水处理药剂及应用 158页

水处理药剂及应用授课教师：孔祥华\n水处理药剂及应用第一章：绪论第二章：水处理剂概论第三章：水处理基础第四章：常用水处理剂第五章：行业水处理及药剂\n第一章:绪论我国水资源概况水处理剂概况水处理剂的生产及应用掌握水处理剂的概念及其应用现状学习要点学习要求\n1.我国水资源概况中国水资源总量为2.8万亿立方米。其中地表水2.7万亿立方米，地下水0.83万亿立方米，按照国际公认的标准，人均水资源低于3000立方米为轻度缺水；人均水资源低于2000立方米为中度缺水；人均水资源低于1000立方米为严重缺水；人均水资源低于500立方米为极度缺水。中国目前有16个省(区、市)人均水资源量(不包括过境水)低于严重缺水线，有6个省、区(宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏)人均水资源量低于500立方米。\n水资源\n\n1.1缺水状况据水利部统计，全国669座城市中有400座供水不足，110座严重缺水；在32个百万人口以上的特大城市中，有30个长期受缺水困扰。在46个重点城市中，45.6%水质较差，14个沿海开放城市中有9个严重缺水。北京、天津、青岛、大连等城市缺水最为严重.农田受旱面积年均达3亿亩左右，平均每年因旱减产粮食280多亿公斤。\n甘肃省鸣沙山月牙泉\n1.2污染状况中国水污染形势依然十分严峻。2003年全国废污水排放总量达680亿吨，比1980年增加了2倍多。中国每年约有三分之一的工业废水和三分之二的生活污水未经处理直接排入水中。2003年全国七大江河水系的409个重点监测断面中，仅有38.1%可作集中式饮用水源。对全国52个主要湖泊评价的成果显示，5个受到污染，26个严重污染。珠江三角洲、长江三角洲等水资源相对丰富的地区，也出现了因水体污染而导致的水质型缺水。\n2。水处理剂概况\n\n\n\n2。水处理剂概况水处理剂的定义：是工业用水、生活用水、废水处理过程中所必须使用的化学药剂。水处理剂分类：分为凝聚剂、絮凝剂、阻垢剂、缓蚀剂、分散剂、杀菌剂、清洗剂、预膜剂、消泡剂、脱色剂、螯合剂、除氧剂和离子交换剂。水处理剂的作用：控制水垢，污泥的形成，减少泡沫，减少与水接触材料的腐蚀，除去水中悬浮固体和有毒物质，除臭，脱色，软化和稳定水质。\n3。水处理剂的生产及应用水处理剂的品种阻垢剂缓蚀剂杀菌灭藻剂无机凝聚剂有机絮凝剂\n美国水处理剂的市场状况\n\n中国水处理药剂的生产特点：生产厂家是集体经济；经营规模小；生产品种单一；产能较小。\n中国水处理剂与国外的差距产量：与先进国家相比，中国水处理剂的产量很低。品种：我国在循环冷却水处理剂的生产上缩短了与国外的差距，但在杀菌剂和有机高分子絮凝剂的生产上仍存在品种单一，产量少等特点，远落后于国外。质量：我国的有机高分子絮凝剂不但品种少，在质量、毒性和速溶性等方面于国外差距很大。应用与技术服务：应用面不广。\n第二章：水处理剂概述给水处理剂废水处理化学药剂水处理药剂制备及其特点絮凝剂应用国内外水处理药剂发展动向水处理剂性能评定方法掌握各种水处理的名称、特点，水处理剂的评价方法。学习要点学习要求\n2.1给水处理剂缓蚀剂预膜处理剂钝化处理剂清洗剂杀生剂复合水处理药剂阻垢剂给水处理剂\n2.1.1阻垢剂及分散剂定义：想给水中投加某些化学药剂阻止水垢的形成、沉淀或增加碳酸钙的溶解度，使其在水中呈分散状态不易沉积，这些药剂统称为阻垢剂或分散剂。作用机理：螯和性分散性晶格歪曲作用\n阻垢缓蚀剂聚磷酸盐有机磷酸ATMP(氨基三亚甲基瞵酸）EDTMP（乙二胺四亚甲基膦酸）HEDP（羟基亚乙基二膦酸）DTPMP（二亚乙基三胺五亚甲基膦酸）3.膦基聚羧酸4.有机膦酸酯\n聚膦酸盐作用机理：聚膦酸盐在水中形成的长链状阴离子被吸附在碳酸钙晶体颗粒上，并与Ca2+离子发生置换，由于这种反应发生在钙离子表层，因而阻止了碳酸钙的析出。应用：若长期使用聚磷酸盐，就必须采取灭藻杀菌的有效措施，否则微生物会大量繁殖，产生软垢。因此，使用复合磷酸盐阻垢剂比单独使用聚膦酸盐有更多的优势。\n有机膦酸优点：化学稳定性好，不易水解，耐高温，阻垢性能比磷酸盐好。有机膦酸属于无毒或极低毒的药剂，无环境污染问题。与多种药剂有良好的协同效应，协同使用的效果比任何一种药剂单独使用的效果都好。ATMP是有机膦酸中最常用的水处理剂之一。\n阻垢分散剂天然高分子化合物水溶性聚合物葡萄糖酸钠木质素单宁淀粉和纤维素聚丙烯酸聚甲基丙烯酸丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物丙烯酸与丙烯酸酯共聚物水解聚马来酸酐马来酸酐-丙烯酸共聚物苯乙烯磺酸-马来酸酐共聚物马来酸酐-丙烯酰胺共聚物膦磺酸共聚物\n阻垢分散剂定义：把对水种固体微粒具有良好分散性能的水溶性聚合物等称为阻垢分散剂。作用机理：通过防止生成晶核或临界晶核、阻止或干扰晶体生长、分散晶体微粒等方式，实现阻止无机盐的生成以降低其对传热的影响。\n\n\n\n天然高分子化合物\n葡萄糖酸钠\n\n淀粉\n\n单宁\n\n木质素\n2.1.2缓蚀剂1.