复合絮凝剂

化学反应

复合絮凝剂是将两种或多种单组分絮凝剂通过某些化学反应，形成大分子量的共聚复合物，这样既克服了单一絮凝剂的不足，也充分发挥了多种絮凝剂的协同作用产生显著的增效互补作用，实践证明，复合絮凝剂表现出优于单一絮凝剂的絮凝性能。从化学组成来说，复合絮凝剂又可分为无机-无机复合絮凝剂、无机-有机复合絮凝剂、有机-有机复合絮凝剂。

絮凝剂特点

絮凝技术是国内外普遍用来提高水质处理效率的一种既经济又简便的水质处理方法，它广泛用于工业用水、工业废水及生活污水的处理。在絮凝剂的选择和应用中，绝大多数放在无机絮凝剂和合成一般高分子絮凝剂上，而对复合絮凝剂的研究和应用很少。

在形态、聚合度及相应的凝聚－絮凝效果方面，无机高分子絮凝剂仍处于传统金属盐混凝剂与有机絮凝剂之间的位置。它的分子量和粒度大小以及絮凝架桥能力仍比有机絮凝剂差很多，而且还存在对进一步水解反应的不稳定性问题。此外无机絮凝剂的投加量大，产污泥量多，并且处理复杂；一般的有机高分子絮凝剂的价格昂贵，合成过程复杂。因而寻求一种价格低、处理效果好的新型絮凝剂就显得越来越重要。

产品简介

关于无机复合絮凝剂的报道较多，而无机-有机复合及有机-有机复合絮凝剂的报道较少，研究表明，无机-有机复合絮凝剂的絮凝效果较佳，有望成为新生代的高效絮凝剂。复合絮凝剂,水处理药剂,絮凝剂

无机复合絮凝剂

无机复合絮凝剂主要是铝盐、铁盐及硅酸盐的复合。可以通过先羟基化聚合后再加以混合;或者先混合再羟基化聚合，但最终总要形成羟基化的、有更高聚合度的形态，太能有良好的絮凝效果。无机-无机复合絮凝剂有：聚合氯化铝铁、聚合硅酸铁、聚合硫酸铝铁、聚合硫酸氯化铝铁、聚磷硫酸铁等。聚合氯化铝铁是洁之源水处理主打产品之一，是一种一铝盐为主，铁盐为辅新型无机高分子絮凝剂。它不仅具有聚合铝盐基度高、对原水适应性强的特点，又有聚合铁分子量大、形成絮体大而密实、沉降速度快的优点，而且合成聚合氯化铝铁的原料来源广泛，主要为工业废渣如粉煤炭、铝矾土、硫铁矿烧渣等。这种絮凝剂不仅成本低廉，而且可达到以废治废的目的，减轻对环境的压力。聚硅酸金属盐絮凝剂是另一类重要的复合絮凝剂。聚合硅酸虽然稳定性差，但它具有较高的分子量和较长的分子链，在结构上类似有机高分子絮凝剂，具有较强的吸附、架桥和卷扫作用。因此把聚硅酸与无机铁铝盐絮凝剂复合，可以制备一系列性能稳定的新型无机高分子絮凝剂，即能发挥聚硅酸的优势，又能弥补铝铁絮凝剂自身的不足。此外无机絮凝剂中引入阴离子如硫酸根离子、磷酸根离子也能起到增聚作用，提高絮凝效果。

有机复合絮凝剂

有机复合絮凝剂以其品种多样化，性能多元化而占主导地位。其复合机理主要与其协同作用有关。一方面污水杂质为无机絮凝剂所吸附发生电中和作用而聚凝，使得形成的颗粒逐渐增大;另一方面又通过有机高分子的桥连作用，吸附在有机高分子的活性基团上，从而网捕其他的杂质颗粒一同下沉，其絮凝效果优于单一絮凝剂。

在有机-有机复合絮凝剂中，淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物的研究日渐引起人们的重视，并取得了一定研究进展，它与均聚丙烯酰胺相比，具有絮凝能力强、分子链稳定性好、适应范围宽、阳离子化反应更容易等特点。因此接枝型聚丙烯酰胺是一类有良好应用前景的新型絮凝剂。

固体聚丙烯酰胺为白色或微黄色颗粒或粉末，分子量在400－2000万之间，固体产品外观为白色或略带黄色粉末，液态为无色粘稠胶体状，易溶于水，温度超过120℃时易分解；胶体聚丙烯酰胺为无色或微黄色透明胶体。聚丙烯酰胺为水溶性高分子聚合物，按离子特性分可分为阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺和两性聚丙烯酰胺型四种类型。

