水處理材料和工藝

1、水處理工藝和水處理材料 水是人們生活中一天也不可缺少的必需品，可一般人不知道節(jié)約用水的深遠(yuǎn)意義。實(shí)質(zhì)上隨著工業(yè)發(fā)展和人類活動(dòng)的擴(kuò)大，用水量越來(lái)越大，對(duì)水資源的污染越來(lái)越嚴(yán)重，許多原來(lái)清晰透明的江河湖泊變成烏黑的臭水，失去使用價(jià)值，照此發(fā)展終將會(huì)有一天威脅人類生存，因此合理用水和積極開(kāi)發(fā)水處理技術(shù)對(duì)節(jié)約資源和能源是非常重要的。水處理技術(shù)內(nèi)容豐富，包括冷卻水處理，鍋爐水處理，海水淡化，膜分離，絮凝等。為了用好循環(huán)水，有效地防止設(shè)備腐蝕，減少熱交換器的熱損失，需要對(duì)水進(jìn)行處理，常用的水處理技術(shù)有：絮凝處理、除油處理、除垢處理、抗氧處理、殺菌處理等，由于時(shí)間關(guān)系，這里介紹幾種常用的水處理材料：絮凝劑、

2、緩蝕劑、抗氧劑。一 絮凝劑1）絮凝過(guò)程：在水處理過(guò)程中，從向混水中加入藥劑起到水中產(chǎn)生大顆粒的凝聚體止，這樣的過(guò)程稱為絮凝過(guò)程。2）絮凝劑：用來(lái)將水溶液中的溶質(zhì)、膠體或懸浮顆粒產(chǎn)生絮狀沉淀的物質(zhì)稱為絮凝劑，兩種或兩種以上的物質(zhì)產(chǎn)生絮狀沉淀時(shí)稱為復(fù)合絮凝劑。 2 絮凝劑的分類無(wú)機(jī)低分子絮凝劑:陽(yáng)離子絮凝劑：如AlCl36H2O,Al2(SO4)318H2O,FeSO47H2O,FeCl36H2O,Fe2(SO4)3nH2O 陰離子絮凝劑：如CaO,Ca(OH)2,Na2CO3無(wú)機(jī)高分子絮凝劑： 鋁鹽高分子絮凝劑：聚硫酸鋁Al2(OH)m(SO4)3-m/2n，聚硫氯化鋁Al4(OH)6SO4Cl

3、4n 鐵鹽高分子絮凝劑： 聚硫酸鐵Fe2 (OH)m(SO4)3-m/2n,聚氯化鐵Fe2(OH)mCl6-mn 有機(jī)絮凝劑：主要為有機(jī)高分子絮凝劑3 絮凝劑的作用機(jī)理 1）無(wú)機(jī)絮凝劑的作用機(jī)理： 鹽類在水中發(fā)生水解，生成帶不同帶正電荷的水解產(chǎn)物如Al2(SO4)318H2O水中電離和水解生成Al3+,Al(OH)2+,Al(OH)2+等離子，產(chǎn)生如下作用：a 吸附中和顆粒表面電荷，使其脫穩(wěn)b 與水中膠體作用使其沉積c 形成的Al(OH)3膠體微粒與水中懸浮粒子生成較小絮體而沉淀 2）有機(jī)高分子絮凝劑和無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的作用機(jī)理： 高分子絮凝劑在水溶液中，分子中的許多鏈節(jié)吸附在不同顆粒表面上起

4、架橋作用而形成粗大的絮狀體，帶電荷的高分子絮凝劑更易破壞混水中顆粒的穩(wěn)定性，因此絮凝能力較強(qiáng)常用無(wú)機(jī)、有機(jī)絮凝劑聯(lián)合共同處理，以獲得較好效果，同學(xué)們可想一下？ 因?yàn)闊o(wú)機(jī)絮凝劑作用先形成細(xì)小絮狀物，再吸附于高分子絮凝劑鏈節(jié)上通過(guò)吸附架橋作用很快形成大絮體而沉降，因此共同作用效果更佳。4 絮凝劑制備方法示例a 聚氯化鋁 也稱為聚堿式氯化鋁，是三氯化鋁的堿式鹽，化學(xué)式為：Al2(OH)nCl6-nm，是一種常用絮凝劑，具有絮體形成快，沉降速度高，藥劑用量少的優(yōu)點(diǎn)。常用制備方法：鋁灰酸溶法。鋁灰是電解鋁、鋁和合金熔煉及廢鋁材精練回收的熔渣，主要組分：Al和Al2O3。鋁灰在鹽酸中的反應(yīng)分為溶出、水解和

