表面活性劑在廢水處理中的應(yīng)用

1、暨 南 大 學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)(論文)書(shū)學(xué)生姓名 ? 學(xué) 號(hào) 99999999 課程名稱 表面活性劑 指導(dǎo)教師 99999 學(xué) 院 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院 學(xué) 系 化學(xué)系 專 業(yè) 應(yīng)用化學(xué) 暨 南 大 學(xué) 教 務(wù) 處 2011 年 6 月 21 日摘要本文以不同類型表面活性劑介紹，其中兩性表面活性劑中比較特殊的一種，它在同一分子鏈節(jié)上兼具陰離子、陽(yáng)離子2種基團(tuán)。在不同介質(zhì)條件下，其所帶離子類型可能不同，適于處理帶不同電荷的污染物。它的另一優(yōu)點(diǎn)是適用范圍廣，酸性介質(zhì)、堿性介質(zhì)中均可應(yīng)用。對(duì)廢水中乳濁液、各類污泥、各種膠態(tài)分散液等均有較好的絮凝及污泥脫水功效。介紹不同類型陽(yáng)離子、兩性有機(jī)高分子、改性類兩性

2、、陰離子和非離子型表面活性劑。那些對(duì)礦石原料分解及礦漿的固液分離，表現(xiàn)出了兩性絮凝劑中陰、陽(yáng)離子基團(tuán)在廢水處理中的協(xié)同作用。部分水解聚丙烯酰胺在其長(zhǎng)鏈分子中導(dǎo)入部分親水性羧基，使其原來(lái)卷曲的分子鏈伸展成線型結(jié)構(gòu)，以充分顯露其極性基團(tuán)，而具有較高的絮凝作用，被廣泛用于廢水處理中。但絮凝顆粒物體積較小、沉降速度較慢、固液分離困難。關(guān)鍵詞: 表面活性劑;廢水處理。Abstract:This article introduced by the different type surface active agent, in the amphoteric surface active agent the

3、quite special one kind, it has both the anion, the positive ion two groups and bases on the identical molecular chain link. Under the different ambient condition, its possibly has the ion type different, is suitable for to process the belt different electric charge the pollutant. Its another merit i

4、s the applicable scope is broad, in the acidic medium, the alkalinity medium may apply. To the waste water in the emulsion, each kind of sludge, each kind of colloidal dispersion fluid and so on has the good flocculation and the sludge dewatering effect. Introduces the different type positive ion, t

5、he both sexes organic high polymer, modification class both sexes, the anion and the non-ionic surface active agent. These to the ore raw material decomposition and the pulp liquid-solid separation, displayed in the amphoteric flocculant cloudy, the positive ion groups and bases in the wastewater di

6、sposal synergism. The partially hydrolyzed polyacrylamide amide enters the partial water affinity carboxyl group in its long chain member Intermediate-range, causes its original curl the molecular chain to extend the linear structure, by reveals its polar group fully, but has the high flocculation,

7、widely uses in the wastewater disposal. But the flocculation particles volume is small, the settling rate to be slow, the liquid-solid separation difficulty. Key words: Surface active agent; Wastewater disposal目 錄摘要4Abstract: 41.緒論52.廢水處理中常用種類8陽(yáng)離子高分子絮凝劑82.2 兩性有機(jī)高分子絮凝劑82.3.改性類兩性水處理劑92.4 陰離子型高分子絮凝劑92.

8、5 非離子型絮凝劑93.結(jié)論104.參考文獻(xiàn)111.緒論我國(guó)是一個(gè)缺水的國(guó)家，人均占有的水量?jī)H為世界人均水量的1/4，而且隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，用水量急劇增加，產(chǎn)生的廢水量也相應(yīng)增加，必須經(jīng)過(guò)處理達(dá)標(biāo)后才能排放，從節(jié)水和環(huán)保兩方面考慮，廢水處理是一個(gè)迫在眉睫的問(wèn)題。由于表面活性劑可以使體系的界面性質(zhì)和狀態(tài)發(fā)生改變，因此從廣義上講可將表面活性劑稱為在加入少量時(shí)就能明顯改變體系的界面性質(zhì)和狀態(tài)的物質(zhì)。它是由性質(zhì)不同的兩部分組成的，一部分是由疏水親油的碳?xì)滏溄M成的非極性基團(tuán)，另一部分為親水疏油的極性基團(tuán)。由于它的兩性分子結(jié)構(gòu)特征，才使這種分子具有一部分可溶于水，而另一部分易自水中逃逸的雙重性，結(jié)果造成

