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广东麻将水处理药剂

11-06

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  水处理药剂(也称作水处理剂水处理化学品,Water Treatment Chemicals)是工业用水生活用水废水处置过程中通常所需的化学药剂。

  主要作用是控制水垢、污泥的形成,减少与水接触的材料的腐蚀,除去水中的悬浮固体和有毒物质,除臭脱色,软化和稳定水质等。

  水处理药剂广泛应用于化工、石油、轻工、日化、纺织、印染、 建筑、冶金、机械、医药卫生、交通、城乡环保等行业,包括废水和污水处理、冷却水和锅炉水的处理、海水和苦咸水淡化、膜分离、生物处理、絮凝和离子交换等技术所需的药剂。

  通常根据产品性能,水处理药剂可分为絮凝剂、阻垢剂、缓蚀剂杀菌剂消泡剂清洗剂等。此外,还可划分为一般水处理化学品和专用水处理化学品,一般水处理化学品如明矾氯硫酸铁三氯化铁聚合氯化铝等;专用水处理化学品又分为单一化学品 (如有机絮凝剂)和配方产品(杀菌剂防腐剂阻垢剂等)。

  絮凝剂根据其组成不同主要分为以下四类,其中不同种类的絮凝剂又有繁多的细分:

  根据组成可分为简单无机絮凝剂和无机高分子絮凝剂。其中,简单无机絮凝剂通常又可分为铝盐絮凝剂(常见药剂包括硫酸铝氯化铝铝酸钠)和铁盐絮凝剂(包括氯化铁硫酸铁);无机高分子絮凝剂通常又可分为铝盐系列(包括聚氯化铝和聚硅硫酸铝)和铁盐系列(包括聚合氯化铁聚合硫酸铁、聚合磷酸类复合铁盐和聚合硅酸类复合铁盐)。

  根据组成可分为天然有机高分子絮凝剂和人工合成高分子絮凝剂。其中,天然有机高分子絮凝剂又可分为淀粉衍生物(包括高取代度季铵型阳离子淀粉絮凝剂、高取代度阳离子马铃薯淀粉、交联氧化淀粉和交联羧甲基淀粉)、木质素衍生物(包括改性季铵盐木质素和层状双氢氧化物。其中层状双氢氧化物英文全称为Layered Double Hydroxide,简称LDH)及甲壳素衍生物(包括壳聚糖-聚三甲基氯化铵)等;人工合成高分子絮凝剂又可分为非离子型有机高分子絮凝剂(包括聚丙烯酰胺,英文全称为Polyacrylamide,简称PAM)、阴离子型有机高分子絮凝剂(包括聚丙烯酸聚丙烯酸钠聚丙烯酸钙、苯乙烯磺酸盐、木质磺酸盐丙烯酸甲基丙烯酸)、阳离子型有机高分子絮凝剂(包括季铵化的PAM)以及两性PAM聚合物(包括具有羧基和胺甲基的两性型PAM絮凝剂)。

  包括微生物菌体作为絮凝剂(如某些细菌、放线菌酵母菌霉菌)、微生物细胞壁提取絮凝剂(如酵母菌细胞壁葡聚糖、丝状真菌细胞壁壳聚糖)、微生物代谢产物作絮凝剂(如荚膜、黏液质)以及基因克隆技术获得絮凝剂(如高效遗传菌株)。

  对于絮凝剂的研究,今后的发展方向重点有如下两方面:第一,微生物絮凝剂以其独特的生物优势具有广阔开发和应用前景,找寻廉价易得的絮凝剂产生菌培养底物,以期降低絮凝剂的生产成本;第二,在考虑成本的前提下,加大复合絮凝剂的应用推广力度,开展低毒、无毒、高生态安全复合絮凝剂的研究,减少二次污染,实现可持续发展。