缓蚀剂的定义：添加到水溶液介质中能抑制或降低金属和合金属腐蚀速度，改变金属相合金腐蚀电极过程的一类添加剂为缓蚀剂或腐蚀抑制剂。2.缓蚀剂的分类：按缓蚀剂的作用机理：阳极缓蚀剂，阴极缓蚀剂及双极缓蚀剂。按缓蚀剂成膜特性：分为钝化膜型、沉淀膜型和有机系吸附膜型。按缓蚀剂的种类：无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。\n缓蚀剂的缓蚀机理按保护膜的类型可分为两种理论：（1）成膜理论：缓蚀剂与金属作用生成氧化膜，或缓蚀剂与介质中的离子反应生成沉淀膜，从而使金属的腐蚀速度减慢。（2）吸附理论：缓蚀剂在金属表面具有吸附作用，生成了一种吸附在金属表面的吸附膜，从而使金属的腐蚀速度减慢。\n缓蚀剂的缓蚀机理氧化膜型缓蚀剂：以缓蚀剂本身做氧化剂或以介质中的溶解氧作氧化剂，使金属表面形成钝态的氧化膜来减缓金属的腐蚀速度，故氧化膜型缓蚀剂也称为钝化膜缓蚀剂。沉淀膜型缓蚀剂：在金属表面形成沉淀膜，可由缓蚀剂与水中某些离子相互作用形成，也可由缓蚀剂与腐蚀介质中存在的金属离子反应形成一层难溶的沉淀物或络合物。吸附膜型缓蚀剂：在分子结构中具有可吸附在金属表面的亲水基团和遮蔽金属表面的疏水基团。亲水基团定向吸附在金属表面，而疏水基团则阻碍水及溶解氧向金属表面扩散，从而起到缓蚀的作用。\n常用的缓蚀剂(1)铬酸盐：是循环冷却水系统中最为有效的一种缓蚀剂，最常用的是铬酸钠。铬酸盐的强氧化性可使钢铁表面生成以γ-Fe2O3为主的钝化膜，膜的外层主要是高价铁氧化物，内层是高价铁和低价铁的氧化物，而铬酸盐本身被还原成Cr2O3.\n常用的缓蚀剂（2）锌盐：阴极性缓蚀剂，能对金属迅速起到保护作用，可使金属表面腐蚀微电池中阴极区附近溶液中的局部pH值升高，生成氢氧化锌沉淀物，抑制了腐蚀过程的阴极反应而起到缓蚀作用。锌盐对水生生物有毒，排放水的含锌量受到严格限制。\n常用的缓蚀剂（3）聚磷酸盐：是目前应用广泛，且经济实惠的冷却水缓蚀剂之一，最常用的是六偏磷酸钠和三聚磷酸钠。聚磷酸盐在冷却水中既含有溶解氧又含有钙离子的情况下才能有效的保护谭刚。如果与铬酸盐、锌盐、钼酸盐等联合使用，可提高聚磷酸盐的缓蚀效果。\n常用的缓蚀剂（4）有机硅缓蚀剂：是缓蚀剂发展的一个新领域，它具有缓蚀、阻垢及净化等性能，并且能稳定硅酸盐。（5）膦酰基羧酸（POCA）：是将膦酸盐和聚合物有机结合在一起。POCA对碳酸钙、磷酸钙垢的抑制、颗粒分散以及对铁金属的缓蚀均具有良好的效果。且不与氯作用，对钙有较高的容忍度。\n复合缓蚀剂定义：以一种缓蚀剂为主，添加另一种或几种其他缓蚀剂、水质稳定剂配制而成，这样可提高缓蚀、防腐效果，降低成本。\n碱性冷却水使用的缓蚀剂碱性冷却水PH值一般在8.0-9.5之间，为弱碱性。这样水质可能使缓蚀剂失效，所以必须选择碱性冷却水缓蚀剂。它除了具有缓蚀作用外，还应具有阻垢的性能，性质稳定，不影响其他缓蚀剂的使用效果。\n2.1.3复合水处理药剂优点：（1）复合剂中的缓蚀剂与缓蚀剂之间、缓蚀剂与阻垢剂之间往往存在协同作用或增效作用。（2）可以同时控制多种金属材质的腐蚀。（3）可以同时控制腐蚀、水垢、污垢的形成。（4）可以简化加药的操作。\n典型的复合水处理剂（1）铬-锌系优点：加快成膜，保持膜的耐久性。能在较高的温度下使用。缺点：对碳酸钙和硫酸钙等水垢没有低浓度阻垢作用，必须对清洗干净的金属设备才能发挥其缓蚀作用，本身没有清洗作用。在PH大于7.5以上，药剂中的锌离子将沉淀失效。\n典型的复合水处理剂（2）锌-膦系优点：该种系列配合可以提高膦酸盐对碳钢及铜、铜合金的缓蚀作用。对冷却水中的电解质浓度和水温的变化不敏感，能适应的水质条件范围很宽。缺点：单独加入膦酸盐能与铜离子络合生成稳定的可溶性螯合物，对铜合金有腐蚀性。\n典型的复合水处理剂（3）铬-锌-膦系优点：抑制碳酸钙和硫酸钙的形成，提高锌盐的稳定性，使冷却水运行的PH值范围扩展到9.0，膦酸盐还具有清洁作用，可使金属设备表面保持清洁。还可减少微生物产生的黏泥，减轻微生物引起的金属腐蚀。\n典型的复合水处理剂（4）聚膦-锌系（5）锌盐-膦羧酸-分散剂优点：能极大的降低金属的腐蚀速度，冷却水的PH值达到9.5以上时，仍能使水中的锌离子保持较高的浓度。其处理效果远远高于锌-膦系的水处理效果。\n典型的复合水处理剂（6）锌盐-多元醇膦酸酯-磺化木质素特点：在碱性条件下能有效地控制冷却水中的水垢和污垢，使用浓度为30-50mg/L，PH值为7.8-8.3。如果与聚丙烯酸联合使用，可以更好的控制冷却水系统中的硬垢和污垢。\n典型的复合水处理剂（7）聚磷酸盐-膦酸盐-聚羧酸盐特点：在碱性条件下能有效的阻止碳酸钙和磷酸钙的沉淀。（8）磷酸盐-聚羧酸盐-唑类特点：对金属腐蚀的控制通过两方面来实现：一是依靠药剂的缓蚀作用，二是依靠提高水的PH值，利用冷却水的高硬度和高碱度来降低水的腐蚀性。\n复合水处理剂的选择选择依据（1）冷却水系统中换热器的结构、材料、预膜及涂料的处理情况；（2）对冷却水进行水质分析，判断水质类型；（3）根据水质类型，确定水处理剂是以缓蚀剂为主还是以阻垢分散剂为主；（4）搞清复合水处理剂中各种组成药剂的相容性和各组成药剂的供应问题；（5）运行设计的浓缩倍数；（6）冷却水运行的水处理费用包括水处理费用以及污水排放的处理费用；（7）当地污水部分规定的污水排放标准。