9、表面活性劑分子在其水溶液中很容易被吸附于氣水(或油水)界面上形成獨(dú)特定向排列的單分子膜。由于表面活性劑具有上述獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)而被廣泛的應(yīng)用在各行各業(yè)的廢水處理中。隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高, 人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求愈來(lái)愈高, 污水排放的標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán),使得傳統(tǒng)的廢水處理技術(shù)很難滿足高的要求。而且傳統(tǒng)的廢水處理多數(shù)只有負(fù)的經(jīng)濟(jì)效益, 使許多企業(yè)承受著較大的廢水處理費(fèi)用。同時(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也帶來(lái)了水資源的日趨短缺, 客觀上要求廢水能夠循環(huán)再利用。在社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益最大化的要求下, 各種新型的、改良的高效廢水處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。表面活性劑是一種易于富集于界面, 并對(duì)界面性質(zhì)產(chǎn)生明顯影響的一類物質(zhì)。

10、表面活性劑作為一種“負(fù)載型”功能助劑, 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用1。特別是近些年, 表面活性劑在廢水處理中的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。目前, 表面活性劑主要是利用膠束增強(qiáng)超濾法和液膜法來(lái)除去水中的重金屬離子和有機(jī)廢物。鑒于丙烯酰胺(AM)具有優(yōu)良的水溶性，適于水溶液聚合；丙烯酸(AA)除具有較高的反應(yīng)活性和較好的水溶性外，能使共聚物嵌入適量羧基，使其在堿性廢水中強(qiáng)化增黏、增稠效果；甲基丙烯酰氧乙基二甲基辛基溴化銨(ADMOAB)具有表面活性，含有疏水基團(tuán)從而使共聚物的溶液行為產(chǎn)生疏水締合作用，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從而增大共聚物在廢水處理中的絮凝效果。因此三元共聚物可以提高在廢水處理中的

11、絮凝、脫水效果，并且可以使廢水化學(xué)需氧量(COD)顯著減少，污泥脫水的效果明顯增加。兩性表面活性劑比較常見(jiàn)的有兩性殼聚糖和兩性淀粉。兩性殼聚糖以甲殼素為原料，在堿性條件下與氯乙酸反應(yīng)引入羧甲基，同時(shí)進(jìn)行水解脫乙?；?，制成既可溶解于稀酸、稀堿，又可溶解于水的羧甲基殼聚糖。殼聚糖可廣泛應(yīng)用于冶金和含重金屬工業(yè)廢水的處理，只用5 ppm殼聚糖，即可以使廢水的生化需氧量(BOD)減少80%-85%，磷酸鹽低于0.510-6。兩性淀粉的制備是利用淀粉葡萄糖甙中羥基的反應(yīng)活性，將其分別與陰、陽(yáng)離子醚化劑進(jìn)行反應(yīng)。兩性淀粉可用作造紙?zhí)砑觿┖屯苛险辰Y(jié)劑以及金屬離子螯合劑，據(jù)報(bào)道兩性淀粉螯合劑對(duì)陰、陽(yáng)金屬離子均

12、有很強(qiáng)的吸附能力和較高的吸附容量，可處理多種重金屬離子或混合離子溶液，且螯合樹(shù)脂可再生反復(fù)使用，可用于礦物或冶金工業(yè)提取金屬離子或污水處理。兩性表面活性劑具有原料來(lái)源豐富、無(wú)毒、可生化降解、制備工藝簡(jiǎn)單、成本較低、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，加上分子結(jié)構(gòu)多樣、分子內(nèi)活性基團(tuán)可選擇性大，改性工藝制備結(jié)構(gòu)多樣，可以作為不同使用目的的兩性高分子絮凝劑。我國(guó)動(dòng)植物資源豐富，這類兩性水處理劑將有著良好的應(yīng)用前景。通過(guò)以上對(duì)兩性表面活性劑在水處理應(yīng)用中的介紹，我們可以看出其在水處理中發(fā)揮了重要的作用。利用兩性表面活性劑來(lái)研究開(kāi)發(fā)處理效果好、操作費(fèi)用低的廢水處理技術(shù)，為越來(lái)越多的學(xué)者提供了廣闊的前景。因此我們要充分發(fā)揮