  阻垢剂是一类能阻止水中致垢盐类在设备表面沉积的物质。一般认为,阻垢剂起阻垢作用是因为它对水中金属离子有螯合作用,对微晶有吸附分散作用或晶格畸变作用。

  阻垢剂一般按照阻垢剂研究的发展历程和阻垢剂分子中的官能团进行分类,主要分为四大类:

  :常见药剂包括单宁纤维素淀粉木质素壳聚糖腐植酸钠等,优点是使用较早、来源广泛,缺点则是加量大、费用高。

  此类阻垢剂又分为无机含磷聚合物阻垢剂和有机含磷聚合物阻垢剂。前者常见药剂包括焦磷酸钠三聚磷酸钠六偏磷酸钠,优点是可与多种结垢金属离子螯合,缺点是易水解。后者常见药剂包括羟基乙叉二膦酸氨基三甲叉膦酸乙二胺四甲叉膦酸和多氨基多醚基甲叉膦酸,优点是螯合能力强、兼具缓蚀性以及不易水解,缺点是高温、高碱、高硬水质下使用受限,本身易结垢和污染。

  常见药剂包括丙烯酸类共聚物、磺酸类共聚物、马来酸酐类共聚物和其它非磷缓蚀阻垢剂。优点是活性高、毒性小,缺点是生物可降解性差。

  常见药剂包括聚环氧琥珀酸聚天冬氨酸,优点是活性高、高钙浓度下阻垢效果好以及绿色可降解。

  目前天然聚合物阻垢剂的使用已经淘汰,而国内在上世纪九十年代以前,研究重点为含磷聚合物阻垢剂,在这之后以共聚物阻垢剂为主。由于磷元素能够造成水体富营养化,开发非磷或低磷、非氮和可降解的绿色阻垢剂已经成为工业上水处理行业的研究方向。复合配方的阻垢剂要比单一组成的药剂具有更好的阻垢性能,可通过开发此类型阻垢剂来弥补单一药剂的缺憾。

  缓蚀剂属于一种兼具经济性、高效性以及通用性的防腐蚀药剂,目前已广泛应用于电力、石油以及能源等多种工业生产活动。从 1860 年世界上第一款缓蚀剂出现,该类药剂经历了从无机共聚物、高磷、单一应用方法,转变为有机共聚物、无磷以及复配使用。

  缓蚀剂的分类方法有很多,除了以缓蚀剂自身的化学组成分为无机和有机缓蚀剂外,也可根据缓蚀机理进行分类,如根据电化腐蚀控制部位和保护膜类型进行的分类。

  ,常见药剂包括锌盐钼酸盐钨酸盐硅酸盐、(亚)硝酸盐、(聚)磷酸盐及铬酸盐;

  ,常见药剂包括包括膦酸(盐)、膦羧酸含氮氧的杂环化合物。不同组成缓蚀剂有不同的性质和用途,如锌盐缓蚀剂成膜快,膜松软,多用于冷却水系统;膦羧酸缓蚀剂与二价离子螯合作用强,适用于低硬、低碱腐蚀性水介质。

  ,常见药剂包括铬酸盐钼酸盐钨酸盐钒酸盐亚硝酸盐硼酸盐,该类缓蚀剂特点是阳极区与金属离子作用形成保护膜,要保持较高浓度以使阳极全部钝化,否则造成点蚀;

  ,常见药剂包括锌的碳酸盐、磷酸盐和氢氧化物钙的碳酸盐磷酸盐,该类缓蚀剂特点是在阴极成膜,只需向介质中加入可溶性锌盐或可溶性磷酸盐。

  ,常见药剂包括铬酸盐亚硝酸盐钼酸盐钨酸盐钒酸盐正磷酸盐硼酸盐,特点是在氧作用下于金属表面阳极区形成氧化膜;

  ,常见药剂包括锌的碳酸盐、磷酸盐和氢氧化物钙的碳酸盐磷酸盐,特点是缓蚀膜多孔且未与金属表面直接结合,附着性不好,效果不如氧化膜型缓蚀剂;