\n复合水处理药剂的选择用实验的方法选择药剂：按照设计的换热管材料、水流速、水温、浓缩倍数及PH值等运行参数进行试验运行操作，并通过试验挂片进行观察。待试验结束后，取出挂片和试验换热管，进行后处理和腐蚀速率、污垢系数及黏附速率的计算，为正确选择药剂提供依据。\n2.1.4杀生剂在循环冷却水系统中，经常可以看到微生物大量生长繁殖的情况。微生物的大量繁殖将使冷却水中的金属设备（主要是换热器）发生腐蚀及事故，影响生产的正常运行。还会使冷却书中产生大量的微生物黏泥沉积在换热器管子的表面上，降低冷却的效果。为什么要使用杀生剂\n优良杀生剂需具备的特点：广谱性，剥离黏泥和藻层的能力、不污染环境、抗氧化性、与其他水质稳定剂的相容性和宽广的pH值适用范围\n理想杀生剂应符合的标准性能：环境影响：安全：价格：对总体目标有效使用范围较宽能防止生物污垢有剥离作用无腐蚀性其残余物有较高的LD50值氧化副产物有较高的LD50值氧化反应产物有较高的LD50值残余物在环境中易分解使用安全容易操作经济而负担得起\n杀生剂的分类杀生剂无机杀生剂有机杀生剂非氧化形杀生剂氧化形杀生剂按化学成分按杀生机理\n（一）氧化形杀生剂特点：较强的氧化剂，能够使微生物体内一些和新陈代谢有密切关系的酶发生氧化而杀灭微生物。除了杀死微生物之外，也会对其他水处理药剂产生氧化分解作用，特别是在循环冷却水系统中会影响缓蚀剂和阻垢剂的处理效果。\n氧化形杀生剂的种类氯次氯酸盐氯胺氯化异氰尿酸二氧化氯\n氯特点：最常用的消毒剂，有很强的杀菌能力，价格便宜，来源方便，应用最广泛。机理：氯在水中水解成盐酸和次氯酸，然后次氯酸继续电离出氢离子和次氯酸根，次氯酸不稳定，氧化性极强，易穿透细胞膜，杀生效果比次氯酸根高20倍。应用：因为氯对金属有一定的腐蚀性，所以用氯杀菌时PH值应控制在6.5-7.5为宜。为保证杀生效果，在冷却水系统中要保持一定的余氯量和维持一定的接触时间。\n次氯酸盐常用作杀生的次氯酸盐有次氯酸钠，次氯酸钙和漂白粉。高浓度的次氯酸钠剥离循环冷却水系统中管道和设备上的黏泥，同样具有良好的效果。特点：机理与缺点与氯相似。\n氯胺特点：水解反应速率较慢，维持水中余氯时间较长，因此杀菌持续时间较长，并可以抑制细菌、藻类、真菌的后期生长。缺点是比氯的杀菌力差，且价格昂贵。\n氯化异氰尿酸与氯和次氯酸盐相似。不同的是性质更稳定，在水中可逐渐的释放出次氯酸和有机氧化物，并且溶解性好，但价格偏高。\n二氧化氯是近年新兴的一种水处理剂，物理性质与氯极为相似，是一种黄绿色、具有强烈刺激性气味、不稳定的气体。特点：溶解在水中，不与水起反应，在高PH值时，杀生效果比氯好，使用剂量小，作用快，杀菌力强，毒性低，消毒不产生气味和有毒物质。缺点是不稳定，使用成本比氯高。\n溴及溴化物与氯相比，溴作杀生剂具有以下优点:在同样的条件下，溴的杀生速度大于氯。浓度相同时，在PH=8.2的冷却水中，氯对金属的腐蚀速度比溴高2-4倍。\n（二）非氧化型杀生剂季胺盐有机硫化合物异噻唑啉酮氯酚铜盐丙烯醛\n季胺盐具有阳离子化合物的性质，易溶于水，不溶于非极性溶剂。季胺盐由于有表面活性作用，穿透性强，能够改变细胞壁的渗透性，使菌体破裂。此外，杀菌剂吸附到菌体表面后，使酶失去活性和蛋白质改性。具有表面活性，易起泡沫，可以把剥离下来的微生物浮起排出在被油类、灰尘和碎屑污染的冷却水系统使用时，会使其杀生效果降低，甚至失效。杀真菌效果较差。\n有机硫化合物对真菌、黏泥形成菌和硫酸盐还原菌杀生作用显著，低毒，易溶于水，使用方便。常作为循环冷却水系统杀生剂使用。二硫氰基甲烷是一种广谱性杀菌剂，对于抑制藻类生长，抑制真菌、嗜氧菌、厌氧菌尤其是杀硫酸盐还原菌十分有效，价格低，水解后的化合物毒性低，对环境无污染。不宜溶于水，单独使用效果不好，在加入分散剂和渗透剂复配使用后，可以增大药剂对藻类和细菌黏液层的穿透性。对PH值要求严格，在6.0-7.0之间为宜。\n异噻唑啉酮新型杀生剂，为带有微刺激性气味的液体，可与水任意比例混合。常使用异噻唑啉酮的衍生物。杀生机理：对微生物的细胞膜有极强的穿透能力，能够通过破坏细菌、藻类与蛋白质的结合键而起杀生作用，经异噻唑啉酮处理过的微生物再不能合成酶，也不能再分泌出生物膜类的黏性物质，从而防止黏泥的产生。特点：PH值范围较宽，在通常的使用浓度下，异噻唑啉酮与氯，缓蚀剂和阻垢剂在冷却水中彼此相容。持续时间较长，低毒。\n氯酚使用最多的是三氯酚和五氯酚。氯酚杀生效果随PH值的增加而降低。尽管PH值较高时，氯酚的活性下降，但它仍具有杀生效果，并用较好的持久性。\n铜盐用作杀菌剂的铜盐主要是硫酸铜和氯化铜，铜盐中的铜离子能凝结菌体的胶体物质，破坏细胞的呼吸和代谢作用，致使细胞死亡。硫酸铜控制菌、藻有效浓度不仅比氯气低，而且杀生速度也快。但由于铜盐对水生生物的毒性较大，排放易造成环境污染。而且冷却水中的铜离子发生化学反应在碳钢表面析出，形成电化学腐蚀的阴极，引起冷却水设备的电偶腐蚀，所以一般不单独使用。