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1、第11章 水处理化学品,4月20日晚美国墨西哥湾“深水地平线”钻井平台发生爆炸并燃起大火，4月24日起，漏油带不断扩散，逐渐向美国4个州的海岸逼近,2010年7月17日大连新港输油管线爆炸起火事故,至少已造成附近海域50多平方公里的海面污染.,2010年10月4日下午，匈牙利铝生产销售公司位于匈西部维斯普雷姆州奥伊考的一个有毒废水池决堤，导致大约100万立方米含有铅等重金属的有毒废水泄露,11.1 概论 11.2 絮凝剂 11.3 阻垢剂 11.4 杀菌灭藻剂 11.5 缓蚀剂,内 容,11.1.1 水处理化学品 1. 定义： 指用于控制腐蚀、结垢及微生物黏泥等而添加的水处理化学品，以达到节约
2、用水和防治水源污染的目的。,2. 历史： 无机化合物； 无机化学物+天然的有机化合物； 新型有机水处理化学品（20世纪60年代，分子量大，结构复杂）；,3.意义和作用： 水处理对于提高水质、防止结垢、腐蚀、菌藻滋生和环境污染，保证工业生产的高效、安全和长期运行，并对节水、节能、节材和环境保护等方面均有重大意义。,11.1 概论,11.1.2 水处理化学品的分类 按使用水的要求分： 阻垢剂 阻垢分散剂 缓蚀剂 杀菌灭藻剂 絮凝剂,1.以合成产品代替天然产物或混合物； 淀粉、木质素、烤胶；六偏磷酸钠（NaPO4）n 2.增强水处理化学品结构和性能相关性的研究； 分子量大的胺类化合物 3.加强多功能
3、水处理化学品的研究； 季铵盐、有机磷酸盐 4.开发绿色水处理化学品； 重铬酸钾，钨酸盐； 聚天冬氨酸（阻垢剂）；淀粉、单宁、木质素等改性物；,11.1.3 水处理化学品的发展方向,11.2.1 概论 1. 定义： 凡是用来将水溶液中的溶质、胶体或悬浮物颗粒凝聚成絮状物沉淀的物质都叫絮凝剂。或混凝剂，凝集剂，凝结剂或聚合电解质。 2. 絮凝沉淀法： 在水中加入一种化学药品，是水中的胶体和悬浮颗粒絮凝成较大的絮凝体，有利于用过滤、沉降、上浮等方法来分离，达到水质净化的目的。 明矾，高分子絮凝剂,11.2 絮凝剂,3. 分类： 阳离子絮凝剂 无机低分子絮凝剂 阴离子絮凝剂 无机絮凝剂 无机高分子絮凝
4、剂 阳离子絮凝剂 阴离子絮凝剂 天然有机高分子絮凝剂 阳离子絮凝剂 有机絮凝剂 合成有机高分子絮凝剂 阴离子絮凝剂 微生物絮凝剂 非离子絮凝剂,絮 凝 剂,无机高分子絮凝剂：阴离子金属盐类 阳离子金属盐类 铝盐系列：凝聚剂有硫酸铝、三氯化铝、硫酸铝钾等；絮凝剂有聚合氯化铝、聚合硫酸铝； 铁盐系列：凝聚剂有硫酸铁、三氯化铁、氯化亚铁；絮凝剂有聚合硫酸铁、聚合氯化铁； 钙镁盐系列：助凝剂有氢氧化钙、碳酸钙、碳酸镁、氢氧化镁； 阴离子硅酸盐：助凝剂有活化硅酸；,11.2.3 无机絮凝剂,1.常用的无机高分子絮凝剂化合物 （1）聚合氯化铝 别名：碱式氯化铝 结构式：Al(OH)mCl6-mn, m10
5、, n=1-5 物性：无色和黄色固体，无机高分子化合物，具有桥连作用和吸附性能。,（1）聚合氯化铝(PAC)的特点,相对于硫酸铝而言，混凝效果随温度变化较小； 形成絮体速度快，沉淀性能好，投加量较小； 适宜PH值范围在5-9之间，过量投加一般不会出现胶体的再稳定现象； 对设备的腐蚀作用小，对水质影响不大。 适用水质范围较宽；主要用于给水净化、工业废水、生活污水、污泥得处理。 属于阳离子高分子絮凝剂。,别名：聚铁或聚合碱式硫酸铁。 结构式：Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m，n2，m=f（n） 物性：有液体和固体两种形式。液体产品为红褐色粘稠透明液体，固体为黄色无定形固体。 在水溶液中，残留