5、聚合三個(gè)過(guò)程，反應(yīng)如下：Al +6HCl 2Al(H2O)6Cl3 + 3H2O Al2O3 +6HCl +9H2O 2Al(H2O)6Cl3隨著鋁的溶解，PH值逐漸升高，促使配位水發(fā)生水解，在相鄰兩個(gè)OH間發(fā)生架橋聚合形成多聚鋁鹽：AlAlAl2(OH)nCl6-nm多聚體工藝：先將計(jì)量的HCl加水稀釋到適當(dāng)濃度，投加經(jīng)水洗去水溶物的鋁灰，反應(yīng)激烈，反應(yīng)614h，反應(yīng)減緩后，加適量水，調(diào)整溶液密度至1.251.3g/L，經(jīng)粗濾，將濾液放入沉降槽進(jìn)行熱化，鋁鹽逐漸水解聚合，PH逐漸升高，至PH大于4.0后檢測(cè)，檢測(cè)合格后產(chǎn)品抽至儲(chǔ)罐備用。 b N，N二甲基氨基丙烯酰胺共聚物屬于用得最多的聚丙烯

6、酰胺類有機(jī)高分子絮凝劑，用量2g/L，是一種陽(yáng)離子高分子絮凝劑，由聚丙烯酰胺、甲醛、二甲胺共聚制得。合成：n CH2CHCONH2引發(fā)劑CH2（CHCONH2）聚合CH2）CHCONH2n+HCHO+ (CH3)2NH( CH2CH)n1CONH2( CH2CH)n2CONH2還原胺基化條件：聚合時(shí)通氮驅(qū)氧，過(guò)硫酸胺作引發(fā)劑，溫度70，反應(yīng)2h。 胺甲基化：4070，反應(yīng)1h。5 絮凝劑的發(fā)展方向及取得的進(jìn)展1）無(wú)機(jī)絮凝劑有機(jī)絮凝劑單一藥劑的研制由于無(wú)機(jī)有機(jī)兩種絮凝劑復(fù)合使用效果好，常一起使用，但增加了設(shè)備，處理不便，直接制成一種無(wú)機(jī)有機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑兼有兩種優(yōu)點(diǎn)，是十分有用和受歡迎的。2）

7、復(fù)合絮凝劑的研制 如在聚氯化鋁中引入SO42-形成聚硫氯化鋁，聚硫酸鐵中引入PO43-形成聚磷硫酸鐵，他們都具有原來(lái)任何一種單一無(wú)機(jī)高分子絮凝劑不具備的優(yōu)點(diǎn)如相同用量下濁點(diǎn)可降得更多，用量少，目前已開(kāi)發(fā)出不少這類絮凝劑，并且成為今后的發(fā)展方向。二、緩蝕劑在環(huán)境中通過(guò)添加少量能阻止或減緩金屬腐蝕速度的物質(zhì)保護(hù)金屬的方法。 1)緩蝕作用：首先用幾個(gè)例子說(shuō)明緩蝕作用。a 在稀HCl中浸入鐵片，可以觀察到鐵片表面有大量氫氣泡析出，同時(shí)鐵片漫漫溶解，如果在此體系中加入少量苯胺，則氫氣析出量大大減少，而鐵片的腐蝕也受到強(qiáng)烈的抑制，因此苯胺是抑制HCl對(duì)鐵片腐蝕的緩蝕劑。b 在碳鋼制的水儲(chǔ)槽中，在水氣接觸面

8、上，常因水線腐蝕而產(chǎn)生紅銹，若在水中加入少量聚磷酸鈉，紅銹的生成可大大減弱，此時(shí)，聚磷酸鈉是抑制碳鋼水線腐蝕的緩蝕劑。 2)緩蝕劑的概念：一種當(dāng)它以適當(dāng)?shù)臐舛群托问酱嬖谟诮橘|(zhì)時(shí)可防止或減緩腐蝕的物質(zhì)。 緩蝕效率：I=（V0-V）/V0100% V0未加緩蝕劑時(shí)金屬腐蝕速度 V 添加緩蝕劑時(shí)金屬腐蝕速度 3 分類按作用機(jī)理分：陽(yáng)極抑制緩蝕劑：如鉻酸鹽、正磷酸鹽、亞硝酸鹽、硅酸鹽，主要表現(xiàn)為陰離子向陽(yáng)極表面使金屬鈍化，已獲得廣泛應(yīng)用，但注意如用量不足形成小陰極大陽(yáng)極的腐蝕電池加劇腐蝕。陰極抑制型緩蝕劑：如酸式碳酸鈣（碳酸氫鈣）、聚磷酸鹽、硫酸鋅等他們表現(xiàn)為陽(yáng)離子移向陰極表面形成化學(xué)或電化學(xué)沉淀保護(hù)