\n丙烯醛对微生物中的酶有抑制作用，对植物无害，杀菌效果好，极易挥发，故可以作为氯的代替品。\n（三）水处理杀生剂的发展方向1开发与氯协同效果好的杀生剂2开发抗污染的杀生剂3杀生剂复配增效4生物处理技术\n2.1.5清洗剂指应用于水处理中化学清洗的各种类型的化学药品。主要有：酸性清洗剂碱性清洗剂络合清洗剂表面活性清洗剂杀生清洗剂清洗剂\n酸性清洗剂是最常用的一类清洗剂，对金属氧化物及一些水垢、污垢有较好的效果。常用的药剂有：盐酸、硝酸、其它酸（包括硫酸、氨基磺酸和氢氟酸）\n碱性清洗剂常用的碱清洗剂有：氨、氢氧化钠、碳酸钠、磷酸二氢钠、硅酸钠。由于这类清洗剂具有碱性，可疏松、乳化、分散设备中的沉积物，一般在碱洗的药剂中要加入添加表面活性剂用于润湿油脂、污垢和微生物等沉积物，以提高清洗效果。\n络合清洗剂是利用各种络合剂（包括螯合剂）对各种成垢离子的络合作用或螯合作用，使之生成可溶性的络合物（配位化合物）或螯合物而被去除。常用的清洗剂中有：无机的络合剂聚磷酸盐，有机螯合剂有柠檬酸、乙二胺四乙酸和氮三乙酸。\n表面活性清洗剂表面活性清洗剂能够分散冷却水中的油类、脂类和微生物产生的沉积物，故被用于清洗冷气系统中含油或胶状的沉积物。\n杀生清洗剂当冷却水系统中有微生物黏泥时，清洗时将水的pH值继续维持在6—7之间，同时加入非氧化性杀虫剂和氯气，进行循环清洗。\n2.1.6钝化处理剂常用的钝化液为碱性溶液，配方是1%Na2CO3+0.5%Na2NO31%Na2CO3+0.25%Na2HPO4+0.25%NaH2PO4钝化时间：钝化操作在270℃以上进行，可在几小时内完成；若在270℃以下进行，可将钝化液加入预钝化的设备中停留几天，以产生钝化效果。\n2.1.7预膜处理剂预膜的目的新的冷却水设备或清洗后的冷却水设备，在正式运行之前，需要进行预膜处理。因为缓蚀剂的防腐作用是通过成膜而形成的。为了使金属表面在活性较大的初期形成一层相对较厚、较致密均匀的膜，常常要进行预膜处理。\n2.2废水处理化学药剂工业用水的原水和排放废水的水体中存在的各种悬浮杂质和呈溶胶状态的胶体颗粒，由于布朗运动和静电排斥力的作用而呈现相对的沉降稳定性和聚合稳定性。为环境排放的要求，一般在于处理中采用混凝沉淀法，即向水中投加混凝剂或絮凝剂以破坏溶胶的稳定性，使水中的胶体和悬浮物颗粒絮凝成较大的絮凝体，以便从水中分离出来，达到水质净化的目的。\n2.2.1概述絮凝技术是水处理中常用的技术，这是一种处理效率高、经济简便的物化处理方法该技术的关键是絮凝剂的选择。按化学成分可分为无机、有机和微生物三种。按相对分子量的大小，又可分为高分子絮凝剂和低分子絮凝剂；根据官能团的性质又可分为阳离子型、阴离子型和非离子型絮凝剂。近年又开发出一些新型多功能复合药剂。\n2.2.1.1无机化学药剂分类无机药剂主要是铁、铝盐及其水解聚合产物。无机高分子絮凝主要是铝盐和铁盐水解过程的中间产物与不同阴离子的结合体，即羟基多核络合物或无机高分子化合物。国内生产应用低分子无机絮凝剂、高分子无机聚合絮凝剂、复合絮凝剂。\n（1）无机低分子絮凝剂是一类低分子的无机盐，主要有无水氯化铝、硫酸铝、硫酸铝钾、硫酸亚铁及三氯化铁。无机低分子絮凝剂相对分子量较低，造成它在使用过程中投入量大，产生污泥量大，絮体松散，含水率很高，污泥脱水困难。由于其自身的缺点有逐步被取代的趋势。2.2.1.1无机化学药剂分类\n（2）无机高分子絮凝剂该药剂具有比无机低分子絮凝剂更强的电中和能力，更高的相对分子量，更强的吸附性和更高的稳定性。其水溶液对酸碱有一定的缓冲作用，对被处理水的pH值的要求较低，投加量较少，成本相对较低。因此有逐步成为主流药剂的趋势。2.2.1.1无机化学药剂分类\n有机高分子絮凝剂分天然和人工两大类人工合成的有机高分子絮凝剂均为水溶性聚合物，大分子中常含带电基团，因此又被称作聚电介质。合成的高分子絮凝剂主要有聚丙烯酰胺及其同系物、衍生物。天然高分子絮凝剂主要品种有淀粉类、蛋白质类、多聚糖类、动物骨胶甲壳质等。2.2.1.2有机高分子絮凝剂分类\n2.2.2微生物絮凝剂微生物絮凝剂（MBF)是利用生物技术，从微生物或其分泌物中提取、纯化而获得的。它是一种无毒的生物高分子化合物，包括机能性蛋白质或机能性多糖类。微生物絮凝剂具有生物可降解的独特性质，应用该种絮凝剂对环境和人类无毒无害，具有较高的热稳定性，其中有些微生物絮凝剂源于土壤。微生物絮凝剂对多种细微颗粒及可溶性色素物质都有优良的凝聚作用。\n微生物絮凝剂微生物絮凝剂的特点：具有比表面积大、转化能力强、繁殖迅速、分布广等特点；高效；无毒；消除二次污染应用范围广，脱色效果独特；价格低\n微生物絮凝剂的种类微生物絮凝剂包括直接利用微生物细胞的絮凝剂、从微生物细胞提取的絮凝剂和微生物细胞代谢产生的絮凝剂。\n微生物絮凝剂的絮凝机理（1）桥联作用机理（2）电性中和机理（3）化学反应机理\n（1）桥联作用机理这是目前普遍接受的一种理论。该机理认为絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力，同时吸附多个胶体颗粒，在颗粒间架桥，从而产生一种网状的三维结构而沉淀下来。