第四章 水處理化學

1、第四章 水處理化學品4.1概論概論4.1.1 水處理化學品的歷史水處理化學品的歷史v什么是水處理化學品什么是水處理化學品?v在工業(yè)冷卻水中，為了控制腐蝕、結(jié)垢及微在工業(yè)冷卻水中，為了控制腐蝕、結(jié)垢及微生物黏泥等而添加的水處理化學品稱為水處生物黏泥等而添加的水處理化學品稱為水處理化學品或水處理劑。理化學品或水處理劑。v為什么要使用水處理化學品為什么要使用水處理化學品?v目的是潔凈鍋爐用循環(huán)水，防止結(jié)垢、腐蝕及微生物生長，防止鍋爐使用中存在的隱患：如影響傳熱、甚至爆炸。v初期和中期 使用的水處理化學品： 無機化合物，如石灰、二氧化碳、硫酸、氯氣、磷酸鹽等。 有機化合物，如單寧、淀粉、木質(zhì)素等。v2

2、0世紀6 0年代開始，逐步發(fā)展和使用了新型的有機緩蝕劑、有機阻垢劑和有機殺菌劑。v目前，合成和新發(fā)展的有機水處理化學品都是合成產(chǎn)物，而且?guī)缀跻淹耆媪嗽瓉響玫奶烊挥袡C化合物和部分無機物。 4.1.2 水處理化學品的分類水處理化學品的分類v 根據(jù)鍋爐用水、工業(yè)循環(huán)用水、空調(diào)用水或廢水處理等要求，常用的水處理化學品分為阻垢劑、阻垢分散劑、緩蝕劑、殺菌滅藻劑、清洗預膜劑、除氧劑、絮凝劑等。1阻垢劑和阻垢分散劑阻垢劑和阻垢分散劑v 阻垢劑主要分為:聚磷酸鹽，如三聚磷酸鹽、六偏磷酸鹽；有機磷酸，如氨基三亞甲基膦酸、乙二胺四亞甲基膦酸、羥基亞乙基二膦酸；有機磷酸酯；聚羧酸及其鹽，如聚丙烯酸、聚馬來酸酐

3、等。v阻垢分散劑主要有：木質(zhì)素、單寧、淀粉及其衍生物、纖維素及其衍生物。2緩蝕劑緩蝕劑v緩蝕劑主要有：有機緩蝕劑，如聚磷酸鹽、聚羧酸鹽、有機雜環(huán)化合物等；無機緩蝕劑，如鉻酸鹽、鉬酸鹽、鋅鹽、硅酸鹽、亞硝酸鹽、鎢酸鹽等；復合緩蝕劑，如鉻酸鹽系、磷酸鹽系、鋅鹽、硅酸鹽系、鉬酸鹽、全有機系。3殺菌滅藻劑殺菌滅藻劑v 殺菌滅藻劑主要有： 氧化性殺菌滅藻劑，如氧化物類、氯化物類、含氧酸類、金屬化合物類等； 非氧化性殺菌滅藻劑，如氯酚類、季銨鹽類、大蒜素類、氯胺類、異噻唑啉酮等。4清洗預膜劑清洗預膜劑v 清洗預膜劑主要有： 無機酸清洗劑，如鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸等； 有機酸清洗劑，如甲酸、乙酸、乙二酸、

4、丁烯二酸等； 絡合清洗劑，如乙二胺四乙酸鈉、二亞乙基三胺五乙酸、氨基亞甲基三膦酸；堿類清洗劑，如氫氧化鈉、碳酸鈉等；有機溶劑清洗劑，如四氯化碳、三氯乙烯等;表面活性劑清洗劑，如十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、烷醇酰胺等。5絮凝劑絮凝劑v 絮凝劑主要有:無機高分子絮凝劑，如陽離子金屬鹽類、陰離子型硅酸鹽類、復合型系列混凝劑等；有機高分子絮凝劑，如陽離子聚丙烯酰胺、超高分子量聚丙烯酰胺；天然高分子絮凝劑，如羧甲基淀粉鈉、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉等。 4.1.3 水處理化學品的發(fā)展方向水處理化學品的發(fā)展方向v 循環(huán)冷卻水的化學處理要求對不同的水質(zhì)、不同的材質(zhì)都需

5、要有不同的水處理方案和措施，以達到緩蝕、阻垢和殺菌三方面的目的。目前使用的水處理化學品，幾乎都是各種水處理化學品的復合配方，這主要是因為各種單純的水處理化學品都有一定的局限性，同時也是為了充分地利用各種水處理化學品之間的協(xié)同效應。但是復合配方對各種水處理化學組分的要求也將愈加嚴格，配方的組成應盡可能簡化。v 因此，要求不久將有更多的更有成效的不致污染環(huán)境的新穎緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑、污泥剝離劑被開發(fā)出來。v 今后水處理化學品會朝以下幾個方向發(fā)展: 1. 以合成產(chǎn)品代替天然產(chǎn)物或混合物; 2. 增強水處理化學品結(jié)構(gòu)和性能相關(guān)性的研究; 3. 加強多功能水處理化學品的研究;4. 開發(fā)綠色水處理化學

6、品。 4.2 絮凝劑絮凝劑 4.2.1 概論v 絮凝沉降法是目前國內(nèi)外普遍用來提高水處理效率的一種既經(jīng)濟又簡便的水質(zhì)處理方法。也就是向水中加入一種化學藥品，使水中的膠體和懸浮物顆粒絮凝成較大的絮凝體，有利于用過濾、沉降、上浮等方法來分離，達到水質(zhì)凈化的目的。v 目前絮凝劑品種較多,其中高分子絮凝劑以其良好的凝聚效果、脫色能力和操作簡便等優(yōu)點，在水處理過程中起到不可替代的作用，引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。v 絮凝劑的命名多種多樣，有的稱做混凝劑，有的稱做凝集劑、凝結(jié)劑或聚合電解質(zhì)等，雖然它們的名稱各不相同，但實際上所指的物質(zhì)是相同的。v 凡是用來將水溶液中小的溶質(zhì)、膠體或懸浮物顆粒凝聚成絮狀物沉淀的