复合絮凝剂应用

(1)复合絮凝剂用在表面吸附水污泥属于凝胶，是由絮状的胶体颗粒集合而成。污泥的胶体颗粒很小，与其体积相比表面积很大，由于表面张力的作用吸附的水分也就很多。胶体颗粒带有相同性质的电荷，相互排斥，妨碍颗粒的聚集、长大，而保持稳定状态，因而表面吸附水用普通的浓缩或脱水方法去除比较困难。只有加入能起混凝作用的电解质，使胶体颗粒的电荷得到中和后，颗粒呈不稳定状态，黏附在一起，最后沉降下来。颗粒增大后其比表面积减小，表面张力随之降低，表面吸附水也随之从胶体颗粒上脱离。

(2)复合絮凝剂用在间隙水间隙水是指污泥颗粒包围着的游离水分，它并不与污泥颗粒直接结合，因而很容易分离，只需在浓缩池中控制适当的停留时间，利用重力作用，就能将其分离出来。间隙水一般要占污泥中总含水量的65%～85%，这部分水就是污泥浓缩的主要对象。

(3)复合絮凝剂用在毛细结合水污泥由高度密集的细小固体颗粒组成，在固体颗粒接触表面上，由于毛细力的作用，形成毛细结合水，毛细结合水约占污泥中总含水量的15%～25%。由于毛细水和污泥颗粒之间的结合力较强，浓缩作用不能将毛细结合水分离，需借助较高的机械作用力和能量，如真空过滤、压力过滤和离心分离才能去除这部分水分。

(4)复合絮凝剂用在内部结合水内部结合水是指包含在污泥中微生物细胞体内的水分。它的含量与污泥中微生物细胞体所占的比例有关。一般初沉污泥内部结合水较少，二沉污泥中内部结合水较多。这种内部结合水与固体结合得很紧密，使用机械方法去除这部分水是行不通的。要去除这部分水分，可以通过好氧菌或厌氧菌的作用进行生物分解，或采用高温加热和冷冻等措旌，破坏细胞膜，使细胞液渗出，由内部结合水变为外部液体。内部结合水的含量不多，内部结合水和表面吸附水一起只占污泥中总含水量的10%左右。

絮凝剂

聚丙烯酰胺

聚丙烯酰胺絮凝剂为水溶性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的磨擦阻力，按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型。

聚丙烯酰胺絮凝剂广泛应用于增稠、稳定胶体、减阻、粘结、成膜、生物医学材料等方面。水处理中作助凝剂、絮凝剂、污泥脱水剂。石油钻采中作降水剂，驱油剂。在造纸过程中作助留剂，补强剂。

聚丙烯酰胺絮凝剂溶解时,应注意将产品均匀的慢慢地加入带搅拌和加热措施的溶解器中,应避免结固,溶液在适宜温度下配制,并应避免长时间过剧的机械剪切.建议搅拌器60—200转/min,否则会导致聚合物降解,影响使用效果.

聚丙烯酰胺絮凝剂在废水处理中的絮凝作用是由于它的两个特点：长链(线)状的分子结构和聚丙烯酰胺分子中含有大量活性基团。聚丙烯酰胺是直链状聚合物，因每个分子是由十万个以上的单体聚合构成，分子链相当长。它如果完全伸直，其长度要比一般的分子 (如蔗糖)或离子(如ca2+)长数万倍以上。由于它的分子长而细，会弯曲或卷曲成不规则的曲线形状。这个长分子链向外侧伸出许多化学活性基团：酰胺基－conh2及羧基－cooˉ。酰胺基是非离子性基团，但亦善于形成副价键而与其它物质的活性基团吸附并连结起来。由于聚丙烯酰胺分子长而细并有许多化学活性基团，它们能和沉淀微粒产生很多连接而形成较大的絮凝物，这些絮凝物的结构就象棉絮那样，松散、无定形，互相连结但不很稳固，内部有很多空间和很多微细的网络，包藏着大量液体，因而絮凝物的比重颇接近它所存在的液体本身。絮凝物中还网络了各种各样的微粒，这就将各种不同成分、不同性质、不同大小的微粒集合在一起。因此，良好的絮凝剂处理能将溶液中原有的微粒完全网络除去，使溶液显得特别清亮透明和有光泽。由于絮凝物的尺寸较大，它的沉降和过滤都比较快。聚丙烯酰胺絮凝剂与废水中胶体的絮凝作用是通过化学吸附和物理网络这两种形式产生的。根据上述机理可知，分子量较高、分子较长的聚丙烯酰胺，能吸附较多的微粒，形成网络的能力较强，故絮凝效能较好。同理，聚丙烯酰胺分子中羧基的比例适当也很重要，因废水中的胶体多数带负电，聚丙烯酰胺需要有适量的羧基通过钙离子架桥与它作用。但如果羧基含量太多，聚丙烯酰胺分子本身负电过强，本身分子之间的相斥力过大，也不利于絮凝作用。聚丙烯酰胺(PAM)的种类分为阴离子、阳离子、非离子、两性离子型，在废水处理中，聚丙烯酰胺絮凝剂用来提高水处理过程中沉降、澄清、过滤、离心等工艺的效率。

