基于压裂废水处理的絮凝剂合成及联合工艺研究

摘要

压裂作业是油气田增产的重要措施，但同时带来了大量的压裂废水，其具有高COD值、高稳定性、高粘度的特点，若不对压裂废水进行有效的处理将对环境造成严重污染。本文旨在通过分析压裂废水的污染物类型，探究絮凝剂对污染物的去除效果并研究其构效关系，研制更有针对性的絮凝剂，并根据水质特点组合更有效的处理工艺对废水进行处理。 首先对三种压裂废水的水质进行分析，包括基本分析（酸碱性、油含量、悬浮物质量浓度、COD值等），COD的构成分析。研究常用的絮凝剂对压裂废水的絮凝性能，通过单因素考察和正交试验确定絮凝剂最佳复配条件；并分别探讨有机絮凝剂的阳离子度、分子量与CODCr去除率的关系，其中阳离子度较大，分子量适中的絮凝剂对废水CODCr的去除效果较好。 以自制的阳离子单体3-丙烯酰氧基-2-羟丙基三甲基氯化铵(AHPTAC)与丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸（AMPS）为单体，通过自由基聚合制备三元两性聚丙烯酰胺PAAA，以PAAA絮凝性能为指标考察各影响因素，得到最佳制备条件。并以涪陵压裂废水为实验样本，对PAAA与CPAM的絮凝性能进行比较，结果表明，PAAA具有较好的絮凝性能，对于水溶性和油溶性污染物均具有明显的去除作用，适用水质范围更广。 采用“絮凝-微电解-氧化”联合工艺对压裂废水进行处理，并对微电解的影响因素（进水pH值、时间、铁碳质量比等），氧化剂的种类（Fenton试剂和K2FeO4）及氧化条件（氧化剂用量、温度、时间等）进行考察，分别得到最佳微电解条件和最佳氧化条件。通过最佳联合工艺对三种压裂废水进行处理，处理后废水水质得到明显改善，其中，处理后涪陵压裂废水的油含量、SS达到国家一级排放标准，COD达到国家二级排放标准。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2压裂废水的特点

1.3 国内外压裂废水的处理现状

1.3.1固化法

1.3.2生物法

1.3.3氧化法

1.3.4 Fe/C微电解法

1.3.5絮凝法

1.3.6联合工艺

1.3.7国外压裂废水的处理现状

1.4有机絮凝剂的研究现状

1.4.1阳离子型聚丙烯酰胺

1.4.2阴离子型聚丙烯酰胺

1.4.3非离子型聚丙烯酰胺

1.4.4两性聚丙烯酰胺

1.5 研究目的及内容

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究内容

第二章 压裂废水水质分析

2.1 实验部分

2.1.1 实验原料及试剂

2.1.2 实验仪器

2.2 实验方法

2.2.1 基本水质分析方法

2.2.2 水样CODcr构成分析方法

2.2.3 水样有机成分分析方法

2.3 实验结果与讨论

2.3.1 基本水质分析

2.3.2 水样CODcr构成分析

2.3.3 水样有机成分分析

2.3.4水样紫外分析

2.4 本章小结

第三章 絮凝剂对压裂废水的COD去除效果研究

3.1 实验部分

3.1.1 实验试剂

3.1.2 实验仪器

3.2 实验原理

3.3 絮凝实验方法

3.4 结果与讨论

3.4.1无机高分子絮凝剂的絮凝性能

3.4.2有机高分子絮凝剂的絮凝性能

3.4.3絮凝剂复配性能研究

3.4.4絮凝剂构效关系研究

3.5 本章小结

第四章 PAAA絮凝剂的制备及性能研究

4.1 实验仪器及试剂

4.1.1 实验仪器

4.1.2 实验试剂

4.2 实验原理

4.3 实验部分

4.3.1 PAAA的制备

4.3.2特性粘度及分子量的测定

4.3.3阳离子度的测定-返滴定法

4.3.4 产物表征

4.4 结果与讨论

4.4.1正交试验

4.4.2单因素试验

4.4.3 PAAA的红外光谱分析

4.4.4 PAAA与CPAM絮凝性能比较

4.5 本章小结

第五章 “絮凝-微电解-氧化”联合处理工艺条件探究

5.1 实验仪器及试剂

5.1.1 实验原料及试剂

5.1.5 实验仪器

5.2 实验原理

5.2.1微电解原理

5.2.2 Fenton试剂氧化机理

5.2.3 K2FeO4氧化机理

5.3实验部分

5.3.1 絮凝实验

5.3.2 微电解实验

5.3.3 氧化实验

5.3.4水质分析方法

5.4絮凝法处理压裂废水

5. 5微电解法处理压裂废水

5.5.1 进水pH值对Fe/C微电解效果的影响

5.5.2 电解时间对Fe/C微电解效果的影响

5.5.3 铁粉的目数对Fe/C微电解效果的影响

5.5.4铁碳质量比对Fe/C微电解效果的影响

5.5.5电解柱有效使用次数及其活化研究

5.5.6“絮凝-微电解”处理后压裂废水水质

5.6 氧化法对压裂废水的氧化处理

5.6.1 氧化试剂用量的选择

5.6.2 氧化温度对氧化效果影响

5.6.3 氧化时间对CODCr去除率影响

5.7 联合处理工艺对不同压裂废水的处理

5.7.1对涪陵压裂废水的处理效果

5.7.2胜利采油压裂废水的联合处理效果

5.7.3胜利孤岛压裂废水的联合处理效果

5.8 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士期间取得的成果

致谢