A D a n ， Y E L i - j u n ， Z H U Mi n g C o l l e g e o f C h e mi s t r y a n d Ma t e r i a l s S c i e n c e ， S i c h u a n N o r m a l U n i v e r s i t y ， C h e n g d u 6 1 0 0 6 8 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e e l f e e l o f a n a m p h o t e r i c m a c r o m o l e e u l e fl o c c u l a n t ， P F A ／ N V P ／ D M C ， w a s i n v e s t i g a t e d i n p r o c e s s i n g d r i l l i n g wa s t e wa t e r 。 T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t wh e n t h e p H w a s 7 a n d t h e fl o c c u l e n t d o s a g e wa s 1 8 6 ． 9 4 mg ／ L， r e mo v a l r a t e o f C ODc r a n d t u r b i d i t y w e r e 9 0 ． 2 ％a n d 9 8 ． 9 ％， r e s p e c t i v e l y ． A t t h e s a m e t i m e ， t h e D ， v a l u e s o f f r a e t a l d i m e n s i o n w e r e c o m p u t e d o n a n a l y z i n g d ri l l i n g w a s t e wa t e r fl o e s S E M a n d u t i l i z i n g N o n L i n e a r f r a c t i o n al t h e o r y， t h e t h e o r i c a l c o mp u t a t i o n r e s u l t i s c o o r d i n a t e d w i t h t h e t e s t r e s ui t ． Ke y wo r d s a mp h o t e r i c ma c r o mo l e c u l e fl o e c u l a n t ； d ril l i n g wa s t e wa t e r ； f r a e t a l t h e o r y ； fl o e mo r p h 0 l 。 g y ； C OD c r 钻井废水成分 复杂且具 多变性 ， 属难 处理废 水 ， 目前用于处理钻井废水方法普遍是投加絮凝 剂 ， 使废水中发生水解聚合 和吸附作用 ， 从而改变 胶体颗粒表而特性 ， 使胶体脱稳与其他悬浮物、 可 溶性物质沉淀下来 ， 】 。当前使用最多 的絮凝剂 是聚丙烯酰胺 ， 但其单体有三致毒性 ， 会造成水体 的二次污染 ， 所以， 使用无毒或低毒的絮凝剂是未 来发展的必然趋势 ．4 。本文以钻井废水 为处理 对象 ， 选择实验室 自制不含丙烯酰胺的有 机两性 高分子絮凝剂 P F A ／ N V P ／ D MC ， 对钻井废水的 絮凝性能进 行了探究 ， 并对废水 絮体进行 电镜扫 描 ， 应用非线性数 学分形理论计算絮体空 隙分维 数 ’ ， 研究结果对新型絮凝剂的开发与应用具 有一定的参考价值。 l 实验部分 收稿 日期 2 0 1 3 -0 3 - 1 2 ； 修 回日期 2 0 1 3 -0 4 - 2 0 基金项 目 四川省教育厅成果 转化重大培育项 目 1 3 C Z 0 0 2 1 资助 联 系人简介 N nJ I 1 9 6 0 一 ， 男 ， 博士 ， 教授 ， 研究万 向 水 污染控制技术。E - ma i l z h u mi n g 1 9 6 0 2 0 0 3 y a h 0 0 _ c 。 m c n 第 6期 何俐臻， 等 两性高分子絮凝剂 P F A ／ N V P ／ D MC 处理钻井废水的研究 9 0 3 1 ． 1 主要仪器 V e r t e x 7 0型傅 里 叶 变 换 红 外 光 谱 仪 德 国 B R U K E R公司 ； D t L ／ 8 9 0总磷 自动分 析仪 美 国 H A C H公 司 ； D R B 2 0 0型 数 字 式 反 应 器 美 国 H A C H公 司 ； p HS ． 2 5型 p H计 巩义英峪华仪器 厂 ； J S M- 7 5 0 0 F冷 场 发 射 扫描 电子 显微 镜 日 本 。 