  ,常见药剂包括一些含氮硫羟基具有表面活性的有机化合物,特点是金属表面有腐蚀产物或积垢应配合表面活性剂加入,帮助成膜。

  近年来随着有机合成技术的进步,科学工作者们设计合成出很多新型结构的低聚物、缩聚物型缓蚀剂,不仅毒性低,缓蚀效果也很好,已成功应用于机械内腔、精密刀具、汽车零件等领域。今后缓蚀剂领域的研究重点应是探索从植物、 海水生物中分离提取和加工出新型缓蚀剂的有效成分;利用医药、食品和工农业副产品提取缓蚀剂有效成分,并进行复配或改性;以及运用量子化学理论进行高效多功能环保型和低聚型缓蚀剂的合成。

  杀菌剂,也称杀菌灭藻剂,在水处理过程中可以抑制、破坏性水中微生物的生长,防止微生物发生粘泥现象而影响整个水处理系统的运行。

  常见药剂包括氯气(优点是常用、廉价;缺点是加氯操作不便)、次氯酸盐(优点是常用、廉价;缺点是性质不稳定)、氯化异氰尿酸(优点是兼具缓释性、杀菌性好、较常用;缺点是不能剥离粘泥)、氯化溴(优点是结构简单;缺点是不稳定、成本高)、卤胺(优点是性能稳定、功效可再生;缺点是成本高)、卤化海因(优点是杀菌性好;缺点是成本高)、二氧化氯(优点是杀菌性能极好;缺点是不稳定)、臭氧(优点是杀菌性好;缺点是成本高)、过氧化氢以及高锰酸钾(优点是常用作剥离剂;缺点是临时性使用)。

  常见药剂包括重金属化合物(优点是品种多、用途广;缺点是毒性大、难降解、已淘汰)、氯酚(国内使用较多;缺点是毒性大、限制使用)、有机氮硫物(常用;缺点是易产生抗药性)、季铵盐类(常用;缺点是泡沫多)、活性卤化物(优点是杀菌性好、低毒),洗必泰戊二醛咪唑啉均三嗪(优点是杀菌性好;缺点是成本高)。

  水处理杀菌剂的种类多,杀菌机理、效果和用途也各不相同,甚至一些杀菌剂的作用机理还需要进一步的试验研究。今后水处理杀菌剂领域的发展方向是开发具备广谱、高效、低毒、环保、性价比高等特点的水处理杀菌剂。合理解决环境安全和杀菌效果之间存在的矛盾问题是该行业面临的最大挑战。目前,不溶性高分子固化类杀菌剂的研发成为热潮,并同时开发具有协同作用的复配型杀菌剂。此外,新型绿色环保替代品也是今后开发的方向。

  消泡剂有油型、溶液型、乳液型、粉末型和复合型几种,各种消泡剂均应具备以下特点:消泡作用强,用量少;不改变加入体系的基本性质;表面张力小;与表面的平衡性好;扩散和渗透性好;耐热性好;化学性质稳定,不易氧化;气体溶解和透过性好;在起泡性溶液中溶解度小;无生理活性,安全性高。同时具备上述十余种特性的消泡剂是不存在的,一种消泡剂只能对特定一种或几种体系起作用。

  聚醚类改性硅油消泡剂在国内仍处于研发阶段,产品稀缺。此种消泡剂可迅速溶解于水中,既可以单独使用,又可以与其它水处理剂复配使用。聚醚类消泡剂稳定性好,不易发生破乳漂油现象,不产生沉淀,是消泡剂领域的新品种,亦是消泡剂研发的方向。

  清洗剂种类繁多,首先可根据其组成物质分为无机清洗剂和有机清洗剂两大类。而根据所针对的设备材质不同和具体污垢不同,清洗剂又分为酸洗剂、氨洗剂、碱洗剂和溶剂型清洗剂四类。值得注意的是,普通的清洗剂一般不属于水处理药剂,此处清洗剂特指用于膜法水处理设备的清洗剂,主要用于对膜进行清洁、清洗:

  一般包括盐酸硫酸氨基磺酸氢氟酸柠檬酸、羟基醋酸、甲酸草酸、乙二胺四醋酸等,越强的酸对水垢的溶解效果就越好,但要考虑对设备的损伤;

  通常选用1-3%的氨水,通常还要向其中加入过硫酸铵、过碳酸铵、亚硝酸钠氧化剂配合使用,以提高氨洗效率;

  通常包括苛性钠纯碱磷酸钠亚硫酸钠联氨等,同样的,为了提高碱洗效率往往需要再加入一定量表面活性剂双氧水;

  以前多采用汽油,现在改为有机氯化物、有机氟化物,此类清洗剂操作方便,稳定性好,可循环使用。

  水处理药剂的应用领域按照终端客户水处理的对象和方式的不同, 一般可以分为:工业水处理、市政与饮用水处理、污水与废水处理、海水淡化。

  水处理药剂主要运用在循环水冷却系统和工业锅炉水中。循环冷却水是把使用过的水通过冷却塔降温后再次用于冷却,整个水系统是处于一个不断循环的动态过程之中,属于多次使用。循环水冷却系统需要解决管线和设备的结聚、腐蚀和微生物问题。工业循环水处理使用的药剂主要有阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂、清洗剂、预膜剂等。

  工业锅炉水处理的常用方法有锅外水处理和锅内水处理,使用的药剂主要有缓蚀阻垢剂、除氧剂、给水降碱剂、离子交换剂、再生剂、软化剂、碱度调节剂、清垢剂等。

  在生产合格生活用水的过程中,必须添加合适的水处理化学品使出厂的水质达到国家标准。重点需要处理的环节有:藻类控制,减少水库中有毒或有气味的藻类;絮凝过程,去除悬浮和胶体固体如粘土;软化过程,去除钙盐和镁盐,特别是碳酸盐和重碳酸盐;腐蚀控制,用来减少对管道的腐蚀;杀菌消毒等。市政与饮用水处理涉及到的水处理药剂一般有杀菌灭藻剂、絮凝剂、缓蚀剂等。

  如果将污水或废水直接排放到自然环境中,其中所含污染物会对生态环境造成污染,因而需要将污水中的全部污染物清除出去。通常需要将多种污水处理方法结合起来,实现层层净化,逐级过滤,直至将水中污染物彻底清除。污水处理涉及到的水处理药剂一般有絮凝剂、污泥脱水剂、消泡剂、螯合剂、脱色剂等。

  海水淡化发展始于 20 世纪 60 年代,经过近几十年的发展,海水淡化技术已经相对比较成熟。其中,蒸馏法和膜法已成为主流技术。对于膜法而言,为减少结垢沉积对反渗透膜的影响,需要在水中添加阻垢缓释剂、清洁剂、絮凝剂、阻垢分散剂等药剂;对于蒸馏法来讲,容易产生锅垢从而降低蒸发效率,可以通过海水进行预处理来减少影响,向原水中加入聚磷酸盐、有机磷酸,膦基聚羧酸等进行水质软化,对钙,镁离子以及其他金属离子螯合作用使其不易沉淀,从而阻止水垢的形成。

  我国幅员辽阔、人口众多,淡水资源人均占有量较少,而且重复利用率相对较低,特别是近些年由于国家经济的高速发展,人们在生产和生活活动当中对水资源的利用量更大,污染问题也持续加剧。在工业冷却水的处理过程中,对水处理药剂的应用能够起到非常优质的应用效果。此外,将水处理药剂应用在城市污水治理当中也能够起到很大的辅助作用,这对于水资源利用效率的提升,从而缓解水资源的短缺问题具有非常重要的意义。