6、得铁比三氯化铁少， 腐蚀性也比三氯化铁小。 阳离子无机高分子絮凝剂。,（2）聚合硫酸铁（ PFS),投药剂量低； 适应的水质条件较宽； 基本不用控制溶液的PH值； 絮凝速度快，颗粒密度大，沉降速度快，矾花较大； 脱色、除重金属离子，降低水中的COD、 BOD浓度和提高加氯杀菌效果等；,（2）聚合硫酸铁,2.常用的无机低分子絮凝剂化合物 （1）硫酸铝 结构式：Al2(SO4)318H2O 物性：白色粉末状或块状，在水中发生水解反应，水解反应速率缓慢。 使用：pH=6.0-7.8； pH=4-7，出去水溶液中得有机物； pH=5.7-7.8，除去水溶液中得悬浮物； pH=6.4-7.8，处理高浊度
7、废水和低色度废水；,2.常用的无机低分子絮凝剂化合物 （1）硫酸铝 水温：20-40C； 用量：15-100mg/L 用途：水处理，造纸；如用絮凝-气浮法处理造纸白水，用硫酸吕做絮凝剂，用量为25-60g/t（白水）,1.常用的无机低分子絮凝剂化合物 （2）三氯化铝 别名：氯化铝 分子式：AlCl3 物性：无色透明片状结晶，易溶于水，在空气中易吸收水分，水解产生氯化氢； 用途：工业原水处理和饮用水絮凝净化处理，对高氟水降氟具有特殊作用，对低温低浊度及高浊水处理效果一般。 受pH值影响很大。,无机絮凝剂的使用特点,无机絮凝剂有各自适用的PH值范围。 为提高絮凝剂与悬浮物的接触次数，充分进行电荷中
8、和反应，需要加强搅拌。 一般在投加无机絮凝剂后，进行PH值的调整，使其充分反应后，再投加高分子絮凝剂。,优点： 与无机高分子絮凝剂相比，有机高分子絮凝剂用量少， 絮凝速度快，受共存盐类、PH值及温度影响小，生成污泥量少，容易处理。,11.2.4 有机高分子絮凝剂,分类： 合成有机高分子絮凝剂： 分子量大，分子链官能团多； 残留单体毒性； 天然有机高分子絮凝剂: 原料来源广泛，价格低廉，无毒，可以再生，课生物降解；,合成有机高分子絮凝剂： 聚丙烯酰胺（PAM） 阳离子型，阴离子型，非离子型； 缺点：对胶体有很强的选择性，絮凝处理后的上层清液清澈程度差，生物降解性差，后处理麻烦，残留毒性； 聚二甲
9、基二烯丙基氯化铵（PDADMA）及二甲基二烯丙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物（DMDAAC-AM）：阳离子型有机高分子絮凝剂；,天然有机高分子絮凝剂: 电荷密度较小，分子量较低，易发生生物降解而市区起絮凝活性； 改性天然有机高分子絮凝剂的优点：选择性大、无毒、价廉，课生物降解。 淀粉改性（改性淀粉絮凝剂）： 各类淀粉与丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸酯等的接枝共聚反应,阳离子型合成有机高分子絮凝剂 阳离子絮凝剂对水体中带负电荷的胶体颗粒具有强烈的吸附作用和电荷中和作用。 应用广泛的为：聚二甲基二烯丙基氯化铵 阴离子型合成有机高分子絮凝剂 丙烯酰胺-丙烯酸共聚物 非离子型合成有机高分子絮凝剂 聚丙烯酰胺（PA
10、M）,1.常用的阳离子有机高分子絮凝剂化合物 （1）聚-2-羟丙基-N，N-二甲胺氯化铵 别名：环氧氯丙烷-二甲胺共聚物，聚季铵盐； 结构式： 物性：白色或浅棕色固体，高分子量有高吸湿性，为重要的强阳离子聚电解质，线性均聚物，水溶性好，可与水混合，无毒无味，对pH值不敏感，具有抗氧降解作用。,1.常用的阳离子有机高分子絮凝剂化合物 （1）聚-2-羟丙基-N，N-二甲胺氯化铵 用途： 电荷密度大，可起很好的电荷中和作用。 可用于水处理絮凝剂，造纸助留助滤剂，印数，皮革染色的固色剂。 在冷却水处理中做杀生剂，杀死或抑制各种菌藻的滋生，是有效的淤泥控制剂。,（2）丙烯酰胺-甲基丙烯酸-二甲氨基乙酯共
11、聚物 结构式： 物性：细颗粒或粉状阳离子聚电解质，或者白色易流动的分散相乳液。，具有抗氧降解作用。,（2）丙烯酰胺-甲基丙烯酸-二甲氨基乙酯共聚物 特点： 阳离子电荷密度范围大、分子量高、适用范围广和成本低； 用途：各种工业和生活废水，对来自污水厂的化学、石油或造纸厂的工业废水中有机污泥的处理，用作生物污泥的脱水助剂。,2.常用的阴离子有机高分子絮凝剂化合物 （1）丙烯酸-丙烯酰胺共聚物 别名：水解丙烯酰胺，部分聚水解丙烯酰胺 结构式： 物性：白色细沙粉末状，溶于水，pH值为7-8，在水中易分散，呈阴离子性。,2.常用的阴离子有机高分子絮凝剂化合物 （1）丙烯酸-丙烯酰胺共聚物 用途： 水解程