1 ． 2主要试剂 富马酸 F A， C P ， 成都科龙化工试剂公司 ； N一 乙烯基吡咯烷酮 N V P， A R， 博 爱新 开源制药有 限 公司 ； 甲基 丙烯酰 氧 乙基 三 甲基氯 化铵 D MC， T ． P ， 成都顺达有 限公司 ； N a H S O 3 A R， 成都科 龙 化工试剂公 司 ； K S O A R， 精制 ， 成都科龙化工 试剂公 司 。 测定 C O D。 所用试剂见 G B 1 1 9 1 4 8 9 。钻井废 水取 自四 l 1 l l 东某气 田， 原水水质指标见表 1 。 表 1 钻 井废 水水 质 T a b l e 1 Q u a l i t y o f t h e d r i l l i n g w a s t e w a t e r 1 ． 3 实验 方 法 1 ． 3 ． 1 P F A ／ N V P ／ D MC 的合成先将一定量 的 F A、 引 发 剂 N a H S O 3 - K S O 与去 离 子水 装 入 2 5 0 mL四颈烧瓶 ， 用 5 0 ％N a O H溶液调节 p H后 ， 抽真空 两 次 ， 连 续通入 N ， 搅拌 ； 待 温度 升到 4 0 c C， 将 D M C、 N V P单体溶液滴加 到四颈瓶中 ， 反 应 3 h ； 升温到 8 0 C后补加引发剂 ， 继续反应 1 h后 冷却得 P F A ／ N V P ／ D MC 共聚产物。 1 ． 3 ． 2 红外光谱采用 K B r 压片法 。 1 ． 3 ． 3 钻井废水 絮凝 处理方 法钻井 废水絮凝 试验采用烧杯 絮凝实验法 ； C O D ， 测定 ， 依据 国 家标准 G B 1 1 9 1 4 ． 8 9 水质化学需氧量 的测定 重铬酸盐法 ， 使用 D R B 2 0 0型数字式反应器测 定 ； 浊度测定 ， 使用 D R ／ 8 9 0总磷 自动分析仪测定 ， 吸收测定法。 1 ． 3 ． 4 絮体 电镜扫描与空隙分维数非线性数 学 计算将 自然过滤出的废水絮体放人橱柜 自然风 干 ， 喷金 、 抽真空处理后用 J S M- 7 5 0 0 F冷场发射扫 描电子显微镜观察形态并拍照 J 。 在絮体 S E M 图像 放大 1 0 0 0 0倍 上 设置方 格 ， 运用非线性数学分形理论分析， 采用 S a n d b o x 盒子计数 法， 以 l n N对 l n e作 图， 线性 回归得到直 线的斜率为废水絮体空隙分维数 D s m 。 2 结果与讨 论 3∞0 ∞ 2 5 0 6 2 O ∞ 0 o 。 1 0 ∞ r埘 ⋯ 图 1 P F A ／ N V P ／ D MC 三元共聚物 的红 外光谱 图 F i g ． 1 T h e I R S p e c t r u m o f P F A ／ N V P ／ D MC e o p o l y m e r 从 图 1可 以看 出， 9 5 4 ． 4 0 c m 处是 季铵盐基 团一N C H 的特征 吸收峰 ， 1 1 5 4 ． 4 8 c m 处是 吡咯环吸收峰 ， 1 3 4 0 ． 8 1 c m 和 1 4 7 9 ． 1 6 c m 处是 一 C O O 一 基团吸收峰， 1 6 6 5 ． 8 7 c m 处是吡咯环骨架 上 一 N 的特征吸收峰 ， 1 7 2 7 ． 5 6 c m 处是 C O C O基 团的吸 收峰 ， 2 9 6 1 ． 7 9 c m 处 是一 C H 一 和 - C H 基 团的吸收峰 ， 在 3 4 3 4 ． 9 7 c m 出现的吸收峰是缘 于样 品易吸水 ， 一 C O 0 一 及一 N C H ， ， 基 团吸水产 生的水峰， 此峰宽而强⋯ 一 H 』 ， 说明 F A 、 N V P与 D MC发生了共聚 ， 产物是 P F A ／ N V P ／ D MC 。 2 ． 2 投加量对絮凝性能的影响 图 2是在 原水 p H条件下 ， 絮凝 剂投加量 对 C O D 和浊度去除率的影响。 一-一∞ 1 7 0 1 8O 1 9O 29 9 21 O 2 2 0 25 0 24O 25 4 投加 鞋 ％ 1 ． 图2 投加 量对浊度 和 C O D 去 除率的影响 F i g ． 2 E f f e c t o f fl o c c u l a n t d o s a g e O f l r e ／ Y l O V a ] r a t e o f t u r b i d i t y a n d CO Dc ∞g ； i j ； ∞ 驰 ∞ 阳 婷 始 第 6期 何俐臻 ， 等 两性高分子絮凝剂 P F A ／ N V P ／ D MC 处理钻井废水的研 究 9 0 5 图 8投加量 2 0 1 。 3 2 ms ／ L的 S E M F i g ． 