新型PAM工艺：

聚丙烯酰胺采用光聚绝热聚合后水解工艺，具有独特的创新性.水溶性好，絮凝效果好，规格齐全，聚丙烯酰胺年产量逾千吨，满足广大客户需求。聚丙烯酰胺简称PAM，分为：阴离子聚丙烯酰胺，阳离子聚丙烯酰胺，两性离子聚丙烯酰胺，主要用城市、工业污水处理、油田、造纸业、金属矿业、洗煤、纺织印染、皮革厂等行业，净水产品，投加量少，效果显著，价格合理，快速达到污水处理效果。

石油工业上应用

一、聚丙烯酰胺絮凝剂在三次采油中的应用

聚丙烯酰胺絮凝剂的增稠、絮凝和对流体的流变性调节的作用所具备的性能使得它在石油开采中充当了重要的角色。它广泛地被用于钻井、堵水、酸化水、压裂、洗井、完井、减阻、防垢和驱油等方面。总的来说，使用聚丙烯酰胺絮凝剂是为了提高石油的开采率(EOR)。特别是许多油田已进入二次、三次开采，油藏深度一般都在1000m以上，有的油藏深度达7000m，地层的非均质性以及海上油田给采油作业提出了更加苛刻的条件，深层采油和海上采油相应地也给 PAM提出了新的要求，要求它耐剪力，耐高温(100℃以上直至200℃)，耐钙离子、镁离子，耐海水降解。

自20世纪80年代以来，国外对适用于采油的PAM的基础研究和制备、应用研究以及品种开发各方面均取得了很大进展。

美国菲利浦石油公司(Phillips Petroleum Co．)专家阿罕默德M．A．和彼得H．D，对 PAM在高温高盐矿化水中的研究结果表明：

(1)在矿化度很低(＜20×10-6)时，无论浓度、水解度及相对分子质量大小如何， PAM水溶液的浊点均在204℃以上；二价阳离子浓度稍有增加，浊点即大大降低，水解度越高，浊点降低越明显；

(3)在等摩尔水平上比较，钙离子降低浊点的作用大于镁离子，Sr离子和Ba离子；

(4)二价阳离子浓度大于等于100×10娟时，水解度是决定聚丙烯酰胺絮凝剂溶液浊点的关键参数；

(5)相对分子质量和浓度也影响溶液浊点，但相对于水解度而言是次要因素；

(6)聚丙烯酰胺絮凝剂水解后溶液浊点降低，水解是一平衡过程，水解平衡值随温度而不同；

(7)在温度小于75℃时，聚丙烯酰胺絮凝剂在任何矿化度的水溶液中均稳定，超过75℃后，随温度升高，沉淀物形成加快，降低水的矿化度可延长稳定时间，但要求的矿化度往往低于油田水实际矿化度。

二、用作堵水调整剂

在油田生产过程中，由于地层的非均质性，常产生水浸问题，需要进行堵水，其实质是改变水在地层中的渗流状态，以达到减少油田产水、保持地层能量、提高油田最终采收率的目的。聚丙烯酰胺絮凝剂类化学堵水剂具有对油和水的渗透能力的选择性，对油的渗透性降低最高可超过10%，而对水的渗透性减少可超过90%。选择性堵水这一特点是其他堵水剂所没有的，通常按地层类型选择合适的聚丙烯酰胺相对分子质量。均质性好、平均渗透率高的油层，可选用中相对分子质量((500～。700)×10。)的聚丙烯酰胺絮凝剂；基岩渗透率低的裂缝性油层或渗透率变化大的油层，可选用高相对分子质量(1000×10。以上)的聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺在使用时可不交联使用，但可与铝盐、铬盐、锆盐等交联生成凝胶使用，还可添加某些树脂以形成互容聚合物网络，使之具有更高的耐温性。该方法已在国内碳酸盐底水油藏高含水油田堵水中应用，取得明显效果。采用聚丙烯酰胺还可调整地层内吸水剖面及封堵大孔道，实践中已取得良好效果。

