水處理化學品

水處理化學品第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日一、水處理劑即水處理化學品。它主要是指為了除去水的大部分有害物質（如腐蝕物，重金屬及Ca2+、Mg2+離子，污垢和微生物等）得到符合要求的民用或工業(yè)用水而在水處理過程中添加的化學藥品。12.1概述水處理的意義和作用：水處理對于提高水質、防止結垢、腐蝕、菌藻滋生和環(huán)境污染，保證工業(yè)生產的高效、安全和長期運行，并對節(jié)水、節(jié)能、節(jié)材和環(huán)境保護等方面均有重大意義。第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日上圖鍋爐因為結垢和腐蝕交替發(fā)生，，鍋爐內壁布滿了垢物和銹瘤，嚴重危及鍋爐安全，影響熱交換。下圖采用了多功能水處理劑，鍋爐內老垢和銹瘤全部消除，并在換熱面形成了一層黑褐色的保護模，防止了水垢附著和腐蝕發(fā)生，即節(jié)省了燃料，又延長了鍋爐的使用壽命。第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日二、通常水處理劑包括三類產品：1通用化學品：原指用于水處理的無機化工產品，如Al2(SO4)3等。2專用化學品：包括活性炭、離子交換樹脂和有機聚合物，絮凝劑等。3配方化學品：包括緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑、燃燒助劑等。12.1概述水處理化學品具有較強的轉一性。按應用目的可將水處理化學品分成兩大類。1凈化水：PH值調節(jié)劑、氧化還原劑、吸附劑、活性炭和離子交換樹脂、混凝劑和絮凝劑等；2特殊工業(yè)目的：緩蝕劑、阻垢分散劑、殺菌滅藻劑、軟化劑等。復配型水處理劑是主要的應用形式，具有多功能，應用方便的優(yōu)點。第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日

三、水處理劑在我國的生產及應用狀況：目前，我國水處理劑的主要品種有阻垢劑、緩蝕劑、分散劑、絮凝劑、殺菌滅藻劑、凈水劑、離子交換樹脂等幾大類?？偟纳a廠家多是生產能力小，經營規(guī)模小，生產品種主要是剖析、仿制或依據國外專利研制的，發(fā)展和生產歷史短，科研經費有限，因此基礎薄弱，技術比較落后，整體水平不高，與國外相比還有較大差距。12.1概述第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日12.2阻垢劑

水垢的生成水垢一般由CaCO3、Ca3(PO4)2、CaSO4、硅酸鈣(鎂)等微溶鹽組成。這些鹽的溶解度很小，如在0℃時，CaCO3的溶解度是20mg/L，Ca3(PO4)2的溶解度只有0.1mg/L，而且它們的溶解度隨pH值和水溫的升高而降低，因此特別容易在溫度高的傳熱部位達到過飽和狀態(tài)而結晶析出，當水流速度較小或傳熱面較粗糙時，這些結晶就容易沉積在傳熱表面上形成水垢。第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日12.2阻垢劑

水垢的控制1．從水中除去成垢離子

包括離子交換法和石灰軟化法等2．加酸或通CO2，降低pH，穩(wěn)定重碳酸鹽3．投加阻垢劑第九頁，共四十一頁，2022年，8月28日12.2阻垢劑

一、阻垢劑的種類

1、阻垢緩蝕劑2、阻垢分散劑在工業(yè)水處理中，把加入到水中用于防止水垢和泥垢的產生或抑制其沉積生長的化學藥劑統稱為阻垢劑。第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日12.2阻垢劑

二、阻垢劑的作用原理

結垢是水中微溶鹽結晶沉淀的結果。在鹽類過飽和溶液中，首先產生晶核，再形成少量微晶粒，并按一種特有的次序排列起來，使小晶粒不斷長大，形成大晶體。如果投加某些藥劑，破壞或控制結晶的某一進程，水垢就難以形成。具有阻垢性能的藥劑包括螯合劑、抑制劑和分散劑。螯合劑與陽離子形成螯合物或絡合物，將金屬離子封閉起來，阻止其與陰離子反應生成水垢。抑制劑能擴大物質結晶的不穩(wěn)定區(qū)，在相當大的過飽和程度上將結垢物質穩(wěn)定在水中不析出。第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日三、阻垢緩蝕劑1、有機多元膦酸按結構可分為四大類：亞甲基膦酸型、同碳二膦酸型、羧酸膦酸類和聚合膦酸型指兼具阻垢和緩蝕作用的水處理劑膦酸鹽能吸附在水垢的微小晶粒上，阻礙結晶成長為大的顆粒(水垢)。如在常溫下100mg/L的碳酸鈣可成垢析出，但是加有1mg/L

