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水處理藥劑
鎖定
- 中文名
- 水處理藥劑
- 外文名
- Water Treatment Chemicals
- 目 的
- 提升水處理效果、提高處理效率、保護水處理設備。
- 藥劑分類
- 主要包括絮凝劑、緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑等。
- 常見藥劑
- 聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚丙烯酰胺等。
- 應用領域
- 工業用水處理、市政和飲用水處理、污水和廢水處理、海水淡化等。
- 所屬行業
- 水處理行業;水處理藥劑行業
水處理藥劑主要作用
水處理藥劑廣泛應用於化工、石油、輕工、日化、紡織、印染、 建築、冶金、機械、醫藥衞生、交通、城鄉環保等行業,包括廢水和污水處理、冷卻水和鍋爐水的處理、海水和苦鹹水淡化、膜分離、生物處理、絮凝和離子交換等技術所需的藥劑。
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水處理藥劑藥劑分類
通常根據產品性能,水處理藥劑可分為絮凝劑、阻垢劑、緩蝕劑、殺菌劑、消泡劑、清洗劑等。此外,還可劃分為一般水處理化學品和專用水處理化學品,一般水處理化學品如明礬、氯、硫酸鐵、 三氯化鐵和聚合氯化鋁等;專用水處理化學品又分為單一化學品 (如有機絮凝劑)和配方產品(殺菌劑、防腐劑和阻垢劑等)。
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絮凝劑
- 分類及特性絮凝劑根據其組成不同主要分為以下四類,其中不同種類的絮凝劑又有繁多的細分: [3] (1)無機絮凝劑:根據組成可分為簡單無機絮凝劑和無機高分子絮凝劑。其中,簡單無機絮凝劑通常又可分為鋁鹽絮凝劑(常見藥劑包括硫酸鋁、氯化鋁和鋁酸鈉)和鐵鹽絮凝劑(包括氯化鐵和硫酸鐵);無機高分子絮凝劑通常又可分為鋁鹽系列(包括聚氯化鋁和聚硅硫酸鋁)和鐵鹽系列(包括聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合磷酸類複合鐵鹽和聚合硅酸類複合鐵鹽)。 [3] (2)有機高分子絮凝劑:根據組成可分為天然有機高分子絮凝劑和人工合成高分子絮凝劑。其中,天然有機高分子絮凝劑又可分為澱粉衍生物(包括高取代度季銨型陽離子澱粉絮凝劑、高取代度陽離子馬鈴薯澱粉、交聯氧化澱粉和交聯羧甲基澱粉)、木質素衍生物(包括改性季銨鹽木質素和層狀雙氫氧化物。其中層狀雙氫氧化物英文全稱為Layered Double Hydroxide,簡稱LDH)及甲殼素衍生物(包括殼聚糖-聚三甲基氯化銨)等;人工合成高分子絮凝劑又可分為非離子型有機高分子絮凝劑(包括聚丙烯酰胺,英文全稱為Polyacrylamide,簡稱PAM)、陰離子型有機高分子絮凝劑(包括聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鈣、苯乙烯磺酸鹽、木質磺酸鹽、丙烯酸和甲基丙烯酸)、陽離子型有機高分子絮凝劑(包括季銨化的PAM)以及兩性PAM聚合物(包括具有羧基和胺甲基的兩性型PAM絮凝劑)。 [3] (3)微生物絮凝劑:包括微生物菌體作為絮凝劑(如某些細菌、放線菌、酵母菌、黴菌)、微生物細胞壁提取絮凝劑(如酵母菌細胞壁葡聚糖、絲狀真菌細胞壁殼聚糖)、微生物代謝產物作絮凝劑(如莢膜、黏液質)以及基因克隆技術獲得絮凝劑(如高效遺傳菌株)。 [3] (4)複合絮凝劑。
- 研究現狀與發展方向對於絮凝劑的研究,今後的發展方向重點有如下兩方面:第一,微生物絮凝劑以其獨特的生物優勢具有廣闊開發和應用前景,找尋廉價易得的絮凝劑產生菌培養底物,以期降低絮凝劑的生產成本;第二,在考慮成本的前提下,加大複合絮凝劑的應用推廣力度,開展低毒、無毒、高生態安全複合絮凝劑的研究,減少二次污染,實現可持續發展。 [3]
阻垢劑