我国各油田在使用聚丙烯酰胺絮凝剂方面都做了大量试验。油田用平均相对分子质量为(300 ～350)×10‘，水解度为10%～15%的聚丙烯酰胺，在油井堵水上获得良好效果。采用水解度为30%，相对分子质量为400×10。的聚丙烯酰胺絮凝剂在地质钻探上，起到了维护孔壁稳定，防止钻孔渗漏的作用。采用水解度为30%的聚丙烯酰胺絮凝剂作钻井液处理剂，降低了钻井液的渗透速度，提高了钻孑L速度，缩短了钻井液的搅拌时间，因而减少钻井液搅拌和台数，提高黏土造浆率达30%～50%，。有时，在堵水中需使用部分交联的聚丙烯酰胺。为了提高堵水出油的选择性，交联度要尽量低些。聚丙烯酰胺絮凝剂的相对分子质量通常在(300—500)×10。之间，相对分子质量的选择以孔隙结构的渗透率为依据。渗透率大于1D的堵层，聚合物相对分子质量以300×10。左右为宜。渗透率更高时，叮用(500～800)×10。的聚丙烯酰胺。水解度也和堵层岩石的性质有关，灰岩吸附能力强，水解度应高些，约为20%～30%，砂岩吸附能力低，水解度为5%～20%。

三、用作钻井液调整剂和压裂液添加剂

作为钻井液调整剂，经常使用部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)，它由聚丙烯酰胺水解而得。其作用是调节钻井液的流变性，携带岩屑，润滑钻头，减少流体损失等。用聚丙烯酰胺调制的钻井液比重低，可减轻对油气层的压力和堵塞，容易发现油气层，并有利于钻井，钻井速度比常规钻井液高19%，比机械钻速高45%左右。此外，还可大大减少卡钻事故，减轻设备磨损，并能防止发生井漏和坍塌。

压裂工艺是油田开发致密层的重要增产措施。亚甲基聚丙烯酰胺交联而成的压裂液，因具有高黏度，低摩阻、良好的悬砂能力、滤失性小、黏度稳定性好、残渣少、货源广、配制方便和成本低而被广泛应用。

在压裂和酸化处理中，将聚丙烯酰胺絮凝剂配制成浓度为0．01%～4%的水溶液，泵入井下地层，使地层断裂。聚丙烯酰胺絮凝剂水溶液具有增稠携砂、降低压裂液流失的作用。而且，聚丙烯酰胺有降阻作用，因而能使压力的传递损失下降。

四、油井水泥外加剂

以AMPs与甲基丙烯酸、丙烯酰胺制备的三元共聚物，适用于各种盐水钻井液，起到良好的高温缓凝作用。美国：Halliburton公司推出的AMPS与丙烯酸的共聚物，AMPS与N，N 一二甲基丙烯酰胺的共聚物和羧甲基羟乙基纤维素组成的复合物作为油井水泥外加剂，可有效地降低水钻井液的高温滤失量。

五、钻井液处理剂

AMPs与丙烯酰胺和淀粉的接枝共聚物，AMPS与丙烯酰胺和N，N一二甲基丙烯酰胺的共聚物，AMPS与腐殖酸和丙烯酰胺的接枝共聚物在淡水钻井液、盐水钻井液、饱和盐水钻

井液和海水钻井液中均具有较好的降滤失和抗温、抗盐能力。

黏土分散和其他因素造成的污染往往引起钻井液的黏度增加，此时需要用降黏剂来控制钻井液的流变性。常见的、用量最大的钻井液降黏剂为铁铬木质素磺酸盐降黏剂(FCLS)。 AMPs与丙烯酸和甲基丙烯酸的三元共聚物用作钻井液降黏剂取代FCLS，即保留了FcIJS良好的抗盐性能和抗温性能，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价金属离子的能力更强。

六、完井液和修井液添加剂

AMPS与丙烯酸和衣康酸的共聚物，可用作配制海水、盐水的增黏剂，使完井液黏度提高4倍以上，并且具有良好的热稳定性，克服了传统聚合物在盐水体系中黏度下降的缺点。

六、油田水处理剂

AMPs的均聚物与丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺等形成的共聚物，可用作油田污水处理的絮凝剂、污泥脱水剂和防垢阻垢剂，F．Goodrich公司推出的由AMPS、丙烯酸和苯乙烯磺酸钠组成的三元共聚物对硫酸钙垢和磷酸钙垢都有很好的抑制作用，其阻垢率均达到97%以上。文献资料表明，以AMPs共聚物作水处理剂具有用量少，效果优于现有聚丙烯酰胺类水处理剂的特点。

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