7、物質(zhì)都叫絮凝劑。v 根據(jù)絮凝劑的組成，將其分成無機絮凝劑和有機絮凝劑。再根據(jù)它們分子量的高低、官能團的性質(zhì)以及官能團離解后所帶電荷的性質(zhì)，將其再分為高分子、低分子、陽離子型，陰離子型和非離子型絮凝劑等。 4.2.2 絮凝劑的作用原理絮凝劑的作用原理v 絮凝作用是非常復雜的物理和化學過程，目前多數(shù)人認為絮凝作用機理是凝聚和絮凝兩種作用過程。v凝聚過程是無機鹽、電解質(zhì)等凝集劑中和膠體和懸浮物顆粒表面電荷，使其克服膠體和懸浮物顆粒間的靜電排斥力，從而使顆粒脫穩(wěn)的過程，即膠體顆粒脫穩(wěn)并形成細小的凝聚體的過程；v 而絮凝過程是所形成的細小的凝聚體在絮凝劑的橋連下生成大體積絮凝物的過程。就是說絮凝作用都是

8、微小的膠體顆粒和懸浮物顆粒在極性物質(zhì)或者電解質(zhì)的作用下中和顆粒表面電荷，降低或消除顆粒間的排斥力，使顆粒結(jié)合在一起，體積不斷變大。當顆粒聚集使體積達到一定程度時(粒徑大約為0.0 1 cm時)，便從水中分離出來，得到絮狀沉淀物絮凝體。 4.2.3無機絮凝劑無機絮凝劑v 無機絮凝劑的應用歷史悠久，但無機高分子絮凝劑卻在水處理過程中存在較大的問題，而逐漸被無機高分子絮凝劑取代。無機高分子絮凝劑比原有傳統(tǒng)藥劑絮凝效果好得多，而價格相應較低，因而有逐步成為主流藥劑的趨勢。v 常用的無機絮凝劑有鋁鹽，如明礬、三氯化鋁、硫酸鋁。現(xiàn)在堿式氯化鋁越來越引起人們的重視；而對于鐵鹽絮凝劑，如三氯化鐵、硫酸亞鐵應用

9、很少，只在少數(shù)的廢水處理中應用，但目前人們對堿式氧化鐵的研究和應用有所加強。v無機絮凝劑分為無機高分子絮凝劑和無機低分子絮凝劑。v無機高分子絮凝劑主要有兩大系列：陽離子金屬鹽類和陰離子硅酸鹽類。v陽離子金屬鹽主要有以下三個系列。(1)鋁鹽系列 鋁鹽系列凝聚劑主要有硫酸鋁、三氯化鋁、硫酸鋁鉀等；絮凝劑有聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁。(2)鐵鹽系列 鐵鹽系列凝聚劑主要有硫酸鐵、三氯化鐵、氯化亞鐵等；絮凝劑有聚合硫酸鐵、聚合氯化鐵。(3)鈣鎂鹽系列 鈣鎂鹽系列多為助凝劑，主要有氫氧化鈣、碳酸鈣、碳酸鎂、氫氧化鎂等。v陰離子硅酸鹽主要用作助凝劑使用，常用的有活化硅酸。1常用的無機高分子絮凝劑化合物(1)聚合

10、氯化鋁v別名：堿式氯化鋁(PAC)v結(jié)構(gòu)式：Al(OH)mCl6-mn，式中m10，n=15v它是無色或黃色的固體，是無機高分子化合物，具有橋連作用和吸附性能。使用的p H值范圍在59，水溫對其使用影響小。v堿式氯化鋁應用范圍日趨廣泛，主要用于給水凈化、工業(yè)廢水、生活污水、污泥等的處理。v堿式氯化鋁屬于陽離子高分子絮凝劑，是目前生產(chǎn)用水、工業(yè)給水處理中應用最為廣泛的絮凝劑。適用于低溫、低濁水、高濁水的凈化處理，產(chǎn)品的有效投加量為2050mLL。(2)聚合硫酸鐵(PFS)v別名：聚鐵或聚合堿式硫酸鐵v 結(jié)構(gòu)式：Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m，式中n2，m=f(n)v 產(chǎn)品形式有液體和固體

11、兩種，液體產(chǎn)品為紅褐色黏稠透明液體，固體為黃色無定形固體。使用時的適合水溫在2040，用量少，在水溶液中，殘留的鐵比三氯化鐵少，腐蝕性也比三氯化鐵小。v與其他低分子混凝劑相比，絮凝速度快，顆粒密度大，沉降速度快以及對各種水的化學需氧量和生物需氧量、色度、微生物等有較高的去除效果。對溫度和p H值適應范圍廣(511，最佳p H值范圍為69 )，原料價廉易得，生產(chǎn)成本低，因此受到廣泛重視。v該產(chǎn)品屬于陽離子型無機高分子絮凝劑，用于飲用水、工業(yè)給水凈化處理。對于低溫低濁水和高濁水的處理效果顯著。2.常用的無機低分子絮凝劑化合物(1)硫酸鋁v結(jié)構(gòu)式：Al2(SO4)318 H2Ov呈白色粉末狀或塊狀，

12、在水中發(fā)生水解反應，水解反應速率緩慢。工業(yè)純的硫酸鋁含Al2(SO4)3大約2 02 5。v 目前，國內(nèi)硫酸鋁主要應用于水處理和造紙兩大方面，如用絮凝一氣浮法處理造紙白水，用硫酸鋁作絮凝劑，用量為2 56 0 gt(白水)。v 一般情況下，使用硫酸鋁的p H值范圍為6.07.8。當pH=47時，以去除水溶液中的有機物為主；當 pH=5.77.8時，以去除本溶液中懸浮物為主；當pH =6.47.8時，可以處理高濁度廢水和低色度廢水。適合的水溫為2 040；通常的用量為1 5100 mgL。 4.2.4 有機高分子絮凝劑有機高分子絮凝劑v 有機高分子絮凝劑與無機高分子絮凝劑相比，具有用量少，絮凝速