\n（2）电性中和机理水中胶体一般带有负电荷，当带有一定正电荷的链状生物大分子絮凝剂或其水解产物靠近它时，就中和其表面部分电荷，使胶体脱稳，胶粒之间、胶粒与絮凝剂之间互相碰撞，通过分子间作用力絮凝而沉淀。\n（3）化学反应机理生物大分子中某些活性基团与被絮凝物质相应的基团发生了化学变化，聚集成较大分子而沉积下来。\n2.2.3天然高分子絮凝剂天然高分子絮凝剂具有传统絮凝剂和其他合成聚合物不具备的优点,现已得到国内外的广泛重视。以淀粉、壳聚糖、木质素和植物胶为原料改性而成的天然高分子有机絮凝剂的研究非常多,废水处理中的有着广阔的应用和发展前景。\n英文CHITIN又称甲壳素，是一种含氮的多糖物质。化学名为：（1，4)-2乙酰胺-2-脱氧-β-D-葡萄糖甲壳质外观为白色或灰白色半透明片状固体，不溶于水、稀酸、稀碱和一般的有机溶剂。可溶于浓无机酸。甲壳质和壳聚糖\n将甲壳质分子中的N-乙酰基脱除，即得脱乙酰基甲壳质，俗称壳聚糖。化学名为：（1，4)-2-脱氧-β-D-葡萄糖壳聚糖外观为白色或灰白色，略带有珍珠光泽的片状或结晶型粉末（未精制前为片状物）。甲壳质和壳聚糖\n甲壳质和壳聚糖分子能够通过络合、离子交换等作用对非金属离子、蛋白质、氨基酸、核酸、卤素、染料离子等进行化学吸附作用。上述吸附作用在作为水处理药剂时，是一种很重要的功能甲壳质和壳聚糖\n甲壳质和壳聚糖的理化性质水解反应酰化、氧化反应接枝和交联反应羟乙基化、氰乙基化甲壳质和壳聚糖的螯合作用甲壳质和壳聚糖的化学吸附性甲壳质和壳聚糖的吸湿性\n电镀废水处理印染废水处理食品废水处理重金属废水处理和给水净化其他甲壳质和壳聚糖在水处理中的应用\n2.3水处理药剂制备及其特点无机絮凝剂的制备及其特点有机絮凝剂的制备及其特点微生物絮凝剂的制备\n无机絮凝剂的制备及其特点铁系絮凝剂（1）聚合硫酸铁的制备（2）聚合氯化铁的制备聚合氯化铝无机复合絮凝剂\n制备方法：方法一：原料为硫酸亚铁，硫酸和催化剂。采样不同的催化剂可形成不同的制造工艺。工艺方法是将硫酸洗液浓缩，调整酸和亚铁比例，在密闭压力容器中，加入定量的亚硝酸钠，再通入氧气，在定温、定压的搅拌条件下，经反应变得到聚合硫酸铁。\n方法二：原料为铁白粉长的副产品FeSO4和废硫酸。制备工艺是确定FeSO4.H2O中铁的含量，再通入热空气脱水，当含有1-2个结晶时，通冷空气，在有氧化剂的条件下使之成为氧化物料，此时加废硫酸和固化剂进行固化反应，待固化完成聚铁产品已形成。生产过程控制硫酸根离子和铁离子的比例为：1.30：1.45。\n方法三：原料为浓硫酸和硫酸亚铁。制备工艺是浓硫酸直接加到硫酸亚铁中，再加适量的催化剂二氧化锰后，通入空气进行氧化，水解和聚合反应后即制备出聚合硫酸铁。\n2.特点聚铁水解后产生大量的[Fe4(H2O)6]，[Fe2(H2O)6]，[Fe(OH)2]等多核络合物，通过吸附、架桥、交联等作用，能使水中的胶体微粒凝聚在一起。与此同时还发生了一系列的物理化学变化，并使得它们具有很强的电中和能力，从而降低了胶团的ξ电位，破坏了胶团的稳定性，促使胶粒快速凝聚沉淀；由于聚铁碱化度低，故凝聚力大，生成的絮体大，沉降快。相对密度小，在气浮中应用效果好；PH应用范围广（4-11）。除锰外，对其他重金属均有较好的去除效果；对SS，COD，BOD，色度及恶臭等均有良好的去除效果；具有破乳功能，故对乳化油的去除有一定效果；制造简单，原料价格低，易得，腐蚀小；药剂投加量小，污泥较其他药剂生成量小。\n制备方法方法一：碱法。原料为三氯化铁，氢氧化钠。制备工艺是Fe3+浓度控制在0.01-0.75mol/L,OH/Fe3+=0~2.5。将100mL0.5mol/L的FeCl3.6H2O溶液稀释到2000mL快速搅拌，并缓慢加入500mL0.25mol/L的NaOH，此时便制备出聚合氯化铁。方法二：加热法。用自来水稀释三氯化铁，浓度控制在0.7-0.75mol/L，溶液温度在100度左右，快速搅拌条件下加注自来水。此药剂不宜久放，随用随制备。特点：混凝沉淀速度快，用量比三氯化铁少20%，沉泥量少；混凝沉淀颗粒大，便于过滤；生产工艺简单，原料易得，腐蚀性小。\n制备原料:铝灰，铝矿石，煤矸石，粉煤灰及盐酸等。制备方法：（1）氢氧化氯一步法：氢氧化铝与盐酸适当配比，在合适的温度、反应时间及压力条件下，进行化学反应后，上清液即为聚合氯化铝。（2）酸溶铝灰法：原料是盐酸和铝灰。利用盐酸和铝灰进行溶出反应，被溶出的铝在水解时，又产生部分酸，这部分酸可补充酸量不足，重复使用，于是便生成聚合氯化铝。\n（3）煤矸石法：煤矸石破碎后在高温700度下焙烧1小时，加注19%盐酸反应生成氯化铝溶液。将溶液蒸发增浓，使之结晶，在沸腾床反应器中，再把结晶氯化铝加热，使其部分分解变成颗粒状、具有一定碱化度的聚合单体，然后加入适量水进行处理，此时便可生成树脂状固体聚铝。（4）酸溶粉煤灰法：当溶剂是盐酸时，浓度为6mol/L,灰：溶剂=1：2.5，溶出时间2小时；当溶剂为硫酸是，浓度为9mol/L,灰：溶剂=1：2溶出时间2小时。