水处理材料与工艺

1、水处理工艺和水处理材料 水是人们生活中一天也不可缺少的必需品，可一般人不知道节约用水的深远意义。实质上随着工业发展和人类活动的扩大，用水量越来越大，对水资源的污染越来越严重，许多原来清晰透明的江河湖泊变成乌黑的臭水，失去使用价值，照此发展终将会有一天威胁人类生存，因此合理用水和积极开发水处理技术对节约资源和能源是非常重要的。水处理技术内容丰富，包括冷却水处理，锅炉水处理，海水淡化，膜分离，絮凝等。为了用好循环水，有效地防止设备腐蚀，减少热交换器的热损失，需要对水进行处理，常用的水处理技术有：絮凝处理、除油处理、除垢处理、抗氧处理、杀菌处理等，由于时间关系，这里介绍几种常用的水处理材料：絮凝剂、

2、缓蚀剂、抗氧剂。一 絮凝剂1）絮凝过程：在水处理过程中，从向混水中加入药剂起到水中产生大颗粒的凝聚体止，这样的过程称为絮凝过程。2）絮凝剂：用来将水溶液中的溶质、胶体或悬浮颗粒产生絮状沉淀的物质称为絮凝剂，两种或两种以上的物质产生絮状沉淀时称为复合絮凝剂。 2 絮凝剂的分类无机低分子絮凝剂:阳离子絮凝剂：如AlCl36H2O,Al2(SO4)318H2O,FeSO47H2O,FeCl36H2O,Fe2(SO4)3nH2O 阴离子絮凝剂：如CaO,Ca(OH)2,Na2CO3无机高分子絮凝剂： 铝盐高分子絮凝剂：聚硫酸铝Al2(OH)m(SO4)3-m/2n，聚硫氯化铝Al4(OH)6SO4Cl

3、4n 铁盐高分子絮凝剂： 聚硫酸铁Fe2 (OH)m(SO4)3-m/2n,聚氯化铁Fe2(OH)mCl6-mn 有机絮凝剂：主要为有机高分子絮凝剂3 絮凝剂的作用机理 1）无机絮凝剂的作用机理： 盐类在水中发生水解，生成带不同带正电荷的水解产物如Al2(SO4)318H2O水中电离和水解生成Al3+,Al(OH)2+,Al(OH)2+等离子，产生如下作用：a 吸附中和颗粒表面电荷，使其脱稳b 与水中胶体作用使其沉积c 形成的Al(OH)3胶体微粒与水中悬浮粒子生成较小絮体而沉淀 2）有机高分子絮凝剂和无机高分子絮凝剂的作用机理： 高分子絮凝剂在水溶液中，分子中的许多链节吸附在不同颗粒表面上起

4、架桥作用而形成粗大的絮状体，带电荷的高分子絮凝剂更易破坏混水中颗粒的稳定性，因此絮凝能力较强常用无机、有机絮凝剂联合共同处理，以获得较好效果，同学们可想一下？ 因为无机絮凝剂作用先形成细小絮状物，再吸附于高分子絮凝剂链节上通过吸附架桥作用很快形成大絮体而沉降，因此共同作用效果更佳。4 絮凝剂制备方法示例a 聚氯化铝 也称为聚碱式氯化铝，是三氯化铝的碱式盐，化学式为：Al2(OH)nCl6-nm，是一种常用絮凝剂，具有絮体形成快，沉降速度高，药剂用量少的优点。常用制备方法：铝灰酸溶法。铝灰是电解铝、铝和合金熔炼及废铝材精练回收的熔渣，主要组分：Al和Al2O3。铝灰在盐酸中的反应分为溶出、水解和

5、聚合三个过程，反应如下：Al +6HCl 2Al(H2O)6Cl3 + 3H2O Al2O3 +6HCl +9H2O 2Al(H2O)6Cl3随着铝的溶解，PH值逐渐升高，促使配位水发生水解，在相邻两个OH间发生架桥聚合形成多聚铝盐：AlAlAl2(OH)nCl6-nm多聚体工艺：先将计量的HCl加水稀释到适当浓度，投加经水洗去水溶物的铝灰，反应激烈，反应614h，反应减缓后，加适量水，调整溶液密度至1.251.3g/L，经粗滤，将滤液放入沉降槽进行热化，铝盐逐渐水解聚合，PH逐渐升高，至PH大于4.0后检测，检测合格后产品抽至储罐备用。 b N，N二甲基氨基丙烯酰胺共聚物属于用得最多的聚丙烯

6、酰胺类有机高分子絮凝剂，用量2g/L，是一种阳离子高分子絮凝剂，由聚丙烯酰胺、甲醛、二甲胺共聚制得。合成：n CH2CHCONH2引发剂CH2（CHCONH2）聚合CH2）CHCONH2n+HCHO+ (CH3)2NH( CH2CH)n1CONH2( CH2CH)n2CONH2还原胺基化条件：聚合时通氮驱氧，过硫酸胺作引发剂，温度70，反应2h。 胺甲基化：4070，反应1h。5 絮凝剂的发展方向及取得的进展1）无机絮凝剂有机絮凝剂单一药剂的研制由于无机有机两种絮凝剂复合使用效果好，常一起使用，但增加了设备，处理不便，直接制成一种无机有机高分子复合絮凝剂兼有两种优点，是十分有用和受欢迎的。2）