12、度大，羧基含量高，用作工业冷却水系统的阻垢分散剂。 水解程度小，则酰胺基含量高，当分子量达到足够大时，起絮凝效果号，可用作废水处理的絮凝剂。,2.常用的阴离子有机高分子絮凝剂化合物 （2）聚丙烯酰胺 结构式： 物性：是丙烯酰胺单体头尾键接的线性聚合物，在常温下为坚硬的玻璃态固体。由于组成和制备方法不同，产品有胶液，胶乳，白色粉粒，半透明粒珠和薄片等,2.常用的阴离子有机高分子絮凝剂化合物 （2）聚丙烯酰胺 可与水互溶，当溶液含量高于10%，由于分子间的氢键，呈现出类似凝胶体的结构。 其水溶液的粘度随聚合物分子量的增加而明显增加，对浓度变化呈对数关系，温度对溶液的黏度也有影响，但不明显。 保存时
13、，加入少量的稳定剂，如硫氰酸钠，硫脲，亚硝酸钠；,2.常用的阴离子有机高分子絮凝剂化合物 （2）聚丙烯酰胺 用途： 相对分子质量高，水溶性强，可制作亲水而水不溶的凝胶，可引入各种离子并调节分子量以得到特定的性能，对许多固体表面和溶解物质有良好的黏附力。 增稠，絮凝，稳定胶体，减阻，黏结，成膜，阻垢，凝胶及生物医学材料等方面，特别是在水处理，造纸，采矿，洗煤，冶金和石油钻采扥工业部门。,2.常用的阴离子有机高分子絮凝剂化合物 （2）聚丙烯酰胺 用途： 酰胺基可与许多物质亲和、吸附、形成氢键的特性，是之在被吸附的离子间形成“桥连”产生絮团，加速离子的下沉； 可通过化学转化或是与其体共聚制成非离子、
14、阴离子、阳离子和两性离子的系列共聚物； 聚丙烯酰胺类絮凝剂能适应多中絮凝对象，其用量少，效率高，生成的泥渣少，后处理容易。,絮凝沉淀法 分类： 有机高分子絮凝剂，无机高分子絮凝剂 优点：用量少，pH值适用范围广，受盐类及环境条件影响小，污泥量少，处理效果好； 来源：淀粉，纤维素，半纤维素，木素，单宁 结构：含有各种活性基团，如羟基，酚羟基，可通过羟基的酯化，醚化，氧化，交联，接枝共聚等化学改性，起活性基团大大增加；,结构改性： 如聚合物呈枝花结构，分散了絮凝基团，对悬浮体系中颗粒物有更强的扑捉与促沉作用； 多聚糖类高分子可引入羟基基团用于重金属污水处理； 多聚糖的阳离子改性，可处理废水中大部分
15、带负电荷的微细颗粒和胶体,1.壳聚糖：（Chitosan） 结构式：,法国beautymed鱼子精华湿粉 -滋养、去皱及细纹,重庆巴南区电镀作坊工业废水直排长江,电镀污水处理回用设备,生化处理,1.壳聚糖：（Chitosan） （1）电镀废水处理； 废水中含铬、镉、铜、铝、镍、锌、氰化物等； 化学沉淀法； 沉淀污泥量太大，污泥脱水困难，不能回收金属；,11.2.5 天然有机高分子絮凝剂,11.3 阻垢剂,工业冷却水系统的污垢是有水中微溶物质析出、衍生物产生的黏泥、腐蚀产物和悬浮物积聚而成的； 工业污垢的形成原因： 污泥垢 悬浮物质或灰尘； 衍生物黏泥或软泥 繁衍物； 水垢 水处理添加剂的副产物
16、； 锈垢或腐蚀垢 腐蚀产物；,11.3.1 污垢的产生及危害,阻垢剂？,能够防止水垢和污垢产生或抑制其沉积生长的化学试剂，包括阻垢缓蚀剂和阻垢分散剂。,盐类：碳酸钙垢、磷酸钙垢、硫酸钙垢、镁垢 碳酸钙垢 工业冷却水中钙、镁离子含量高，形成碳酸钙、磷酸钙，以及硫酸钙、硅酸镁等； 污垢夹带某些腐蚀产物、悬浮物等，主要是钙、镁的盐类； 冷却水的硬度： 永久硬度：钙镁的氯盐、硫酸盐、硝酸盐； 暂时硬度：钙镁的碳酸盐；,11.3.2 工业冷却水污垢的种类,2. 磷酸钙垢 水处理化学品中聚磷酸盐的应用，导致磷酸钙垢的产生； 结构：（锅炉水）Ca(OH)2(PO4)8 pH 9，Ca8(PO4)23 Ca(OH)2 pH 7，Ca3(PO4)2,3. 硫酸钙垢 冷却水中钙和硫酸根离子含量较高而水温也较高时结构： 石膏： CaSO42H2O CaSO42H2O 无水硫酸钙 CaSO4,4. 镁垢 Mg(OH)2 仅仅析出Mg(OH)2时，大多为粉末状； 在冷却水系统中，镁和钙的化合物以及硅酸盐等以混合垢的形式析出；