三氧化二铝溶出率为38%-48%，溶出液经净化处理后即为聚合氯化铝。\n（5）高岭土尾矿法：高岭土中含三氧化二铝为20%左右，利用高岭土制备碱式氯化铝有酸法、碱法及中和法三种方法，尤以酸法为宜。酸法又称酸溶二段法。即将高岭土粉碎到60目，650-750度焙烧0.5-1小时，加20%盐酸，其浓度应控制在1.0mol/L，反应1-2小时即得产品。\n聚铝的特点：聚合氯化铝的絮凝效果优于硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁；絮体形成快、沉速大、反应时间短，可提高处理单元的生产强度；泥渣脱水性能好；对废水的PH、温度、浊度、碱度等适应范围广；处理后出水PH改变小，铝与盐分残留小，利于回用；成本低，用量少，适用各种工业废水的处理。\n制备原料：工业废渣，铁，铝盐，铝灰，铁屑，废酸等。制备工艺方法：（1）铝铁复合絮凝剂：以煤矸石为原料，经过破碎、焙烧、酸浸及中和等工艺过程，便生产出聚合铝铁盐絮凝剂。该产品由于选择性的控制铝铁含量及存在形态，使之同时具有铝盐和铁盐的特性，故处理水过程中，矾花紧密，沉速快，沉渣易脱水。另外，也可用铁盐和铝盐复配而成。\n（2）复合高效絮凝剂：这种絮凝剂集聚铝与聚铁于一体，并掺有无机絮凝促进剂。只要按适当比例配制便可用于不同的水处理。矾花形成大且快，易于固液分离，沉泥压缩性好，易于脱水。另外，在水处理过程中可单独使用无需加助凝剂。3.特点：加药量少，絮凝反应快，絮体大而密实，易沉不破碎，重聚性好，泥渣脱水性好；对水的PH无影响，适用范围广，PH值4-11，无腐蚀性，长存质不变，安全无毒；适用多种工业废水的处理，处理高浊度废水，其浓度高达50kg/m3,而且不用外加助凝剂。\n有机絮凝剂的制备及其特点天然有机高分子絮凝剂的制取（1）含胶植物及其改性絮凝剂（2）淀粉阳离子交换剂（3）天然高分子改性阳离子絮凝剂（4）甲壳质（壳聚糖）絮凝剂（5）聚氨基葡糖和葡聚糖复合净水剂人工合成有机高分子絮凝剂有机复合絮凝剂的制备\n天然高分子物质首先进行醚化反应，使纤维素和多聚糖分子引入羧甲基，然后在氧化剂存在条件下，使木质素进行磺化反应，生成木质素磺酸盐等衍生物，于是便制得絮凝-缓蚀剂。采用上述方法，在有催化剂存在下，对含胶植物接枝聚合，可制得絮凝-阻垢剂\n此药剂处理重金属和苯胺废水效果很好。其制造过程是要首先进行高交联淀粉制备。将玉米淀粉、NaCl与环氧氯丙烷混和在一起，搅拌10分钟，慢慢滴加5%KOH，常温反应16小时，最后用2%盐酸溶液中和，经过滤干燥便得到高交联淀粉。将其与9.5%的乙醇混合，再加适量的氯乙酸搅拌10分钟，缓慢加入3%KOH溶液，水浴加热，反应结束后用10%HCl溶液中和，过滤，干燥，洗涤即可。\n以F691为原料，Fe2++H2O作为催化剂，接上活性基团聚合而成。具体原料配比是F691：铵盐单体为1：2，催化剂加量0.8%，反应温度控制在65度，聚合90分钟，活化20-25秒。该絮凝剂外观为灰色胶状体，相对密度1.40，PH值8.0。具有较强的吸附架桥与中和功能。\n虾壳酸浸碱液煮脱色还原甲壳素稀酸稀碱NaHSO3制备工艺：将甲壳素在5%的盐酸中浸泡48h，再在8%-10%碱液中浸泡48h后，加热煮沸1-2h,再用0.2%的高锰酸钾液浸泡1h氧化脱色，还原漂白后，用1%的NaHSO3液浸泡10min，加盐酸使之呈酸性，再浸泡20min，到此制出不溶性甲壳素；不溶性甲壳素放入50%的烧碱溶液中，加热60-80度，浸泡24h，开始每1h翻动一次，以后5-6h翻动一次，最后可制得可溶性壳聚糖。\n原料为薯干粉，直接在深层发酵，生产柠檬酸。将新鲜柠檬酸废渣置于反应釜中，加入助解剂使蛋白质水解成聚氨基葡糖和葡聚糖复合物。控制温度和压力恒置5h，使之充分水解，然后过滤得固体物，用去离子水洗至中性，干燥破碎后即得产品。\n聚丙烯酰胺以丙烯腈为主要原料，将它与水按一定比例混合，经过水合、提纯、聚合、干燥等工序，便可产出产品。水合时温度控制在80-140度，并在有铜催化剂的条件下完成；聚合时要加助引发剂。2.丙烯酸二乙基乙酯的共聚物TXE（污泥脱水剂）将原料丙烯酸、二乙氨基乙醇、二甲苯、铜粉按一定比例放入装有搅拌、回流分水装置的反应器中反应12h后，减压分馏制得液体产品。然后进行共聚物的合成。3.ST絮凝剂利用二烯丙基二甲基氯化胺与丙烯酰胺共聚而成。\n复合高分子絮凝剂（PHM-y）由几种高分子有机物与无机物按需要以一定比例，经过物理混合和化学反应，形成的聚电解质絮凝剂。它易水解，水解后主要阐述高价羟基金属络合物、高钾离子以及秦油性和活性致浊物质等。适宜含油废水处理。2.PPAMSC复合絮凝剂将无机高分子絮凝剂（铝、镁盐等）及有机高分子絮凝剂按一定比例，控制定温定压，通过化学反应合成一体即为产品。\n微生物絮凝剂的制备制备条件：（1）碳源（2）氮源（3）工艺参数2.培养基\n2.4絮凝剂应用技术絮凝机理药剂投加量的影响因素投药方式及过程\n2.4.1絮凝机理胶体表面电化学胶体的稳定性混凝机理絮凝剂与水的混合及絮凝反应\n水中杂质形态分类：溶解态：粒径小于1nm；胶体态：粒径在1~100nm之间；悬浮态：粒径大于1微米。