13、兩性表面活性劑在廢水處理的作用。表面活性劑由極性的親水基團(tuán)和非極性的親油基團(tuán)兩部分組成。將表面活性劑加到水中后, 部分表面活性劑分子將富集在溶液的表面。當(dāng)濃度進(jìn)一步增大、超過(guò)臨界膠束濃度(cmc)時(shí), 剩余的表面活性劑分子將在溶液內(nèi)聚集, 形成疏水基向內(nèi), 親水基向外的聚集體, 即膠束。這種膠束通常由幾十到幾百個(gè)表面活性劑分子組成, 其“相對(duì)分子質(zhì)量”相當(dāng)大, 粒徑在5 nm 10 nm。利用表面活性劑的膠束粒子來(lái)吸附廢水中的離子或增溶有機(jī)物, 由于帶有或含有金屬離子或有機(jī)物的膠束無(wú)法通過(guò)超濾膜而使金屬離子或有機(jī)物被截留11-12, 實(shí)現(xiàn)與廢水的分離。其原理如圖1所示。2.廢水處理中常用種類2

14、.1 陽(yáng)離子高分子絮凝劑現(xiàn)代化工業(yè)和現(xiàn)代化生活使排水中的有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大大增加,對(duì)于一些含有有機(jī)物或膠體的水體系,由于其微粒表面帶負(fù)電荷,只是非離子或陰離子型高分子絮凝劑用于這類廢水處理不能獲得滿意的效果,而陽(yáng)離子高分子絮凝劑是一種水溶性高分子聚電解質(zhì),分子鏈上帶有正電荷活性基團(tuán),它可以與水中的微粒起電荷中和及吸附架橋作用,從而使體系中的微粒脫穩(wěn)、絮凝而有助于沉降和過(guò)濾脫水4 。它可以有效地降低水中懸浮固體的質(zhì)量分?jǐn)?shù),降低水的濁度,并有使病毒沉降和降低水中三鹵甲烷前體物的作用,使水中的總含碳量( TOC) 降低。陽(yáng)離子高分子表面活性劑作為絮凝劑,主要應(yīng)用于工業(yè)上的固液分離過(guò)程,包括沉降、澄清

15、、濃縮及污泥脫水等工藝,應(yīng)用的主要行業(yè)有:城市污水處理、造紙工業(yè)、食品加工業(yè)、石油化工、冶金工業(yè)、選礦工業(yè)、染色工業(yè)和制糖工業(yè)及各種工業(yè)的廢水處理5。用在城市污水及肉類、禽類、食品加工廢水處理過(guò)程中的污泥沉淀及污泥脫水上,通過(guò)其所含的正電荷基團(tuán)對(duì)污泥中的負(fù)電荷有機(jī)膠體電性中和作用及高分子優(yōu)異的架橋凝聚功能,促使膠體顆粒聚集成大塊絮狀物,從其懸浮液中分離出來(lái)。效果明顯,投加量少。在造紙工業(yè)中可用作紙張助留劑、助濾劑,能極大地提高成品紙質(zhì)量,節(jié)約成本,提高造紙廠的生產(chǎn)能力。2.天然高分子改性陽(yáng)離子型絮凝劑天然高分子改性陽(yáng)離子型絮凝劑具有無(wú)毒、可生物降解、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。其中

16、用于廢水處理的有改性陽(yáng)離子淀粉的衍生物、木質(zhì)素衍生物、甲殼素衍生物等。陽(yáng)離子淀粉在工業(yè)廢水處理中是優(yōu)良的高分子絮凝劑和陰離子交換劑。做絮凝劑時(shí)可以吸附帶負(fù)電荷的有機(jī)或無(wú)機(jī)懸浮物質(zhì);做陰離子交換劑時(shí)可以有效地除去廢水中的鉻酸鹽、重鉻酸鹽、亞鐵氰化物、高錳酸鹽等,其交換容量與陽(yáng)離子化的取代度有關(guān),當(dāng)交換失活后可再生重復(fù)使用。對(duì)甲殼素的改性研究在許多國(guó)家也取得很大進(jìn)展,對(duì)甲殼素進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆肿痈脑?脫除其乙?；?得到殼聚糖,它是一種很好的陽(yáng)離子絮凝劑。2.2 兩性有機(jī)高分子絮凝劑兩性高分子絮凝劑在同一高分子鏈節(jié)上兼具陰離子、陽(yáng)離子2 種基團(tuán)。在不同介質(zhì)條件下,其所帶離子類型可能不同,適于處理帶不同電荷