7、复合絮凝剂的研制 如在聚氯化铝中引入SO42-形成聚硫氯化铝，聚硫酸铁中引入PO43-形成聚磷硫酸铁，他们都具有原来任何一种单一无机高分子絮凝剂不具备的优点如相同用量下浊点可降得更多，用量少，目前已开发出不少这类絮凝剂，并且成为今后的发展方向。二、缓蚀剂在环境中通过添加少量能阻止或减缓金属腐蚀速度的物质保护金属的方法。 1)缓蚀作用：首先用几个例子说明缓蚀作用。a 在稀HCl中浸入铁片，可以观察到铁片表面有大量氢气泡析出，同时铁片漫漫溶解，如果在此体系中加入少量苯胺，则氢气析出量大大减少，而铁片的腐蚀也受到强烈的抑制，因此苯胺是抑制HCl对铁片腐蚀的缓蚀剂。b 在碳钢制的水储槽中，在水气接触面

8、上，常因水线腐蚀而产生红锈，若在水中加入少量聚磷酸钠，红锈的生成可大大减弱，此时，聚磷酸钠是抑制碳钢水线腐蚀的缓蚀剂。 2)缓蚀剂的概念：一种当它以适当的浓度和形式存在于介质时可防止或减缓腐蚀的物质。 缓蚀效率：I=（V0-V）/V0100% V0未加缓蚀剂时金属腐蚀速度 V 添加缓蚀剂时金属腐蚀速度 3 分类按作用机理分：阳极抑制缓蚀剂：如铬酸盐、正磷酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐，主要表现为阴离子向阳极表面使金属钝化，已获得广泛应用，但注意如用量不足形成小阴极大阳极的腐蚀电池加剧腐蚀。阴极抑制型缓蚀剂：如酸式碳酸钙（碳酸氢钙）、聚磷酸盐、硫酸锌等他们表现为阳离子移向阴极表面形成化学或电化学沉淀保护

9、膜使阴极过程减慢，抑制金属的腐蚀。混合型抑制缓蚀剂：含氮、含硫、含氮又含硫等有机物，同时抑制阴阳极过程。又分为：含氮有机物如胺盐、有机胺的亚硝酸盐 含硫有机物如硫醇、硫醚 含氮、含硫：如硫脲等按缓蚀剂形成的保护膜分： (1)氧化膜型缓蚀剂：如铬酸盐、亚硝酸盐同机理1 (2) 沉淀膜型缓蚀剂：同机理2 (3) 吸附膜型缓蚀剂：同机理3示意图这两种分类方法实质是相同的，但从不同角度进行考虑。 4 缓蚀剂的作用机理氧化膜型缓蚀剂的作用机理又称为钝化剂，以缓蚀剂本身或介质中的溶解氧作氧化剂，使金属表面形成钝态的氧化膜从而减缓腐蚀。如Na2CrO4在中性水溶液中，使铁氧化成Fe2O3并与自身还原产物Cr

10、O3一起形成氧化物保护膜： 2Fe +2Na2CrO4 +2H2O Fe2O3 +Cr2O3 +4NaOH 钝化膜沉淀膜型缓蚀剂的作用机理缓蚀剂能在金属表面形成腐蚀沉淀膜，沉淀膜比氧化膜厚，电阻大，使金属与介质隔开，因此可抑制腐蚀。如ZnSO4在中性含氧水中生成难溶Zn(OH)2沉淀膜： O2 +2H2O +2Zn2+ 2 Zn(OH)2 Ca(HCO3)2: Ca(HCO3)2 + O2 +H2O CaCO3 + H2O +HCO3-聚磷酸盐：常用于循环冷却水、锅炉用水的缓蚀剂，他的保护作用是形成大的胶体阳离子：Ca2+ +(Na3PO4)n (Na5CaP6O18)nn+在腐蚀电池阴极区形

11、成很厚的覆盖层，这种聚磷酸盐与锅炉硬水中钙形成络合物，防止热交换器表面形成CaCO3厚垢层。因此一般硬水、锅炉中用得最多的是聚磷酸盐缓蚀剂。吸附膜型缓蚀剂通过缓蚀剂分子上的极性基团的物理吸附作用或化学吸附作用，使缓蚀剂吸附于金属表面，一方面改善金属表面电荷状态和界面性质，同时表面形成憎水性保护膜如图。因此吸附膜型缓蚀剂实质上是一种表面活性剂。如N、S等元素组成的有机缓蚀剂，以其未公用电子对与H+或其他离子形成配位键，使该元素的共价键数值加1价，形成翁离子吸附于金属表面抑制腐蚀。 RNH2 + H+ RNH3+ RSH + H+ RSH2+N H2 + H+N H3+三 除氧剂除氧剂主要电厂、油

12、田注入水，除去水中溶解的氧，以减少腐蚀。常用除氧剂：联氨（肼）、亚硫酸钠。1）联氨：一种还原剂，可将水中的溶解氧还原，还原产物为N2，H2O对系统无害： N2H4 +O2 N2 +2H2O 高温（大于200度）水中，可将Fe2O3还原成Fe3O4,FeO,Fe 反应式： 6 Fe2O3 + N2H4 4Fe3O4 + N2 +2H2O 2Fe3O4 + N2H4 6 FeO + N2 +2H2O 2FeO + N2H4 2FeO + N2 +2H2ON2H4还能将CuO、CuSO4还原成Cu2O、Cu，这些性质可防止铁垢、铜垢的生成，还可用来制备纳米铁、铜。联氨除氧条件：T：200左右，PH：911，有适当联氨过量，控制2050g/L。联氨有挥发性，有毒，易燃，储存、运输、使用注意安全。