13、度快，受共存鹽類、p H值及溫度影響小，生成污泥量少，容易處理等優(yōu)點，因而有著廣闊的應用前景。v 有機高分子絮凝劑分為天然和合成兩大類。合成有機高分子絮凝劑由于分子量大，分子鏈官能團多，在市場占絕對優(yōu)勢，其中以聚丙烯酰胺系列應用最為廣泛，在美國、日本其市場占有率達80以上，在我國則年產(chǎn)近萬噸。但隨著石油產(chǎn)品價格不斷上漲，合成類有機高分子絮凝劑由于殘留單體毒性，限制了在給水處理方面的應用，而天然有機高分子絮凝劑由于原料來源廣泛，價格低廉，無毒，可以再生，可生物降解等特點顯示出良好的應用前景。1.常用的陽離子有機高分子絮凝劑常用的陽離子有機高分子絮凝劑（1）聚-2-羥丙基-N，N-二甲胺氯化物結(jié)構(gòu)

14、式：v該共聚物是極好的陽離子有機高分子絮凝劑，它的電荷密度大，可起很好的電荷中和作用，可用于水處理絮凝劑、造紙助留助濾劑，還可用于印數(shù)、皮革染色的固色劑等。v在城市 生活污水和工業(yè)廢水的處理中，作為絮凝劑和污泥脫水的過濾或離心助劑。用它處理煉油廠的廢水，可收到良好的效果。v 在冷卻水處理中用作殺生劑，可以殺死或抑制各種菌藻的滋生，是有效的淤泥控制劑。（2）丙烯酰胺-甲基丙烯酸-二甲氨基乙酯共聚物結(jié)構(gòu)為：v丙烯酰胺-甲基丙烯酸-二甲氨基乙酯共聚物產(chǎn)品具有陽離子電荷密度范圍大、分子量高、適用范圍廣和成本低等優(yōu)點，廣泛用于各種工業(yè)和生活廢水，特別適宜對來自污水廠的化學、石油或造紙廠的工業(yè)廢水中有機污

15、泥的處理，用作生物污泥的脫水助劑。2.常用的陰離子有機高分子絮凝劑常用的陰離子有機高分子絮凝劑（1）丙烯酸-丙烯酰胺共聚物v別名：部分水解丙烯酰胺v結(jié)構(gòu)式：v丙烯酸-丙烯酰胺共聚物是白色細沙粉末狀，溶于水，p H值為78，在水中易溶解分散，呈陰離子性,相對分子質(zhì)量在11 0611 07以上。v由于水解程度的不同，大分子鏈中羰基和酰胺基的含量也不同。v水解程度較大，羧基含量高，用作工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的阻垢分散劑。如果水解程度較小則酰胺基含量高，當分子量達到足夠大時，其絮凝效果好，可用作廢水處理的絮凝劑。v丙烯酸-丙烯酰胺共聚物用作絮凝劑使用時，以去除無機固體顆粒為主。對于采礦工業(yè)所產(chǎn)生的懸浮廢水以及

16、其他工業(yè)產(chǎn)生的固體懸浮物絮凝效果良好。在廢水處理中，最常用的比例是含羰基53 0。v丙烯酸一丙烯酰胺共聚物所起的作用是橋連和絮凝。一般粉末產(chǎn)品的相對分子質(zhì)量大約為1 5 0萬。(2)聚丙烯酰胺v結(jié)構(gòu)式：v純聚丙烯酰胺在常溫下為堅硬的玻璃態(tài)固體。工業(yè)產(chǎn)品有膠液、膠乳、白色粉粒、半透明粒珠和薄片等。聚丙烯酰胺能以任意比例溶于水，水溶液為均勻透明的液體。水溶液的黏度隨聚合物分子量的增加而明顯增加，長時間存放的聚丙烯酰胺水溶液，可因聚合物緩慢地降解而使溶液黏度下降。v廣泛應用于增稠、絮凝、穩(wěn)定膠體、減阻、黏結(jié)、成膜、阻垢、凝膠及生物醫(yī)學材料等方面。特別是在水處理、造紙、采礦、洗煤、冶金和石油鉆采等工業(yè)

17、部門中，其用量日益增大。v水處理工業(yè)中，利用聚丙烯酰胺中的酰氨基可與許多物質(zhì)親和、吸附、形成氫鍵的特性，使之在被吸附的粒子間形成“橋連產(chǎn)生絮團，而加速離子的下沉。另外，聚丙烯酰胺可以通過化學轉(zhuǎn)化或是聚丙烯酰胺單體與其他單體共聚制成非離子、陰離子、陽離子和兩性離子的系列共聚物，用作各種不同水質(zhì)處理的絮凝劑。v非離子型聚丙烯酰胺絮凝效果受廢水p H值和鹽類的影響小，在中性或堿性條件下，其絮凝作用不如陰離子型，但在酸性條件下則優(yōu)于陰離子型產(chǎn)品。v 聚丙烯酰胺類絮凝劑能適應多種絮凝對象，其用量少，效率高，生成的泥渣少，后處理容易。 4.2.5 天然有機高分子絮凝劑天然有機高分子絮凝劑v有機高分子廣泛存