ATMP時，即使將水加熱到90℃，碳酸鈣仍可穩(wěn)定地存在24h以上而不析出℃。采取膦酸鹽作防垢劑時，水的碳酸鹽硬度可以放寬到3.5mmol/L。這種原水相當于我國大多數天然水的水質。膦酸鹽的C-P結構相當穩(wěn)定，使其不易水解而能長時間保持阻垢的藥效。膦酸鹽處理效果優(yōu)于磷酸鹽，但比磷酸鹽更容易引起水體富營養(yǎng)化，在國外，它們已被限制使用第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日三、阻垢緩蝕劑①氨基三亞甲基膦酸（ATMP）的結構式為：m.p.212℃,無色晶體，溶于水、乙醇、丙酮等，1％水溶液的pH值為1.4±0.2。第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日合成方法有兩種：2.氮化三乙酸與亞磷酸反應合成法。方法2副反應少，產品質量好，產率較高，但原料難得，成本高，因此工業(yè)生產多采用方法1。1.三氯化磷（或亞磷酸）與氯化銨和甲醛在酸性介質中一步合成第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日12.2阻垢劑②1-羥基次乙基二膦酸（HEDP）的結構式為：白色晶體，m.p.198—199℃，易溶于水，甲醇。合成方法1：以三磷酸和冰醋酸為原料或亞磷酸與醚酐，乙酰氯為原料:第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日合成方法之一：以三氯化磷和冰醋酸為原料+H3PO4+CH3COCl第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日12.2阻垢劑其分子中同時含有-PO3H2和-COOH基團，阻垢和緩蝕性能俱佳。能在高硬度，高堿度，高氯含量和高溫下使用。代表性品種：1，1，-二磷酸丙酸基磷酸鈉(BPBP)：能與Ca2+、Mg2+等金屬離子形成各種組成穩(wěn)定的絡合物，對CaCO3、CaSO4、CaSiO3等均具有優(yōu)良的抑制和增溶作用，對碳鋼的緩蝕性也很好。2、有機膦羧酸：第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日12.2阻垢劑合成反應：2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）：的合成反應：第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日第十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日四、阻垢分散劑均聚物：聚丙烯酸鈉，聚馬來酸，聚甲基丙烯酸鈉等。其中PAA的應用最為廣泛指對水中固體微粒具有較好分散性能的水溶性聚合物常用的主要是聚羧酸類物質。共聚物：丙烯酸-丙烯酰胺共聚物，馬來酸酐-丙烯酸聚合物，苯乙烯磺酸-馬來酸共聚物。含有-COOH，–SO3H，-OH等官能團。一般聚丙烯酸的相對分子質量在103左右，即聚合度在10-15，阻垢效果較好。第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日聚丙烯酸的合成1、制備丙烯酸①丙烯直接氧化②丙烯腈水解制備2、制備聚丙烯酸第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日在循環(huán)水處理中，常將膦酸鹽與聚羧酸鹽配合使用，組成復配的水質穩(wěn)定劑。此時既可有膦酸鹽的阻垢作用，又有聚羧酸鹽的分散作用。兩者協同作用的結果，可以使循環(huán)水的極限碳酸鹽硬度達到10mmol/L或更高，從而使循環(huán)水的濃縮倍率進一步提高。

在循環(huán)水處理中復配的水質穩(wěn)定劑比單獨使用某種藥劑的情況多。一方面是從水處理效果方面考慮，另一方面也是從商業(yè)和營利角度考慮。除了已有馬丙共聚物、膦羧酸鹽等復合藥劑供應外，更多的商家把膦酸鹽與聚羧酸鹽以1:1～2:1復配，或再加10%左右的BTA(苯并三氮唑)作為緩蝕阻垢劑。

五、復配的水質穩(wěn)定劑第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日12.3緩蝕劑緩蝕劑是一類能有效地阻止和減少金屬與腐蝕介質發(fā)生反應而延緩腐蝕的添加劑。緩蝕機理：1、將水由酸性調為中性或堿性，從而達到延緩腐蝕的目的。一般為有機胺類；2、