絮凝对象主要是胶体等细小的颗粒物。胶体的特点：巨大的表面积，可吸附水中离子或极性分子，形成胶体双电层结构。根据顾义-查普曼理论,吸附在胶核表面的离子为电位形成离子，与其他电荷符号相反的离子称为反离子。\n胶体的吸附理论：由于胶核和离子在水中均作布朗运动，反离子扩散到液相中，距胶核表面近处反离子浓度高，远处反离子浓度低。紧靠胶核表面的一层离子被吸附的比较牢固，形成吸附层，厚度约为一个或数个离子的尺度。吸附层外层为扩散层，其厚度理论上为无限大。吸附层和扩散层反离子总电荷与胶粒表面电位形成离子的电荷相等。运动中的胶粒与溶液的界面称“滑动面”，滑动面与吸附表面不一定重合。\n胶体的稳定性定义：胶体颗粒保持分散悬浮状态的特性成为胶体的稳定性。带电的胶粒与反离子均能与周围的水分子发生水化层。滑动面上的电位越高，扩散层中的反离子就越多，水化作用也越强。因此水化层越厚，胶体就越稳定。稳定性分为动力稳定性和聚集稳定性。\n动力稳定性：水分子由于热运动撞击胶粒而形成布朗运动，阻碍胶粒聚集下沉，使其长期保持悬浮状态。布朗运动停止，胶体在重力作用下下沉的现象称为动力学不稳定。而小颗粒受重力影响小，主要受控布朗运动能长期悬浮水中的现象称为动力学稳定。聚集稳定性：同性电荷的胶粒之间由于静电斥力或水层的阻碍相互不能聚集的现象称为聚集稳定性。若胶粒失去聚集稳定性，在布朗运动作用下碰撞聚集，动力稳定性亦随之消失，沉淀就会产生。这说明胶体稳定性，关键在于聚集稳定性。\n混凝机理双电层压缩机理胶粒双电层的构造表明其表面反离子浓度最大，距离胶粒表面越远，反离子浓度越低，最终于溶液浓度相等。当向溶液中投加絮凝剂，增加水中反离子，使胶粒扩散层压缩，滑动层电位随之降低，斥势能也下降。絮凝剂投加量增加，滑动层电位降到零，胶粒间斥能消失，此点成为“等电点”。此时液相中的浓度称为临界浓度。胶粒亦容易发生凝聚沉淀。\n2.吸附电中和原理是指胶粒表面对异号离子有强烈的吸附作用。由于这种作用，中和了胶粒部分电荷，降低其静电斥力，ξ电位亦随之减小，因此容易与其它颗粒接近而相互吸附失去稳定性。但与此相反，异号离子投加量过大，会使原来带负电荷的胶粒变为带正电荷的胶粒，胶粒间会出现斥力和ξ电位增加，此时便发生再稳现象。\n3.吸附架桥机理是离子物质与胶粒的吸附与桥联，亦可说成两个同号胶粒，中间由一个异号小胶粒电性相吸而连接在一起。高分子絮凝剂具有线性结构，他们带有能与胶粒表面某些部位起化学变化的化学基团。当二者相互接触时，集团能与胶粒表面发生特殊反应而吸附；高聚物的其他部分则伸展至溶液中，可以和另一个胶粒发生吸附，这样高分子聚合物就起到桥梁作用，使絮体长大脱稳。\n4.沉析物网捕机理当金属盐类、金属氢氧化物与石灰等作为絮凝剂时，经水解后形成大量的氢氧化物固体从水中析出、下沉，它们可以网捕卷带水中胶粒形成絮状物。这种作用基本是一种机械作用，絮凝剂投加量与被除去的胶粒质量成反比，即胶粒越少，投加絮凝剂越多，反之则少。\n絮凝剂与水的混合及絮凝反应絮凝剂的配制絮凝剂的投配分为干法和湿法。我国大都用湿法。块状、粒状药剂要加以溶解，配成一定浓度的溶液，再往水中投加。药剂配制过程中可采用水力、机械或压缩空气搅拌。\n2.药剂混合混合作用需要迅速、均匀地使药剂扩散到水中，药剂产生的胶体与水中胶体、悬浮物等接触后，形成小的矾花，这一过程水流要形成激烈的湍流，其混合时间通常不超过2min，混合器所消耗的功率按每立方米设备容积需0.75千瓦来设计。\n3。絮凝反应药剂与水混合，水中微小胶体已经产生初步絮凝现象，并有细小矾花形成，尺寸达5微米，不再产生布朗运动，但还没达到靠重力下沉的尺寸，而反应设备的功能就是细小矾花长大，使其沉淀。反应设备的要求：（1）水流要达到适当的紊流度（2）需要有适宜的反应时间。\n2.4.2药剂投加量影响因素混凝剂种类的影响水质的影响悬浮物含量高而碱度低悬浮物含量与碱度均高悬浮物含量低而碱度高悬浮物含量与碱度均低温度的影响\n2.4.3投药方式及过程投药方法：投加方式优点缺点干投法设备占地少；设备被腐蚀的可能性小；当要求加药量突变时，宜于调整投加量；药剂较为新鲜。当用药量大时，需一套破碎混凝剂的设备；混凝剂用量少时，不易调节劳动条件差；药剂与水不易混合均匀；湿投法容易与水充分混合；不易阻塞入口；投加宜于调节。设备占地大；人工调节时，工作量大；设备容易受腐蚀；当要求加药量突变时，投药量调节较慢。\n投加方式：方式作用原理优缺点使用情况重力投加建造高位药液池，利用重力作用将药液投入池中优点：操作较简单，投加安全可靠缺点：必须建造高位药液池，增加加药间高度。投加量不大输液管线不宜过长。压力投加水射器利用高压水在水射器喷嘴处形成的负压，将药液吸入优点：设备简单，使用方便，不受药液池高程所限。缺点：效率低，药液浓度不够时，易堵各种投加规模均可适用。加药泵泵在药液池中直接吸取药液，加入压力水管内。优点：可以定量投加，不受压力管压力限制缺点：价格昂贵，泵易引起阻塞，维护麻烦。适合投加量较大的情况。