18、在于植物中，自然界含淀粉的天然碳水化合物年產(chǎn)量遠遠超過其他有機物，它包括淀粉、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、單寧等。v有機高分子化合物含有各種活性基團，如羥基、酚羥基等，表現(xiàn)出較活潑的化學性質(zhì)，通過羥基的酯化、醚化、氧化、交聯(lián)、接枝共聚等化學改性，其活性基團大大增加，聚合物呈枝化結(jié)構(gòu)，分散了絮凝基團，對懸浮體系中顆粒物有更強的捕捉與促沉作用。v多聚糖類物質(zhì)中羥基與胺基可以進行酯化、醚化、氧化、交聯(lián)、接枝共聚等化學改性，可制得改性絮凝劑。v單寧也是存在于植物中資源豐富、價廉易得的天然高分子化合物，它含有酚羥基、羥基等，表現(xiàn)出活潑的化學性質(zhì)，國外20世紀7 0年代就開始研究應用它作為絮凝劑、脫色劑、吸

19、附劑等。v 常用的天然有機高分子絮凝劑化合物有以下幾種。1殼聚糖v 結(jié)構(gòu)式：v殼聚糖是甲殼素脫去乙?；纬傻难苌?，是一種直鏈型的天然高分子，為白色或灰白色，略有珍珠光澤，為半透明片狀固體。脫乙?；? 09 0，含氮量7左右。v殼聚糖多用于廢水處理，作絮凝劑，也應用于醫(yī)藥、化妝品、食品工業(yè)等方面。在造紙工業(yè)中可以直接用作施膠劑、助留劑和增強劑，特別是近幾年國內(nèi)用作造紙助留劑，也取得了很好的效果，目前殼聚糖已在多種廢水處理中取得了獨特的效果。2瓜爾膠v結(jié)構(gòu)式：v瓜爾膠為天然非離子聚糖，是白色或淡黃褐色自由流動的粉末，能夠完全溶于熱水和冷水，但是不溶于油、油脂、烴、酮和酯。其水溶液無味、無毒、無臭

20、，呈中性。v瓜爾膠作為增稠劑、穩(wěn)定劑、絮凝劑，浮選劑、成膜劑和上漿劑，在食用、日用I、采礦、石油開采、水池處理，紡織、造紙和醫(yī)藥工業(yè)中得到了廣泛應用，瓜爾膠用作絮凝劑或浮選劑，泡沫穩(wěn)定劑、過濾助劑和處理劑。v 在染料廢水處理過程中，瓜爾膠與其他絮凝劑復配可以提高處理效果。如在固體含量為v1.7 %的染料廢水中，加入由5 0瓜爾膠、20聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季銨鹽和3 0聚乙二醇(PEG-4000)組成的混凝劑處理，其沉降速率為53 cmmin。 4.2.6微生物絮凝劑微生物絮凝劑(MBF)v 絮凝劑是一類可以使在水體中不易沉降的懸浮顆粒凝聚沉淀的物質(zhì)。微生物絮凝劑是利用現(xiàn)代生物技術(shù)，通過微生

21、物發(fā)酵、提取、精制，從微生物菌體或其分泌物中得到的具有生物降解性和安全性的新型、高效、無毒的廉價水處理劑。v 微生物絮凝劑，是指由微生物自身產(chǎn)生的、具有高效絮凝作用的天然高分子物質(zhì)，主要含糖蛋白、多糖、多肽、蛋白質(zhì)、纖維素和DNA等高分子化合物，其相對分子質(zhì)量一般在1 05以上。多聚糖中有的是由一種單體聚合而成的，而有的是由多種糖單體聚合而成的雜多糖類。v微生物絮凝劑與普通有機高分子絮凝劑相比具有以下特點。 比其他絮凝劑產(chǎn)生的絮團大，容易分離，沉降效率高，而且形成的沉淀物少。 微生物絮凝劑具有可生化性，易被微生物降解，具有無毒無害等安全性，不會導致二次污染；具有絮凝廣泛，脫色、除濁效果獨特的特

22、點，對大腸桿菌、酵母、泥漿水、畜產(chǎn)廢水、染料廢水等有極好的絮凝和脫色效果。同時有使用性廣的特點。微生物絮凝劑在安全環(huán)保方面更具優(yōu)越性。 有的生物絮凝劑還具有不受p H條件影響、熱穩(wěn)定性強、用量小等特點。 具有比表面積大、轉(zhuǎn)化能力強、繁殖速度快、易變異、分布廣等特點，生物絮凝劑的生產(chǎn)周期短，效率高，投放量相對少，能實現(xiàn)大面積污水的凈化作用。v微生物絮凝劑有別于化學絮凝劑，它是微生物在其代謝過程中分泌的能使液體中不易沉降的固體粒子沉降，繼而凝集的高分子代謝產(chǎn)物。生物絮凝劑現(xiàn)已被應用于高濃度有機廢水、粉煤灰、高嶺土、泥漿水與印染廢水等的處理工藝中。v產(chǎn)生微生物絮凝劑的微生物有很多種，細菌、放線菌、真

23、菌以及藻類等都可以產(chǎn)生絮凝劑。這些微生物大量地存在于土壤、活性污泥和沉積物中，在分離和生產(chǎn)過程中，對人類不會造成不良后果。 4.3 阻垢劑 431 污垢的產(chǎn)生及危害v 工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的污垢是由水中微溶物質(zhì)析出、衍生物產(chǎn)生的黏泥、腐蝕產(chǎn)物和懸浮物積聚而成的。v 在水處理過程中所投加的阻垢、緩蝕劑(如聚磷酸鹽)水解產(chǎn)生的正磷酸根離子會和鈣、鐵等金屬離子生成磷酸鈣、磷酸鐵等污垢；鋅鹽在缺乏阻垢劑的系統(tǒng)中，以及鉻酸鹽被還原等都可能析出沉淀，成為水垢。v污垢易發(fā)生在傳熱面上，使傳熱效率下降而影響傳熱的正常進行，消耗和浪費能量。 432 工業(yè)冷卻水污垢的分類v 工業(yè)冷卻水污垢有許多種，結(jié)垢物質(zhì)多數(shù)為鹽類，