8 S EM o f fl o c s o n d o s i n g 2 01 ． 3 2 mg ／L 图 9投加 量 20 1 ． 3 2 m g ／ L I n N对 l n e图 F i g．9 T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n l n N a n d l n e O i l d o s i n g 2 0 1 ． 3 2 m g ／ L 由图5 、 图7和图9 计算的絮体空隙分维数 分别是 0 ． 5 2 6 9 、 0 ． 4 2 6 1和 0 ． 4 7 0 8 。 表 2 是 C O D 去除率与絮体空隙分维数 理 论计算结果 的关系。 参考文献 [ 1 ] 张擎翰， 蒋文举． 钻井废水处理技术研究进展[ J ] ． 四川 化工， 2 0 1 1 ， 1 4 1 4 5 48 ． [ 2 ]唐琼 ， 张新申， 等． 油田含油废水处理絮凝剂的研究与 应用[ J ] ． 化学研究与应用 ， 2 0 0 2 ， 1 4 6 6 4 1 舌 ． [ 3 ]R i c h a r d M． L o P a c h i n ． A c r y l a m i d e N e u r o t o x i c i t y N e u r o l o g i c a l ， Mo r h o l o g i c al a n d Mo l e c u l a r E n d p o i - n t s i n An i ma l Mo d e l s [ J ] ． C h e m S a f e A c r y l a m F o o d ， 2 0 0 5 ， 5 6 1 ， 2 1 - 3 7 ． [ 4 ]白利松 ， 赵勇． 絮凝剂在水处理中的应用及发展趋势 [ J ] ． 中国洗涤用品工业 ， 2 0 1 2， 0 7 5 6 - 5 8 ． [ 5 ]李警阳， 孙春宝， 等． 基于分形学的絮凝理论研究进展 [ J ] ． 化工进展， 2 0 1 2 ， 3 1 1 2 2 6 0 9 ． 2 6 1 4 ． [ 6 ]P e t e r J a r v i s ， B r u c e J e ff e r s o n ， S i mo n A。 e t a 1 ． F l o c s t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s t i c s u s i ng c o n v en t i o n a l c o a g ul a t i o n f o r a h i g h d o c ， l o w a l k a l i n i t y s u r f a c e w a t e r s o u r c e [ J ] ． Wa t e r 表 2 絮凝剂不同投加量的 C O D ， 去除率与 的关系 T a b l e 2 T h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n t h e CODc r e mo v r a t e a n d t h e O f o n d i f f e r e n t d o s i n g 由表 2可 以看出， 絮凝剂三种投加量的 C O D 去除 率 呈 先 增 大 后 减 小 的 趋 势 ， 投 加 量 为 1 8 6 ． 9 4 mg ／ L时处理效果较好 ； 而非线性数学分形 理论计算的三种投加量的絮体空隙分维数 D ， 与 C O D 去除率 的高低成对应关 系。由分形理论 与 絮凝形态学 可知 ， D， 反 映 了絮体的形态 和粗糙 程 度 ， D 越 大 ， 空隙形态越复杂 ， 絮体愈疏松与分散 ， 絮凝效果不理想； D ， 越小， 絮体的空隙较少而更致 密， 絮凝效果更好。分维计算 与试 验结果相吻 合 ∞l 2 1 ] 。 3 结论 实验室 自 制有机两性高分子絮凝剂处理钻井 废水 ， 在 p H 7 、 投加量 为 1 8 6 ． 9 4 m g ／ L时， 絮凝效 果明显 ， C O D 去 除率 达到 9 0 ． 2 ％ ， 浊度去 除率达 到 9 8 ． 9 ％ 。对投 加量 为 1 7 2 ． 5 6 m g ／ L 、 1 8 6 ． 9 4 rag ,／ L 、 2 0 1 ． 3 2 m g ／ L的废水絮体进行电镜扫描 ， 由 S a n d b o x 盒子计数法计算絮体空隙分维数 D ， 分别为 0 ． 5 2 6 9 、 0 ． 4 2 6 1 、 0 ． 4 7 0 8 ， 理论计算与絮凝效果的试 验结果一致 。 R e s e a ， 2 0 0 6， 4 0 1 4 2 7 2 7 - 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