\n2.5国内外水处理药剂发展动向絮凝剂无机絮凝剂有机絮凝剂微生物絮凝剂阻垢分散剂缓蚀剂水处理药剂新动向铝盐药剂对环境的影响\n2.5.1无机絮凝剂于1960年秋研制成功并在全世界广泛使用。在日本、俄罗斯、西欧和中国应用较多。无机低分子絮凝剂由于在水处理中存在许多问题，正逐渐被无机高分子絮凝剂所取代。目前，日本、德国、俄罗斯及西欧等国家或地区生产无机高分子混凝剂已达到工业化和规模化，流程控制自动化，产品质量稳定。聚合类絮凝剂已经占絮凝剂总量的30%-60%。\n中国生产聚铝和聚铁也有了相当的发展，并开发了各种原料和工艺制造方法，结合国情，建立了独具特色的工艺路线和生产体系，完全可以满足给水与废水处理需要。今年来，研制应用聚合铝、铁、硅及各种复合絮凝剂已成为热点。目前，中国生产无机高分子絮凝剂的工厂有数百家，但多数厂家规模小、工业化程度低、产品质量不够稳定，进入国际市场的产品不多。\n有机絮凝剂有机絮凝剂一般可分为合成有机高分子絮凝剂和天然高分子絮凝剂。此类絮凝剂主要是利用吸附架桥作用，使形成的颗粒大而密实，沉降性能好，处理过程时间短。近几年来大量应用于石油、印染、食品、化工、造纸等工业废水处理中。（1）合成有机高分子絮凝剂（2）天然高分子絮凝剂\n合成有机高分子絮凝剂现阶段合成有机高分子絮凝剂主要是聚丙烯酰胺（PAM）及其衍生物。主要通过两方面徐宁：由于氢键结合、静电结合、凡的华丽等作用对胶粒有较强的吸附结合力；因为高聚合度的线型高分子在溶液中保持适当的伸展状态，从而发挥吸附架桥作用，把许多细小颗粒吸附后，缠结在一起。聚丙烯酰胺在处理浊水、污泥脱水和废水等方面有显著的效果。\n天然高分子絮凝剂包括淀粉、纤维素、含胶物质、多糖素和蛋白质等的衍生物。具有安全无毒、易生物降解、原料来源广等优点。现在日本、美国、加拿大、意大利、瑞典、荷兰、比利时、挪威等国都已建成一定规模的甲壳质生产工厂，原料均以虾、蟹壳为主，主要用于处理水处理絮凝剂。这方面占领先地位的是日本和美国。\n中国对甲壳质的研究始于20世纪50年代末，近十几年来发展较快，进行了较多的开发研究，并已取得相当成效。大连某单位利用意大利的技术，以美国阿拉斯加的雪蟹壳为原料生产壳聚糖及其衍生物，产品大都返销国外，用来生产化工助剂和水处理絮凝剂。其他生产厂家产量不大，产品层次不深，而且以粗产品居多，设备简陋，工艺粗糙，质量不高，离实现工业化规模尚有一段距离。\n微生物絮凝剂微生物絮凝剂作为一种高效、安全的新型絮凝剂成为目前絮凝剂研究的重要方向之一。自20世纪80年代日本的苍根隆一等从土壤中分离出红平红球菌的S-菌株，并由此得到NOC-1絮凝剂后，已经相继开发出许多微生物絮凝剂。它们利用生物技术，通过生物发酵、抽提、精制得到的一种微生物高分子聚合物。相对分子质量一般在105以上。\n目前，已开发研制出第三代絮凝剂——生物絮凝剂。这种药剂是利用生物技术通过微生物发酵抽提、精制而得到的一种新型、高效、价廉的水处理药剂。它与普通徐凝剂相比优点是易于固液分离、形成沉淀物少、易被微生物降解、无毒无害、无二次污染、适应性强、可除浊脱色。现在，深入研究方向有两个：应用对象研究和廉价培养基的开发研制。\n2.5.2阻垢分散剂\n2.5.3缓蚀剂在整个水处理化学品中缓蚀剂所占份额最大。经过半个多世纪的发展形成了铬酸盐、锌盐、硼酸盐、磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、犬有机膦系、钼酸盐、钨酸盐既有机羧酸、有机胺等系列缓蚀剂。发展方向是根据可持续发展战略，研究开发性能良好、无毒、无害、无污染的无铬、无锌、地邻乃至无磷缓蚀剂，其中更应重点发展如臭氧、共聚物缓蚀剂等兼具阻垢、杀生功能且能生物降解的多功能缓蚀剂。\n2.5.4水处理药剂新动向水处理药剂的开发制备包括两个方面：其一是药剂本身的开发，方向是复合型及无毒害生物型；其二是通过基础理论研究开发制备高效低毒水处理药剂。完善并开发复合高分子絮凝剂；人工改性天然高分子絮凝剂使其应用于各种废水的处理；重点研究需凝机理、缓蚀机理、阻垢机理、杀菌机理及药剂结构与性能之间的科学规律等。\n2.5.5铝盐药剂对环境的影响国内外水处理药剂以铝系药剂为大宗。铝离子对水生生物有严重毒害。开发天然高分子絮凝剂是发展和开拓水处理药剂的一个崭新的课题。\n2.6水处理剂性能评定方法缓蚀性能的测定方法阻垢性能的测定方法冷却水动态模拟实验方法水的混凝、絮凝杯罐试验\n2.6.1缓蚀性能的测定方法方法提要：方法之一是测定金属试片质量损失法（也称挂片法）。试剂和材料：正乙烷；无水乙醇；盐酸溶液；氢氧化钠溶液；酸洗溶液。仪器和设备：试验装置必须符合的要求：水浴温度必须控制在３０～６０度，旋转轴转速７５～１５０转／分钟，旋转轴和试片固定装置、试杯须用电绝缘材料制作，能连续运行２００小时以上。试片用Ｑ２３５钢。\n４.试验条件：试液温度：（４０±１）℃；试片线速度：（０．３０±０．０２）m/s试液体积与试片面积比：３０mL/cm2;试片上端与试液面的距离：应大于２厘米；重复试验数目：对每个试验条件，应有４－６片相同的试片进行重复试验；试验周期：７２小时。\n５.实验步骤：