24、主要有碳酸鈣垢、磷酸鈣垢、硫酸鈣垢、鎂垢等。1碳酸鈣垢v 工業(yè)冷卻水中鈣、鎂離子含量較高。鈣離子和鎂離子容易與碳酸根離子和磷酸根離子等生成溶解度較小的鹽，這些鹽的溶解度隨溫度升高反而減小，易于在傳熱面上析出為水垢.形成水垢的物質(zhì)主要是碳酸鈣和磷酸鈣，還可能有硫酸鈣和硅酸鎂等。v 污垢也有可能夾帶某些腐蝕產(chǎn)物、懸浮物等，但主要是某些鈣、鎂的鹽類。2磷酸鈣垢v 工業(yè)冷卻水的穩(wěn)定和處理中應用聚磷酸鹽越來越廣泛，所以磷酸鈣垢的產(chǎn)生概率也逐漸增加。磷酸鹽垢中，鈣垢是最主要的。v磷酸鈣的結(jié)構(gòu)相當復雜，在鍋爐水處理時生成的是鈣一羥基磷灰石Ca(OH)2(PO4)8，初時為膠狀物，之后為疏松粒子，可隨水排出而

25、不會在流動區(qū)沉淀為垢層。3硫酸鈣垢v 硫酸鈣的溶解度稍大，一般不會析出為冷卻水系統(tǒng)的水垢。但如冷卻水中鈣和硫酸根離子含量較高而水溫也較高時，仍可能形成硫酸鈣垢。硫酸鈣有三種形態(tài)：石膏CaSO42 H2 O、CaSO41/2H2 O、無水硫酸鈣CaSO4。4.鎂垢v 鎂在水中的含量比鈣要少。在鎂的化合物中，Mg(OH)2的溶解度最小。碳酸鎂只能在含有CO2的水中存在，如果將碳酸鎂放進暴露在空氣中的水里，它也放出CO2，產(chǎn)生Mg(OH)2，所以，冷卻水中只能析出Mg(OH)2垢。在水中鎂含量較高，p H值也較高時，是可能析出鎂垢的。僅僅析出Mg(OH)2時，大多為粉末狀。v在冷卻水系統(tǒng)中，鎂和鈣的

26、化合物以及硅酸鹽等常常以混合垢的形式析出。 4.3.3 水處理阻垢的基本原理和方法水處理阻垢的基本原理和方法v 工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢物質(zhì)多數(shù)為鹽類。而且，隨著冷卻水在冷卻塔中逐漸地蒸發(fā)，水中的微溶物質(zhì)逐漸達到過飽和，同時，在冷卻水中的多數(shù)微溶物質(zhì)的溶解度隨溫度的升高反而下降，也加速了微溶物質(zhì)的溶質(zhì)過飽和程度。隨后容易結(jié)晶沉淀。冷卻水中微溶物質(zhì)結(jié)晶析出的速度主要受溶液的過飽和程度的影響，過飽和程度大，而且溫度高，溶液往往迅速析出數(shù)量驚人的晶核。v防止工業(yè)冷卻水系統(tǒng)發(fā)生結(jié)垢的方法很多，從原理上可歸結(jié)為三種：消除結(jié)晶形成的條件；防止和抑制晶粒的正常生長；減少和阻礙結(jié)垢晶體在傳熱面上的黏附。v應用最廣

27、泛的阻垢方法是在循環(huán)水中添加能抑制晶粒的形成、阻礙晶粒的正常生長和擾亂晶粒之間按正常狀態(tài)聚集生長的阻垢劑。v 一類阻垢劑是晶體生長抑制劑，能擴大物質(zhì)結(jié)晶的介溫區(qū)，在相當大的過飽和程度上將結(jié)垢物質(zhì)“穩(wěn)定在水中不析出。當水中產(chǎn)生微小的晶核時，它們強烈地吸附在晶核上，占據(jù)表面能最高的位置，降低了晶粒的表面能。它們將晶核和進入晶體的那些離子分隔開，阻止了晶粒的生長，又妨礙晶?；ハ嗯鲎查L大。v聚磷酸鹽是性能優(yōu)異的碳酸鈣晶體生長抑制劑，而磷化物和聚合物對碳酸鈣和硫酸鈣，以及磷酸鈣等都有良好的阻垢效果。v另一類阻垢處理劑是分散劑，用來阻礙晶體正常生長和正常聚集。一般屬于陰離子型或非離子型的聚合物，如聚丙烯酸

28、鹽和聚丙烯酰胺等。v污垢是結(jié)垢后的晶粒、銹蝕物和懸浮物等微粒聚結(jié)而成的，這些微粒表面帶負電荷。加入水中的分散劑為高分子量的鏈狀陰離子(如聚丙烯酸鹽)或非離子的聚合物(如聚丙烯酰胺)，它們吸附在微粒的上面，將微粒包圍，阻礙微?；ハ嘟佑|和碰撞長大、聚集，使微粒能較長時間地分散在水中，隨水流動，隨排污水排出系統(tǒng)。v工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)常用的阻垢分散劑大致有如下幾類：聚磷酸鹽、膦酸鹽類、聚合物阻垢分散劑類、天然物質(zhì)以及改性物質(zhì)用作阻垢分散劑。 434聚磷酸鹽類阻垢分散劑v 聚磷酸鹽類是無機型的聚合磷酸鹽物質(zhì)，常用的化合物有六偏聚磷酸鈉和三聚磷酸鈉，它們是使用較早的阻垢防垢磷酸鹽，隨著水處理技術(shù)的發(fā)展和環(huán)