在與水接觸的金屬表面上形成一層保護膜，將金屬表面與水環(huán)境隔離，從而達到緩蝕的目的。這是大多數緩蝕劑的緩蝕機理第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日腐蝕的控制控制腐蝕的基本方法有三類：

(1)通過電鍍或浸涂的方法在金屬表面形成防腐層使金屬和循環(huán)水隔絕；

(2)使用電極電位比鐵低的鎂、鋅等犧牲陽極與需要保護的設備連接，使設備成為陰極而受到保護?；蛘邔⑿枰Ｗo的設備接到直流電源的負極上，設備在外加電流作用下作為陰極而受到保護；

(3)向循環(huán)水中投加無機或有機緩蝕劑、使金屬表面形成一層均勻致密、不易剝落的保護膜，這是目前國內外普遍采用的處理方法。第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日緩蝕劑的種類及特性：緩蝕膜類型典型緩蝕劑名稱保護膜的持點氧化膜型(鈍化膜型)鉻酸鹽亞硝酸鹽鎢酸鹽鉬酸鹽致密薄膜(3—20nm)與基礎金屬的結合緊密緩蝕性能好沉淀膜型水中離子型（與水中鈣離子等生成不溶性鹽）聚磷酸鹽磷酸鹽硅酸鹽鋅鹽與基礎金屬結合不太緊密緩蝕效果不佳多孔，膜厚（金屬離子型與緩蝕對象的金屬離子生成不溶性鹽）琉基苯并噻銼苯并三氮銼甲苯基二氮銼較致密，膜較薄緩蝕性能較好吸附膜型胺類硫醇類表面活性劑木質素

對酸液、非水溶液等，在金屬表面清潔的狀態(tài)下，形成較好的吸附層。在淡水中，對碳鋼的非清潔表面，難以形成吸附層第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日一、無機緩蝕劑1、鉻酸鹽：是最早使用的緩蝕劑。氧化性強，能與鐵、鋁等金屬形成致密的鈍化膜抑制腐蝕。常與聚磷酸鹽、水溶性聚合物等組成鉻配方。具有效率高、適應性強、沒有細菌繁殖、價格低等特點，緩蝕性能極佳。但有毒，不主張用。常用的鉻酸鹽有重鉻酸鈉、重鉻酸鉀、鉻酸鈉、鉻酸鉀等。鉻酸鈉的制備：用重鉻酸鈉母液中和鉻酸鈉堿性溶液即可得到鉻酸鈉2Fe+2Na2CrO4+2H2O→Fe2O3+Cr2O3+4NaOH鉻酸鈉(Na2CrO4)在中性水溶液中，可使鐵氧化成Fe2O3，并與鉻酸鈉的還原產物Cr2O3形成復合氧化物保護膜。第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日2、鉬酸鹽和鎢酸鹽鎢酸鈉：Na2WO4.2H2O的制備黑鎢礦用燒堿分解。鉬酸鈉：Na2MoO4.2H2O的制備鉬酸鹽氧化性低于鉻酸鹽。一般與有機磷酸鹽或鋅鹽復配使用，加入聚羧酸鹽可增加分散和抑制結垢的能力。鎢酸鹽無毒無公害，開發(fā)前景廣闊。第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日12.3緩蝕劑3、聚磷酸鹽：

結構：(MPO3)n(M：Na、K)n：14-20屬于沉淀膜型緩蝕劑。與鋅鹽復合使用可起增效作用，能生成Zn3(PO4)2或(Zn,Fe)3(PO4)2沉淀出來并緊緊粘附于金屬表面，緩蝕效果更好。由于沉淀型緩蝕膜沒有和金屬表面直接結合，而且是多孔的，往往出現在金屬表面附著不好的現象，緩蝕效果不如氧化型膜常見的鎢水處理劑配方：Na2WO4，100mg/kg；聚馬來酸酐：4mg/kg；HEDP：4mg/kg第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日二、有機緩蝕劑它們一般是含N、S、O的有機化合物。例如：有機胺類緩蝕劑（可分為胺類、環(huán)胺類、酰胺類和酰胺羧酸類等）有機緩蝕劑具有極性基團，可被金屬的表面電荷吸附，被吸附在金屬表面，阻礙離子的放電，從而阻止或減緩相應電化學的反應。多用于酸性介質。第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日有機緩蝕劑緩蝕機理有機緩蝕劑在酸性介質中與H+結合.RNH2+H+RNH3+RNH3+,以單分子層被吸附在金屬表面,使酸性介質中的H+難以接近金屬表面，從而阻礙金屬腐蝕。

