聚硅酸硫酸铁絮凝剂制备及其应用

摘要

絮凝剂的性能是直接影响絮凝沉淀效果的关键因素。因此,研制高效能、低毒性、低成本的新型絮凝剂具有重要意义。本文在分析国内外聚硅酸类复合絮凝剂研究与发展的基础上,结合气田水的特点,采用资源丰富的铁矿粉、工业浓硫酸为主要原料,在不同煅烧温度、煅烧时间、硫酸浓度、酸浸时间和液固比等条件下制得系列硫酸铁,并进行实验测试分析,根据实验数据,建立了铁浸出率模型,得到硫酸铁制备的最佳工艺参数。研究了高分子絮凝剂聚硅酸硫酸铁(PFSS)的制备技术与工艺,分析了絮凝剂PFSS的结构、性质特征,制备出了高效、可靠、适用气田水处理的新型絮凝剂PFSS,并对气田水进行了实际应用处理研究。通过合成Fe、Si摩尔比不同的聚硅酸硫酸铁,应用化学分析法、现代仪器分析测试技术,对PFSS中聚硅酸与铁之间的相互作用进行对比研究,对絮凝剂絮凝机理进行研究分析。研究表明,絮凝剂PFSS不是简单的原料复配,而是以共聚形态络合而成。Fe-O-Fe键的形成速度快,并且对Si-O-Fe键的形成有相互促进作用;Si-O-Si键(活性硅酸聚合)形成速度慢,并且对Si-O-Fe键的形成有相互阻碍作用,这是适量而不是过量的金属离子能延缓硅酸凝胶的本质原因。絮凝剂PFSS能同时具有电中和和吸附架桥絮凝作用。实验中采用自制絮凝剂PFSS分别处理模拟废水和气田水,并与目前广泛使用的水处理剂PFS、PAC进行对比研究和分析。同时,对影响絮凝剂PFSS处理效果的主要因素进行系统分析,确定了本实验条件下最佳的水处理条件和工艺参数。结果表明,PFSS的絮凝效果优于PFS、PAC,当PFSS用量为400mg/L,PH=6时,可使气田水COD去除率达到70％以上。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 气田水处理技术研究进展

1.1.1 气田水的来源、成分及特征

1.1.2 气田水的污染

1.1.3 气田水处理概述

1.2 无机絮凝剂发展概述

1.2.1 絮凝剂的定义

1.2.2 无机絮凝剂的分类

1.2.3 无机絮凝剂的作用机理

1.3 絮凝法处理酸化气田水研究进展

1.4 存在问题初步分析

1.5 本文的研究内容、方法和技术路线

2 铁矿粉中铁的浸出实验

2.1 实验原料及器材

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验装置

2.2 实验原理与方法

2.3 实验结果与讨论

2.3.1 铁矿粉中铁的浸出实验

2.3.2 数学模型的建立

2.4 铁的测定方法

2.4.1 Fe~(2+)含量的测定（KMnO_4 法）

2.4.2 Fe~(3+)含量的测定

2.5 本章小结

3 絮凝剂PFSS 的制备及其性质与应用

3.1 聚硅酸的制备

3.1.1 实验原料

3.1.2 实验原理与方法

3.2 PFSS 絮凝剂的制备

3.2.1 实验原料及器材

3.2.2 实验原理与方法

3.2.3 实验结果与讨论

3.3 絮凝剂对模拟废水的初步应用研究

3.3.1 实验原料及器材

3.3.2 实验方法

3.3.3 实验结果与讨论

3.4 絮凝剂的基本性质的测定

3.4.1 絮凝剂PFSS 的聚合性能表征

3.4.2 絮凝剂的X 射线衍射（XRD）分析

3.4.3 絮凝剂的紫外吸收(UVA)分析

3.5 本章小结

4 PFSS 絮凝剂在气田水处理中的应用与研究

4.1 实验原料及器材

4.1.1 实验水样

4.1.2 实验原料

4.1.3 实验仪器

4.2 实验方法

4.3 实验结果与讨论

4.3.1 絮凝剂PFSS 投加量对气田水处理效果的影响

4.3.2 PH 值对气田水处理效果的影响

4.3.3 PFSS 与PFS、PAC 絮凝效果比较

4.4 絮凝剂形态特征及絮凝机理初步分析

4.4.1 硅酸的聚合机理

4.4.2 铁盐的性质

4.4.3 硫酸根离子的絮凝特性

4.4.4 聚硅酸硫酸铁絮凝剂作用机理初探

4.5 PFSS 在处理气田水中的优点

4.6 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

附录