29、境保護要求的提高，這類阻垢防垢物質(zhì)的使用在逐漸減少，最終將被徹底淘汰。v (1)聚磷酸鹽的作用機理v 聚磷酸鹽在水中離解出有OPOP 鏈的陰離子，離子中的磷原子連著含有一對未共用電子的氧原子，與金屬離子共同形成配位鍵，生成較穩(wěn)定的螯合物。因此，聚磷酸鹽在水中捕捉金屬離子，變成溶解度較大的螯合物。螯合物中的金屬離子被封閉，不能與難溶物質(zhì)的陰離子接觸并結(jié)合形成水垢。v 聚磷酸鹽的螯合能力與磷原子的總數(shù)成正比，與聚磷酸鹽的鍵長和鍵形無關(guān)?？梢耘c聚磷酸鹽發(fā)生螯合反應的金屬離子有：Ca2+、Mg2+、Fe2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、Pb2+和Al3+等。螯合反應受溫度和p H值等條件的影響。(2

30、)聚磷酸鹽的阻垢性能v 聚磷酸鹽在水中形成的陰離子具有OPOP 長鏈形結(jié)構(gòu)，這種陰離子有良好的表面活性，有吸附粒子的良好的幾何形狀，易于置換CO3-離子，并能使晶粒的表面電位下降，因此有良好的阻垢性能。v 由于聚磷酸鹽具有優(yōu)良的抑制形成碳酸鈣垢的性能，它廣泛用作循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的阻垢劑，甚至某些直流冷卻水也用它防垢。經(jīng)聚磷酸鹽處理過的冷卻水，出現(xiàn)碳酸鈣垢危害現(xiàn)象的甚為少見。(3)聚磷酸鹽的水解v 聚磷酸鹽作為阻垢分散劑用于工業(yè)冷卻水系統(tǒng)，具有良好的阻垢分散效果，然而這類阻垢分散劑的突出缺點是在水中易水解。水解后的產(chǎn)物與鈣離子結(jié)合生成難溶的磷酸鈣沉淀;v另外磷酸鹽類在水中又是多種菌類的營養(yǎng)物質(zhì)，含

31、有磷酸鹽的工業(yè)廢水若不加處理地排人江河湖海，就易造成這些水域菌藻大量繁殖生長，造成生態(tài)污染。v因此減少工業(yè)廢水中的磷含量是減輕對生態(tài)環(huán)境污染的有效措施。用有機磷酸鹽代替磷酸鹽是改進磷污染的關(guān)鍵技術(shù)。 4.3.5 膦酸鹽類阻垢分散劑v 大量研究和應用證明，一些膦酸鹽具有類似聚磷酸鹽抑制碳酸鈣垢的能力，膦酸鹽甚至有抑制磷酸鈣垢的能力.它們在較高溫度下不易水解，消除了形成磷酸鈣垢的危險，而且能在很寬的p H值范圍內(nèi)使用的成功使用，即能在較高的堿性條件下防垢。v膦酸型阻垢分散劑分為兩大類:膦酸鹽類和膦酸酯類。碳原子相連時就稱為膦酸；當磷原子是通過氧原子與碳原子相連時就稱為膦酸酯。當兩個或兩個以上的膦酸

32、基團直接與碳原子相連時，則組成了多元膦酸，多元膦酸根據(jù)分子中膦酸基團的數(shù)目可分為二膦酸、三膦酸、四膦酸、五膦酸等，如果是聚合物，則稱為聚膦酸。v膦酸鹽類阻垢分散劑的優(yōu)點：對水中存在的多價金屬離子，如Ca 2+、M9 2+、Fe 2+、Sr 2+、Ba 2+、Zn 2+等都有較強的螯合作用。螯合后的金屬離子不能與結(jié)垢物質(zhì)的陰離子接觸生成沉淀，因而起到阻垢作用。膦化合物都具有良好的抑制碳酸鈣、硫酸鈣、鐵鹽甚至磷酸鹽從水中析出的能力，膦化合物的陰離子具有很高的表面活性，膦化合物阻垢劑，有較高的穩(wěn)定性，不容易水解，膦化合物能在較寬的p H值范圍內(nèi)使用，特別是能在堿性條件下使用。膦化合物阻垢劑和聚合物分

33、散劑共同使用，或幾種膦化合物阻垢劑共同使用，有增效作用。v 常用的膦酸鹽類阻垢分散劑的化合物有以下幾種。v11-羥基乙烷-1，1-二膦酸(H EDP)v結(jié)構(gòu)式：vH EDP是一種很重要的螯合劑。它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易水解，在一般光熱條件下不分解，但它不耐氧化性殺生劑的作用，緩蝕阻垢效果好，在中高硬度和堿度的水質(zhì)中，較低濃度的該品與二價金屬離子作用在金屬表面形成沉積保護膜，緩蝕率可達9 0，對碳酸鹽的阻垢率可達到達5 0以上。v2乙二胺四亞甲基膦酸(EDTMP)v結(jié)構(gòu)式：v其鈉鹽為黃色透明黏稠液體，相對密度為1314，能溶于水，在2 00以下有較好的阻垢作用，熱穩(wěn)定性好。3. 2-膦酸丁烷-1，2，

34、4-三羧酸(PBTC)v結(jié)構(gòu)式：vPBTC是一種兼具阻垢緩蝕性能高、化學穩(wěn)定性強和低毒性特點的理想的水處理劑。vPBTC含有一個膦基和三個羧基，是一種高效阻垢劑，即使在苛刻的條件下也能發(fā)揮很強的阻垢作用，在高溫、高硬度、高堿性的情況下，尤其在有Fe 3+存在時，其阻垢性能優(yōu)于其他的有機磷酸鹽。該產(chǎn)品對硫酸鹽的阻垢效果稍差一點。v PBTC還具有很好的緩蝕性能，與鋅鹽、聚磷酸鹽有很好的緩蝕協(xié)同作用.4.二亞甲基磷酸氨基甲磺酸(DPAMS)v結(jié)構(gòu)式：v二亞甲基磷酸氨基甲磺酸是在膦酸型阻垢分散劑的分子中引入了磺酸基，就構(gòu)成了磺酸膦酸型阻垢分散劑。磷酸型阻垢分散劑和膦酸型阻垢分散劑的應用，很好地解決了