- 分類及特性阻垢劑一般按照阻垢劑研究的發展歷程和阻垢劑分子中的官能團進行分類,主要分為四大類: [3] (1)天然聚合物阻垢劑:常見藥劑包括單寧、纖維素、澱粉、木質素、殼聚糖、腐植酸鈉等,優點是使用較早、來源廣泛,缺點則是加量大、費用高。 [3] (2)含磷聚合物阻垢劑:此類阻垢劑又分為無機含磷聚合物阻垢劑和有機含磷聚合物阻垢劑。前者常見藥劑包括焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉,優點是可與多種結垢金屬離子螯合,缺點是易水解。後者常見藥劑包括羥基乙叉二膦酸、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,優點是螯合能力強、兼具緩蝕性以及不易水解,缺點是高温、高鹼、高硬水質下使用受限,本身易結垢和污染。 [3] (3)共聚物阻垢劑:常見藥劑包括丙烯酸類共聚物、磺酸類共聚物、馬來酸酐類共聚物和其它非磷緩蝕阻垢劑。優點是活性高、毒性小,缺點是生物可降解性差。 [3] (4)綠色新型阻垢劑:常見藥劑包括聚環氧琥珀酸、聚天冬氨酸,優點是活性高、高鈣濃度下阻垢效果好以及綠色可降解。 [3]
- 研究現狀與發展方向目前天然聚合物阻垢劑的使用已經淘汰,而國內在上世紀九十年代以前,研究重點為含磷聚合物阻垢劑,在這之後以共聚物阻垢劑為主。由於磷元素能夠造成水體富營養化,開發非磷或低磷、非氮和可降解的綠色阻垢劑已經成為工業上水處理行業的研究方向。複合配方的阻垢劑要比單一組成的藥劑具有更好的阻垢性能,可通過開發此類型阻垢劑來彌補單一藥劑的缺憾。 [3]
緩蝕劑
緩蝕劑屬於一種兼具經濟性、高效性以及通用性的防腐蝕藥劑,目前已廣泛應用於電力、石油以及能源等多種工業生產活動。從 1860 年世界上第一款緩蝕劑出現,該類藥劑經歷了從無機共聚物、高磷、單一應用方法,轉變為有機共聚物、無磷以及復配使用。
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- 分類及特性緩蝕劑的分類方法有很多,除了以緩蝕劑自身的化學組成分為無機和有機緩蝕劑外,也可根據緩蝕機理進行分類,如根據電化腐蝕控制部位和保護膜類型進行的分類。 [3] (1)按照自身化學組成可分為:無機緩蝕劑,常見藥劑包括鋅鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、硅酸鹽、(亞)硝酸鹽、(聚)磷酸鹽及鉻酸鹽;有機緩蝕劑,常見藥劑包括包括膦酸(鹽)、膦羧酸含氮氧的雜環化合物。不同組成緩蝕劑有不同的性質和用途,如鋅鹽緩蝕劑成膜快,膜鬆軟,多用於冷卻水系統;膦羧酸緩蝕劑與二價離子螯合作用強,適用於低硬、低鹼腐蝕性水介質。 [3] (2)按照電化腐蝕部位可分為:陽極型緩蝕劑,常見藥劑包括鉻酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、釩酸鹽、亞硝酸鹽、硼酸鹽,該類緩蝕劑特點是陽極區與金屬離子作用形成保護膜,要保持較高濃度以使陽極全部鈍化,否則造成點蝕;陰極型緩蝕劑,常見藥劑包括鋅的碳酸鹽、磷酸鹽和氫氧化物鈣的碳酸鹽和磷酸鹽,該類緩蝕劑特點是在陰極成膜,只需向介質中加入可溶性鋅鹽或可溶性磷酸鹽。 [3] (3)按照保護膜類型可分為:氧化膜型緩蝕劑,常見藥劑包括鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、釩酸鹽、正磷酸鹽和硼酸鹽,特點是在氧作用下於金屬表面陽極區形成氧化膜;沉澱膜型緩蝕劑,常見藥劑包括鋅的碳酸鹽、磷酸鹽和氫氧化物鈣的碳酸鹽和磷酸鹽,特點是緩蝕膜多孔且未與金屬表面直接結合,附着性不好,效果不如氧化膜型緩蝕劑;吸附膜型緩蝕劑,常見藥劑包括一些含氮、硫、羥基具有表面活性的有機化合物,特點是金屬表面有腐蝕產物或積垢應配合表面活性劑加入,幫助成膜。 [3]
殺菌劑
殺菌劑,也稱殺菌滅藻劑,在水處理過程中可以抑制、破壞性水中微生物的生長,防止微生物發生粘泥現象而影響整個水處理系統的運行。
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- 分類及特性殺菌劑按藥劑化學組成不同可分為氧化性殺菌劑和非氧化性殺菌劑兩大類: [3] (1)氧化性殺菌劑:常見藥劑包括氯氣(優點是常用、廉價;缺點是加氯操作不便)、次氯酸鹽(優點是常用、廉價;缺點是性質不穩定)、氯化異氰尿酸(優點是兼具緩釋性、殺菌性好、較常用;缺點是不能剝離粘泥)、氯化溴(優點是結構簡單;缺點是不穩定、成本高)、滷胺(優點是性能穩定、功效可再生;缺點是成本高)、鹵化海因(優點是殺菌性好;缺點是成本高)、二氧化氯(優點是殺菌性能極好;缺點是不穩定)、臭氧(優點是殺菌性好;缺點是成本高)、過氧化氫以及高錳酸鉀(優點是常用作剝離劑;缺點是臨時性使用)。 [3] (2)非氧化性殺菌劑:常見藥劑包括重金屬化合物(優點是品種多、用途廣;缺點是毒性大、難降解、已淘汰)、氯酚(國內使用較多;缺點是毒性大、限制使用)、有機氮硫物(常用;缺點是易產生抗藥性)、季銨鹽類(常用;缺點是泡沫多)、活性鹵化物(優點是殺菌性好、低毒),洗必泰、戊二醛、咪唑啉及均三嗪(優點是殺菌性好;缺點是成本高)。 [3]