17、的污染物6。它的另一優(yōu)點(diǎn)是適用范圍廣,酸性介質(zhì)、堿性介質(zhì)中均可應(yīng)用。對(duì)廢水中由陰離子表面活性劑所穩(wěn)定的分散液、乳濁液、各類污泥、各種膠態(tài)分散液,均有較好的絮凝及污泥脫水功效。該產(chǎn)品還可作為堵水調(diào)剖劑7。在油田堵水調(diào)剖作業(yè)中顯示了優(yōu)良的性能,是近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的堵水調(diào)剖劑。2.3 改性類兩性水處理劑改性類兩性高分子水處理劑具有原料來(lái)源豐富、無(wú)毒、可生化降解、制備工藝簡(jiǎn)單、成本較低、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),加上天然高分子本身結(jié)構(gòu)多樣、分子內(nèi)活性基團(tuán)可選擇性大,易于采用不同的改性工藝制備結(jié)構(gòu)多樣、適應(yīng)不同使用目的的兩性高分子絮凝劑8。我國(guó)動(dòng)植物資源豐富,這類兩性水處理劑將有著良好的應(yīng)用前景。2.4 陰離子型

18、高分子絮凝劑陰離子聚丙烯酰胺(簡(jiǎn)稱A - PAM) ,易溶于水,幾乎不溶于有機(jī)溶劑,在中性和堿性介質(zhì)中呈高聚合物電解質(zhì)的特征,對(duì)鹽類電解質(zhì)敏感,與高價(jià)金屬離子能交聯(lián)成不溶性的凝膠體。陰離子型PAM作為絮凝劑用于選礦、冶金、洗煤、食品行業(yè)固液分離。作為絮凝劑,在油田廣泛應(yīng)用。一般投加量為110 mg/ L ,還可與鋁鹽配合使用,效果更好。對(duì)不同的懸浮固體粒子的水懸浮液,應(yīng)采用不同型號(hào)的A - PAM ,在油田的最主要用途是作為三次采油的注水增稠劑。2.5 非離子型絮凝劑非離子型聚丙烯酰胺是通過(guò)其高分子的長(zhǎng)鏈把污水中的許多細(xì)小顆?；蛴椭槲胶罄p在一起而形成架橋。它是一種絮凝能力非常強(qiáng)的絮凝劑,它的

19、絮凝速度比陰離子型PAM 快。在油田含油污水處理時(shí),通常與鋁鹽配合使用9。使用前要通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定其最佳用量,用量過(guò)低,不起作用,用量過(guò)高,反而起反作用。這是因?yàn)槌^(guò)一定濃度,PAM 不但不起絮凝作用,反而起分散穩(wěn)定作用。加藥時(shí)應(yīng)使用較低的濃度,以保證混合均勻。非離子型PAM 作為高選擇性的絮凝劑,用于使用膨潤(rùn)土的低固相鉆井泥漿中,因?yàn)樗梢孕跄汇@下的巖屑,而使膨潤(rùn)土仍然保持分散狀態(tài)。3.結(jié)論高分子表面活性劑在水處理中有著廣泛的應(yīng)用,尤其是陽(yáng)離子高分子絮凝劑和兩性高分子絮凝劑因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)更是日益受到人們的重視,有著廣闊的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景。相信隨著不同的類型的面活性劑基礎(chǔ)下研究不斷加強(qiáng), 新

20、型高效表面活性劑、超濾膜以及液膜材料的不斷出現(xiàn)10, 膠束增強(qiáng)超濾法和液膜法的應(yīng)用范圍將越來(lái)越廣, 將成為廢水處理和環(huán)境保護(hù)中的高新技術(shù)而被工業(yè)界廣泛應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1 Mallon , Joseph J , Farinato. Cationic water2soluble polymerprecipitation in salt solution P . US : 6 013 708 ,2000 - 01 -11.2李卓美. 一種新型陽(yáng)離子聚丙烯酰胺J . 廣州化工,1995 ,23(4) :60 - 63.3楊旭,趙立志. 非離子絮凝劑的研制J. 重慶環(huán)境科學(xué),1995 ,17 (5) :17- 19.4 王雅瓊,陳秉銓,趙麗君,等. 陽(yáng)離子絮凝劑的制備及絮凝性能J . 水處理技術(shù),1994 ,20 (5) ,294 - 297.5 張祥丹.陽(yáng)離子型及兩性絮凝劑現(xiàn)狀與發(fā)展方向J . 工業(yè)水處增刊李晶晶,等:高分子表面活性劑在廢水處理中的應(yīng)用111 理,2001 ,21 (1) :2 - 4.7 楊福廷. AM - AA -