35、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中產(chǎn)生碳酸鈣污垢的問題，但并沒有解決以磷系配方、鋅系配方處理的系統(tǒng)所產(chǎn)生的磷酸鈣污垢問題和磷酸鋅污垢問題?；撬峄鶊F對磷酸鈣污垢和磷酸鋅污垢有高效抑制能力和對金屬離子的穩(wěn)定作用。另外，磺酸基團的另一大特點為，在阻垢方面不受系統(tǒng)水中的金屬離子的影響，因此備受關(guān)注。 436聚合物類阻垢分散劑v 隨著高分子化學的迅速發(fā)展和高分子化學合成技術(shù)的不斷提高，一大批新型的多功能聚合物不斷出現(xiàn)，特別是人們目前可以根據(jù)使用性能的要求，合成出更適合于實際生產(chǎn)要求的高分子化合物。共聚合反應的發(fā)展及共聚物的良好使用性能，使共聚合反應產(chǎn)物有著更加廣泛的使用前景。水溶性聚合物以及水溶性共聚物在作為工業(yè)循環(huán)冷卻

36、水系統(tǒng)阻垢緩蝕劑的使用中發(fā)揮著重要的作用。v這些水溶性聚合物以及水溶性共聚物在使用中，阻垢分散能力與大分子的結(jié)構(gòu)和大分子的分子量有著密切的關(guān)系，將聚合物的分子量控制在一定的范圍內(nèi)，是獲得高性能產(chǎn)物的主要方法。v 常用的聚合物類阻垢分散劑有以下幾種。1聚丙烯酸(PAA)v 結(jié)構(gòu)式：v聚丙烯酸中的羧酸根對鈣、鎂等離子具有螯合作用，因而具有阻垢作用。v聚丙烯酸具有阻CaCO3的性能，1 mgL的聚丙烯酸能拴住4 5 mgL的鈣離子，阻CaCO3的性能優(yōu)于一般的聚羧酸共聚物，但幾乎沒有阻Ca3(P04)2的能力。用于水處理劑的聚丙烯酸的相對分子質(zhì)量一般在2 5005000，2聚亞甲基丁二酸 (別名：聚

37、衣康酸)v 結(jié)構(gòu)式：v聚亞甲基丁二酸是一種無色透明或淡黃色透明黏性液體。用作工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的阻垢分散劑，不但具有良好的阻止水中鈣、鎂離子產(chǎn)生污垢的能力，還能使冷卻水系統(tǒng)中原有的垢層松動變軟，最后分散成微小的絮狀物隨水流帶出。因此，它是一種性能比較優(yōu)良的工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的阻垢分散劑，使用量一般在31 5 mgL。3丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物v 結(jié)構(gòu)式：v丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物抑制CaC03垢的性能與聚丙烯酸相同，但它對磷酸鈣、磷酸鋅、氫氧化鋅、鐵氧化物等都具有很好的抑制和分散作用，效果比單聚物顯著，因此成為循環(huán)冷卻水處理中的一種主要阻垢分散劑。 437 天然物質(zhì)以及改性物質(zhì)類阻垢分散劑v 淀粉、單

38、寧和木質(zhì)素等天然物質(zhì)也有相當?shù)淖韫改芰?，曾較廣泛地用于冷卻水的水質(zhì)穩(wěn)定。后來，由于其他無機或有機化學藥品的阻垢或緩蝕性能更有效，這些天然物質(zhì)逐漸被取代。但是天然物質(zhì)來源廣，價格低廉，沒有污染，所以一些冷卻水系統(tǒng)仍然用這些天然物質(zhì)作水質(zhì)穩(wěn)定劑的組分。v常用的天然阻垢分散劑有:v1)淀粉及其改性物, 2)單寧及其改性物, 3)木質(zhì)素及其磺化木素.1.木質(zhì)素磺酸鹽v結(jié)構(gòu)式:v分子量不同，結(jié)構(gòu)也不盡相同，是一種具有多分散性的不均勻的陰離子電解質(zhì)。木質(zhì)素磺酸鹽是木材中木質(zhì)素經(jīng)亞硫酸鹽蒸煮，在苯丙烷結(jié)構(gòu)的側(cè)鏈a一位置上引入磺酸而得到.v 木質(zhì)素磺酸鹽可用作工業(yè)循環(huán)水的阻垢分散劑、廢水的絮凝劑。該產(chǎn)品可天然

39、降解，對環(huán)境無二次污染,是一綠色多功能水處理劑.2.單寧結(jié)構(gòu):v單寧在水處理過程中，具有絮凝、脫氧、殺菌的作用。由于分子結(jié)構(gòu)中有大量的羥基和水解后所產(chǎn)生的羧基，可與水中的鈣、鎂離子生成絡合物，阻止鍋爐中的鈣、鎂離子形成水垢，也可減少冷卻水中硫酸鈣的沉積，起到分散作用。 4.4 殺菌滅藻劑殺菌滅藻劑v 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的微生物菌藻的生長和繁殖，將會嚴重影響工業(yè)生產(chǎn)的安全運行，抑制、殺死微生物菌藻是保證工業(yè)生產(chǎn)正常運行的有效方法，要抑制和殺死微生物菌藻，向冷卻水系統(tǒng)中投加殺菌滅藻劑是最直接和最有效的辦法。v 根據(jù)殺菌滅藻的情況，殺菌滅藻劑大體可分成以下兩類。v (1)微生物殺生劑v 微生物殺生劑多