  为了对我国流域范围内的水环境质量进行治理和改善,国家相继出台了各种政策,并逐步提升了污水排放的标准。这也就该新型水处理药剂在研发方面指出了非常明确的方向,给行业发展带来了良好的契机。

  就我国工业发展目前的整体情况来说,应用最为广泛的阻垢剂还是以磷系产品为主,而且全国每年需要消耗掉大概十万吨阻垢剂。这些含有磷的化合物多数最终进入到了自然水体当中,导致河流湖泊出现富营养化,给生态环境带来了严重的威胁。所以,目前对无毒性、无磷化,并能够实现生物降解水处理药剂的研究与推广显得至关重要。

  目前,我国在水环境管理方面正从以往的总量控制,朝着具体流域的目标管理逐步转变,国家正大力推进水污染治理技术体系以及综合管理体系的构建,给水处理药剂的发展形成了非常优质的技术保障,呈现出更为广阔的发展平台。

  创新是水处理药剂可持续发展的原动力,绿色化是未来水处理药剂发展的方向,开发研制适合我国环境保护要求的低磷、非氮、可生物降解、无毒无害、低成本的绿色水处理药剂,将成为我国未来水处理药剂发展的方向。

  近年来,随着有机高分子絮凝剂的吸附架桥、吸附电中和、聚合物-颗粒物表面络合物形成的耗散絮凝( depletion flocculation) 等机理的形成,以及对聚电解质络合絮凝机理和吸附胶束絮凝等难降解有机物强化絮凝机理的研究,为有机高分子絮凝剂及多元复合絮凝剂的研制和应用提供了理论基础,一批新型高效环保型有机高分子絮凝剂及多元复合絮凝剂得以研制,实现了水处理药剂的新突破。

  绿色水处理药剂的发展经历了由天然高分子绿色水处理剂到人工合成型高分子绿色水处理药剂的过程。研制具有高阻垢性能、良好生物降解性、无毒、无磷或低磷的新型绿色水处理药剂是21 世纪水处理药剂发展的方向。但目前仅有阻垢剂与缓蚀剂在绿色化上取得了一定发展,而絮凝剂作为最主要的且用量最多的药剂,在目前所使用的无机与有机絮凝剂中,还存在着二次污染问题,而且容易对人体健康造成重大的伤害,因此应加大其绿色化进程的研究开发。在开发过程中,以天然产物如农、林产品作为原料,辅以W/W乳液聚合技术,使生产和使用过程中均实现绿色化,并且无二次污染的产生。

  多元复合水处理药剂是一类具有一剂多效的水处理药剂,如聚硅酸与铝盐复合絮凝剂,就是一类新型无机高分子混凝剂,是在活化硅酸(即聚硅酸)及铝盐混凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与铝盐的复合产物,同时具有电中和作用和吸附架桥作用,该类混凝剂具有混凝效果好、价格便宜、处理后水中的残留铝量低等优点。又如聚卤代醇噻啉季铵盐絮凝剂,具有絮凝能力强的特点,特别适用于选矿作业中矿石与水的分离,同时还具有一定的杀菌和缓释作用。多元复合水处理药剂一剂多效的特点,吸引越来越多的研究者从事其制备工艺的研究及应用开发。

  (1)纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等,作为一种新型高效水处理药剂而被寄予厚望。目前,采用纳米 TiO2光催化降解毒害有机物、碳纳米管改性去除重金属等的研究已取得突破性进展,为纳米材料水处理药剂的研发开创了先例。

  (2)微生物絮凝剂是一种无毒的生物高分子化合物,包括机能蛋白质或机能多糖类物质,具有生物降解的独特性质。与其他絮凝剂相比,微生物絮凝剂具有易于固液分离、形成沉淀物少、易被微生物降解、无毒无害、实用性强等优点。目前,对微生物絮凝剂的研究比较多,而且也有一些研究者将无机-有机高分子絮凝剂复配使用,取得了很好的效果。