RRSOH+RRS=O+H+

RRSOH+第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日12.4絮凝劑

在水處理過程中，凡能使水溶液中的溶質、膠體或懸浮顆產生深沉的物質都叫做絮凝劑或混凝劑。無機絮凝劑：鋁鹽和鐵鹽：Al2(SO4)3;FeCl3有機絮凝劑：陽離子型，陰離子型，非離子型。其應用包括：在原水處理中可用于除濁，脫色，除臭及除去其它雜質；在廢水處理中，用于脫除廢水中的油類，重金屬類，有毒有害物質等，絮凝技術還用于選礦和污泥脫水等。

陽離子型：聚硫脲鹽酸鹽，水溶性氨基樹脂，聚乙烯基吡啶鹽酸鹽。第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日12.4絮凝劑

在水處理過程中，凡能使水溶液中的溶質、膠體或懸浮顆產生深沉的物質都叫做絮凝劑或混凝劑。其應用包括：在原水處理中可用于除濁，脫色，除臭及除去其它雜質；在廢水處理中，用于脫除廢水中的油類，重金屬類，有毒有害物質等，絮凝技術還用于選礦和污泥脫水等。絮凝劑按照其化學成分總體可分為無機絮凝劑和有機絮凝劑兩類。其中無機絮凝劑又包括無機凝聚劑和無機高分子絮凝劑;有機絮凝劑又包括合成有機高分子絮凝劑、天然有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日絮凝沉淀法是選用絮凝劑配制成水溶液加入到水中，便會使膠體產生壓縮雙電層，使廢水中的懸浮微粒失去穩(wěn)定性，膠粒物相互凝聚使微粒增大，形成絮凝體、礬花。絮凝體長大到一定體積后即在重力作用下脫離水相沉淀，從而去除廢水中的大量懸浮物，達到水處理的效果。為提高分離效果，可適時、適量加入助凝劑。處理后的污水在色度、含鉻、懸浮物含量等方面基本上可達到排放標準。絮凝劑工作原理第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日一、無機絮凝劑：是水處理劑中用量最大的品種。主要品種有Al2(SO4)3

、FeCl3；聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（PFS）等低分子絮凝劑價格低、貨源充足、但因其用量大、殘渣多、效果差,故無機絮凝劑的發(fā)展已經基本上完成了低分子向高分子的轉變。12.4絮凝劑

第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日二有機高分子絮凝劑：包括陽離子型，陰離子型，非離子型。最早的高分子絮凝劑是淀粉、海藻酸鈉等天然高分子絮凝劑；1940年美國氰胺公司開發(fā)成功聚丙烯酰胺以后，才有了合成的高分子絮凝劑。它們的應用前途廣闊，發(fā)展非常迅速。有機高分子絮凝劑大分子中可以帶-COOH、-NH2、-SO3H、-OH等親水基團，具有鏈狀、環(huán)狀等多種結構。因其活性基團多，分子量高，具有用量少，浮渣產量少，絮凝能力強，絮體容易分離，除油及除懸浮物效果好等特點12.4絮凝劑

第三十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日

陽離子型聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDADMA）。第三十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日

2、陰離子型主要有(1)聚丙烯酸及其鹽以及聚丙烯酰胺的加堿水解物等聚合物。

(2)丙烯酰胺和苯乙烯磺酸鹽、木質磺酸鹽、丙烯酸、甲基丙烯酸等共聚物。

12.4絮凝劑

3、非離子型非離子型有機高分子絮凝劑主要是聚丙烯酰胺。它由丙烯酰胺聚合而得。

第三十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日12.5殺菌滅藻劑

微生物污垢在循環(huán)冷卻系統中是極難避免的。循環(huán)冷卻系統的溫度是微生物生存與繁殖的理想溫度，水中固有的雜質及人為添加的防垢、防蝕藥劑正提供了微生物所需的營養(yǎng)，巨大的傳熱表面為微生物提供了棲