40、為殺滅微生物作用很強的化學藥劑，能在短時間內(nèi)產(chǎn)生各種生物效應，真正殺死有關(guān)的微生物，是一類強氧化劑。v (2)微生物抑制劑v 微生物抑制劑的作用是阻止微生物的大量繁殖，其毒性比殺生劑的毒性小，多是一些非氧化性殺生劑。 441 氧化性殺菌滅藻劑v 氧化性殺菌滅藻劑是具有強烈氧化性的殺生劑，通常是一種強氧化劑，對水中的微生物的殺生作用強烈。氧化性殺生劑對水中其他的還原性物質(zhì)都能起到氧化作用，當水中存在有機物、硫化氫、亞鐵離子時，會消耗掉一部分氧化性殺生劑，降低它們的殺生效果。v鹵族元素氯、溴和碘都是性能良好的氧化性殺菌劑。氯來源廣，價格低廉，使用方便, 殺菌效果良好，可以和許多水質(zhì)處理藥劑一起使用

41、而互不干擾或干擾很少，對環(huán)境污染小，廣泛地用作工業(yè)和民用用水的微生物的殺菌劑。v常用的氧化性殺菌滅藻劑有以下幾種。1液態(tài)氯(Cl2)v 液態(tài)氯是目前一種應用廣泛的殺菌效率高、速度快、費用低的氧化性殺菌劑。v 由于氯的殺菌作用主要取決于次氯酸的濃度，低的p H值系統(tǒng)對次氯酸的存在有利，因 此，液氯用于p H值為6575的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中最好。2二氧化氯(ClO2)v 二氧化氯是一種強氧化性殺菌劑，可替代液氯、次氯酸鹽在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中使用。二氧化氯是一種黃綠色的氣體，殺菌滅藻能力比氯強，是氯的2 52 6倍；用量小，殺生作用較氯快，使用2.0mgL的二氧化氯作用3 0 min能殺死幾乎1 00的

42、微生物。3過氧乙酸v別名：過氧醋酸，過乙酸，過醋酸v結(jié)構(gòu)式：v過氧乙酸是一種無色透明的液化，弱酸性，有強烈刺激性氣味，易揮發(fā)。它是一種綠色的生態(tài)殺菌劑。在環(huán)境中沒有任何殘留，與阻垢劑、緩蝕劑的相容性好，是一種非常有推廣前途的工業(yè)冷卻水、淡水殺菌劑，殺菌能力強，既可用作循環(huán)冷卻水和油田回注水處理的殺菌劑，也可用于傳染病的消毒、飲用水的消毒、織物消毒和食品工業(yè)等。 442 非氧化性殺菌滅藻劑v 非氧化性殺菌滅藻劑不是以氧化作用殺死微生物，而是以致毒作用于微生物的特殊部v位，因而，它不受水中還原物質(zhì)的影響。非氧化性殺菌滅藻劑通常是氯酚類、季銨鹽類的非氧化性化合物。但處理費用相對氧化性殺菌滅藻劑較高，

43、容易引起環(huán)境污染，水中的微生物易產(chǎn)生抗藥劑性。v氯酚及其衍生物是一類非氧化性殺菌滅藻劑，由于苯酚分子結(jié)構(gòu)中引入了氯原子，其殺菌滅藻能力被提高。這類化合物都不易降解，對水生生物和哺乳動物都有毒害作用，因此污染問題必須引起足夠的重視。v有機胺類殺菌劑廣泛地用來控制冷卻水中的微生物，具有殺菌作用強，能殺死大多數(shù)微生物，還有相當良好的滲透能力和分散能力，與大多數(shù)水質(zhì)穩(wěn)定劑和處理劑中的化學藥劑相容，能在較寬的p H值范圍內(nèi)使用，以及對魚類等的毒性小，易降解，較少的環(huán)境污染等優(yōu)點。其中季銨鹽應用范圍廣并具有典型性。v常用的非氧化性殺菌滅藻劑有以下幾種：v1雙氯酚v雙氯酚是無臭、白色或無色結(jié)晶的固體。在循環(huán)

44、水系統(tǒng)中使用的雙氯酚是以單鈉鹽形式存在的水溶液。的使用濃度一般在1 00mgL，殺菌率達到9 9以上。雙氯酚對異氧菌、鐵細菌、硫酸鹽還原菌等菌類和藻類有較好的殺生抑制作用，是一種高效廣譜的殺生劑。p H值適用范圍較寬，偏堿性的條件下處理效果更佳。2二硫氰基甲烷v 結(jié)構(gòu)式：v本品為淡黃色或無色的針狀結(jié)晶，難溶于水，能溶于N，N-二甲基甲酰胺。對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的各種微生物都有良好的殺滅效果。只要水中保持03 mgL濃度的二硫氰基甲烷就可以有效地殺滅微生物，是一種非氧化性殺菌劑。3.氯化十二烷基二甲芐基銨v結(jié)構(gòu):v氯化十二烷基二甲基芐基銨為黃白色蠟狀體，易吸潮，易溶于水，具有典型的陽離子表面活性劑

45、性質(zhì).v該品是目前工業(yè)循環(huán)水處理中最常用的非氧化性殺菌滅藻劑之一。有對殺滅菌藻高效、毒性小、可溶于水、不受水硬度影響、使用方便、成本低等優(yōu)點，另外，還具有對鐵緩蝕性能. 45 其他水處理化學品其他水處理化學品 451 緩蝕劑v 緩蝕劑是循環(huán)水日?；瘜W處理中為減緩金屬設備腐蝕、延長金屬設備使用壽命必須加入的一類用量較大的化學藥劑。緩蝕劑加入循環(huán)水中，能干擾循環(huán)水中腐蝕離子的腐蝕電化學作用，阻止或降低金屬腐蝕速率，其作用主要是通過在金屬表面上形成保護膜來防止腐蝕。v按照緩蝕劑在金屬表面所形成的保護膜的成膜機理，緩蝕劑大體可分成：氧化(鈍化)膜型緩蝕劑、吸附膜型緩蝕劑、沉淀膜型緩蝕劑和反應轉(zhuǎn)化膜型緩蝕劑。1氧化(鈍化)膜型緩蝕劑v 它是一種在反應中比較容易被還原的強無機氧化劑，如鉻酸鹽、亞硝酸