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)約用水的深遠意義。實質上隨著工業(yè)發(fā)展和人類活動的擴大，用水量越來越大，對水資源的污染越來越嚴重，許多原來清晰透明的江河湖泊變成烏黑的臭水，失去使用價值，照此發(fā)展終將會有一天威脅人類生存，因此合理用水和積極開發(fā)水處理技術對節(jié)約資源和能源是非常重要的。水處理技術內容豐富，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，有效地防止設備腐蝕，減少熱交換器的熱損失，需要對水進行處理，常用的水處理技術有：絮凝處理、除油處理、除垢處理、抗氧處理、殺菌處理等，由于時間關系，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）絮凝過程：在水處理過程中，從向混水中加入藥劑起到水中產(chǎn)生大顆粒的凝聚體止，這樣的過程稱為絮凝過程。2）絮凝劑：用來將水溶液中的溶質、膠體或懸浮顆粒產(chǎn)生絮狀沉淀的物質稱為絮凝劑，兩種或兩種以上的物質產(chǎn)生絮狀沉淀時稱為復合絮凝劑。 2 絮凝劑的分類無機低分子絮凝劑:陽離子絮凝劑：如AlCl36H2O,Al2(SO4)318H2O,FeSO47H2O,FeCl36H2O,Fe2(SO4)3nH2O 陰離子絮凝劑：如CaO,Ca(OH)2,Na2CO3無機高分子絮凝劑： 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 有機絮凝劑：主要為有機高分子絮凝劑3 絮凝劑的作用機理 1）無機絮凝劑的作用機理： 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）有機高分子絮凝劑和無機高分子絮凝劑的作用機理： 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，因此絮凝能力較強常用無機、有機絮凝劑聯(lián)合共同處理，以獲得較好效果，同學們可想一下？ 因為無機絮凝劑作用先形成細小絮狀物，再吸附于高分子絮凝劑鏈節(jié)上通過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。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分為溶出、水解和

5、聚合三個過程，反應如下：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：先將計量的HCl加水稀釋到適當濃度，投加經(jīng)水洗去水溶物的鋁灰，反應激烈，反應614h，反應減緩后，加適量水，調整溶液密度至1.251.3g/L，經(jīng)粗濾，將濾液放入沉降槽進行熱化，鋁鹽逐漸水解聚合，PH逐漸升高，至PH大于4.0后檢測，檢測合格后產(chǎn)品抽至儲罐備用。 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、酰胺類有機高分子絮凝劑，用量2g/L，是一種陽離子高分子絮凝劑，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：聚合時通氮驅氧，過硫酸胺作引發(fā)劑，溫度70，反應2h。 胺甲基化：4070，反應1h。5 絮凝劑的發(fā)展方向及取得的進展1）無機絮凝劑有機絮凝劑單一藥劑的研制由于無機有機兩種絮凝劑復合使用效果好，常一起使用，但增加了設備，處理不便，直接制成一種無機有機高分子復合絮凝劑兼有兩種優(yōu)點，是十分有用和受歡迎的。2）

7、復合絮凝劑的研制 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，他們都具有原來任何一種單一無機高分子絮凝劑不具備的優(yōu)點如相同用量下濁點可降得更多，用量少，目前已開發(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)境中通過添加少量能阻止或減緩金屬腐蝕速度的物質保護金屬的方法。 1)緩蝕作用：首先用幾個例子說明緩蝕作用。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烈的抑制，因此苯胺是抑制HCl對鐵片腐蝕的緩蝕劑。b 在碳鋼制的水儲槽中，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，聚磷酸鈉是抑制碳鋼水線腐蝕的緩蝕劑。 2)緩蝕劑的概念：一種當它以適當?shù)臐舛群托问酱嬖谟诮橘|時可防止或減緩腐蝕的物質。 緩蝕效率：I=（V0-V）/V0100% V0未加緩蝕劑時金屬腐蝕速度 V 添加緩蝕劑時金屬腐蝕速度 3 分類按作用機理分：陽極抑制緩蝕劑：如鉻酸鹽、正磷酸鹽、亞硝酸鹽、硅酸鹽，主要表現(xiàn)為陰離子向陽極表面使金屬鈍化，已獲得廣泛應用，但注意如用量不足形成小陰極大陽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)為陽離子移向陰極表面形成化學或電化學沉淀保護

9、膜使陰極過程減慢，抑制金屬的腐蝕?；旌闲鸵种凭徫g劑：含氮、含硫、含氮又含硫等有機物，同時抑制陰陽極過程。又分為：含氮有機物如胺鹽、有機胺的亞硝酸鹽 含硫有機物如硫醇、硫醚 含氮、含硫：如硫脲等按緩蝕劑形成的保護膜分： (1)氧化膜型緩蝕劑：如鉻酸鹽、亞硝酸鹽同機理1 (2) 沉淀膜型緩蝕劑：同機理2 (3) 吸附膜型緩蝕劑：同機理3示意圖這兩種分類方法實質是相同的，但從不同角度進行考慮。 4 緩蝕劑的作用機理氧化膜型緩蝕劑的作用機理又稱為鈍化劑，以緩蝕劑本身或介質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膜： 2Fe +2Na2CrO4 +2H2O Fe2O3 +Cr2O3 +4NaOH 鈍化膜沉淀膜型緩蝕劑的作用機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，使金屬與介質隔開，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，他的保護作用是形成大的膠體陽離子：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緩蝕劑分子上的極性基團的物理吸附作用或化學吸附作用，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，同時表面形成憎水性保護膜如圖。因此吸附膜型緩蝕劑實質上是一種表面活性劑。如N、S等元素組成的有機緩蝕劑，以其未公用電子對與H+或其他離子形成配位鍵，使該元素的共價鍵數(shù)值加1價，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對系統(tǒng)無害： N2H4 +O2 N2 +2H2O 高溫（大于200度）水中，可將Fe2O3還原成Fe3O4,FeO,Fe 反應式： 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，這些性質可防止鐵垢、銅垢的生成，還可用來制備納米鐵、銅。聯(lián)氨除氧條件：T：200左右，PH：911，有適當聯(lián)氨過量，控制2050g/L。聯(lián)氨有揮發(fā)性，有毒，易燃，儲存、運輸、使用注意安全。