消泡劑
- 分類及特性消泡劑有油型、溶液型、乳液型、粉末型和複合型幾種,各種消泡劑均應具備以下特點:消泡作用強,用量少;不改變加入體系的基本性質;表面張力小;與表面的平衡性好;擴散和滲透性好;耐熱性好;化學性質穩定,不易氧化;氣體溶解和透過性好;在起泡性溶液中溶解度小;無生理活性,安全性高。同時具備上述十餘種特性的消泡劑是不存在的,一種消泡劑只能對特定一種或幾種體系起作用。 [3]
清洗劑
清洗劑種類繁多,首先可根據其組成物質分為無機清洗劑和有機清洗劑兩大類。而根據所針對的設備材質不同和具體污垢不同,清洗劑又分為酸洗劑、氨洗劑、鹼洗劑和溶劑型清洗劑四類。值得注意的是,普通的清洗劑一般不屬於水處理藥劑,此處清洗劑特指用於膜法水處理設備的清洗劑,主要用於對膜進行清潔、清洗:
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水處理藥劑應用領域
工業用水處理
水處理藥劑主要運用在循環水冷卻系統和工業鍋爐水中。循環冷卻水是把使用過的水通過冷卻塔降温後再次用於冷卻,整個水系統是處於一個不斷循環的動態過程之中,屬於多次使用。循環水冷卻系統需要解決管線和設備的結聚、腐蝕和微生物問題。工業循環水處理使用的藥劑主要有阻垢劑、緩蝕劑、殺菌滅藻劑、清洗劑、預膜劑等。
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市政與飲用水處理
在生產合格生活用水的過程中,必須添加合適的水處理化學品使出廠的水質達到國家標準。重點需要處理的環節有:藻類控制,減少水庫中有毒或有氣味的藻類;絮凝過程,去除懸浮和膠體固體如粘土;軟化過程,去除鈣鹽和鎂鹽,特別是碳酸鹽和重碳酸鹽;腐蝕控制,用來減少對管道的腐蝕;殺菌消毒等。市政與飲用水處理涉及到的水處理藥劑一般有殺菌滅藻劑、絮凝劑、緩蝕劑等。
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污水與廢水處理
如果將污水或廢水直接排放到自然環境中,其中所含污染物會對生態環境造成污染,因而需要將污水中的全部污染物清除出去。通常需要將多種污水處理方法結合起來,實現層層淨化,逐級過濾,直至將水中污染物徹底清除。污水處理涉及到的水處理藥劑一般有絮凝劑、污泥脱水劑、消泡劑、螯合劑、脱色劑等。
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海水淡化
海水淡化發展始於 20 世紀 60 年代,經過近幾十年的發展,海水淡化技術已經相對比較成熟。其中,蒸餾法和膜法已成為主流技術。對於膜法而言,為減少結垢沉積對反滲透膜的影響,需要在水中添加阻垢緩釋劑、清潔劑、絮凝劑、阻垢分散劑等藥劑;對於蒸餾法來講,容易產生鍋垢從而降低蒸發效率,可以通過海水進行預處理來減少影響,向原水中加入聚磷酸鹽、有機磷酸,膦基聚羧酸等進行水質軟化,對鈣,鎂離子以及其他金屬離子螯合作用使其不易沉澱,從而阻止水垢的形成。
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水處理藥劑前景機遇
水處理藥劑發展前景
水處理藥劑發展機遇
創新是水處理藥劑可持續發展的原動力,綠色化是未來水處理藥劑發展的方向,開發研製適合我國環境保護要求的低磷、非氮、可生物降解、無毒無害、低成本的綠色水處理藥劑,將成為我國未來水處理藥劑發展的方向。
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- 納米材料、微生物絮凝劑等新型高效水處理藥劑(1)納米材料具有小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等,作為一種新型高效水處理藥劑而被寄予厚望。目前,採用納米 TiO2光催化降解毒害有機物、碳納米管改性去除重金屬等的研究已取得突破性進展,為納米材料水處理藥劑的研發開創了先例。 [8] (2)微生物絮凝劑是一種無毒的生物高分子化合物,包括機能蛋白質或機能多糖類物質,具有生物降解的獨特性質。與其他絮凝劑相比,微生物絮凝劑具有易於固液分離、形成沉澱物少、易被微生物降解、無毒無害、實用性強等優點。目前,對微生物絮凝劑的研究比較多,而且也有一些研究者將無機-有機高分子絮凝劑復配使用,取得了很好的效果。 [8]
- 參考資料
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