9、膜使陰極過(guò)程減慢，抑制金屬的腐蝕?；旌闲鸵种凭徫g劑：含氮、含硫、含氮又含硫等有機(jī)物，同時(shí)抑制陰陽(yáng)極過(guò)程。又分為：含氮有機(jī)物如胺鹽、有機(jī)胺的亞硝酸鹽 含硫有機(jī)物如硫醇、硫醚 含氮、含硫：如硫脲等按緩蝕劑形成的保護(hù)膜分： (1)氧化膜型緩蝕劑：如鉻酸鹽、亞硝酸鹽同機(jī)理1 (2) 沉淀膜型緩蝕劑：同機(jī)理2 (3) 吸附膜型緩蝕劑：同機(jī)理3示意圖這兩種分類方法實(shí)質(zhì)是相同的，但從不同角度進(jìn)行考慮。 4 緩蝕劑的作用機(jī)理氧化膜型緩蝕劑的作用機(jī)理又稱為鈍化劑，以緩蝕劑本身或介質(zhì)中的溶解氧作氧化劑，使金屬表面形成鈍態(tài)的氧化膜從而減緩腐蝕。如Na2CrO4在中性水溶液中，使鐵氧化成Fe2O3并與自身還原產(chǎn)物Cr

10、O3一起形成氧化物保護(hù)膜： 2Fe +2Na2CrO4 +2H2O Fe2O3 +Cr2O3 +4NaOH 鈍化膜沉淀膜型緩蝕劑的作用機(jī)理緩蝕劑能在金屬表面形成腐蝕沉淀膜，沉淀膜比氧化膜厚，電阻大，使金屬與介質(zhì)隔開(kāi)，因此可抑制腐蝕。如ZnSO4在中性含氧水中生成難溶Zn(OH)2沉淀膜： O2 +2H2O +2Zn2+ 2 Zn(OH)2 Ca(HCO3)2: Ca(HCO3)2 + O2 +H2O CaCO3 + H2O +HCO3-聚磷酸鹽：常用于循環(huán)冷卻水、鍋爐用水的緩蝕劑，他的保護(hù)作用是形成大的膠體陽(yáng)離子：Ca2+ +(Na3PO4)n (Na5CaP6O18)nn+在腐蝕電池陰極區(qū)形

11、成很厚的覆蓋層，這種聚磷酸鹽與鍋爐硬水中鈣形成絡(luò)合物，防止熱交換器表面形成CaCO3厚垢層。因此一般硬水、鍋爐中用得最多的是聚磷酸鹽緩蝕劑。吸附膜型緩蝕劑通過(guò)緩蝕劑分子上的極性基團(tuán)的物理吸附作用或化學(xué)吸附作用，使緩蝕劑吸附于金屬表面，一方面改善金屬表面電荷狀態(tài)和界面性質(zhì)，同時(shí)表面形成憎水性保護(hù)膜如圖。因此吸附膜型緩蝕劑實(shí)質(zhì)上是一種表面活性劑。如N、S等元素組成的有機(jī)緩蝕劑，以其未公用電子對(duì)與H+或其他離子形成配位鍵，使該元素的共價(jià)鍵數(shù)值加1價(jià)，形成翁離子吸附于金屬表面抑制腐蝕。 RNH2 + H+ RNH3+ RSH + H+ RSH2+N H2 + H+N H3+三 除氧劑除氧劑主要電廠、油

12、田注入水，除去水中溶解的氧，以減少腐蝕。常用除氧劑：聯(lián)氨（肼）、亞硫酸鈉。1）聯(lián)氨：一種還原劑，可將水中的溶解氧還原，還原產(chǎn)物為N2，H2O對(duì)系統(tǒng)無(wú)害： N2H4 +O2 N2 +2H2O 高溫（大于200度）水中，可將Fe2O3還原成Fe3O4,FeO,Fe 反應(yīng)式： 6 Fe2O3 + N2H4 4Fe3O4 + N2 +2H2O 2Fe3O4 + N2H4 6 FeO + N2 +2H2O 2FeO + N2H4 2FeO + N2 +2H2ON2H4還能將CuO、CuSO4還原成Cu2O、Cu，這些性質(zhì)可防止鐵垢、銅垢的生成，還可用來(lái)制備納米鐵、銅。聯(lián)氨除氧條件：T：200左右，PH：911，有適當(dāng)聯(lián)氨過(guò)量，控制2050g/L。聯(lián)氨有揮發(fā)性，有毒，易燃，儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用注意安全。