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水處理藥劑的發展

技術中心

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水處理藥劑的發展

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  1、前言
  水處理劑是工業用水、生活用水、廢水處理過程中必需的化學藥劑,通過使用這些化學藥劑,可使水達到一定的質量要求。它的主要作用是控制水垢和污泥的形成、減少泡沫、減少與水接觸的材料腐蝕、除去水中的懸浮固體和有毒物質、除臭脫色、軟化水質等。目前由于世界各國用水量急劇增加,同時各種環保法規(水凈化法)相繼制定,而且要求日益嚴格,所以對于各類高效的水處理藥劑增長很快。在我國,與日益嚴峻的水資源危機矛盾的是水處理藥劑的生產能力很低,質量也得不到保證,所以加快我國水處理藥劑這一環保材料產業的發展迫在眉睫。
  水處理藥劑包括絮凝劑、緩蝕劑、阻垢劑、殺生劑、分散劑、清洗劑、預膜劑、消泡劑、脫色劑、螯合劑、除氧劑及離子交換樹脂等。本文將對絮凝劑和殺生劑作系統地介紹。
  2、絮凝劑
  絮凝技術的關鍵是絮凝劑的選擇。絮凝劑可分為無機、有機和微生物絮凝劑。
  2.1、無機絮凝劑
  無機低分子絮凝劑有氯化鋁、硫酸鋁、硫酸鐵、氯化鐵等。其聚集速度慢,形成的絮狀物小,腐蝕性強,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所取代。
  無機高分子絮凝劑是在傳統鋁鹽、鐵鹽的基礎上發展起來的一種新型的水處理劑,價格較低廉,凈水效果好。
  聚合氯化鋁(PAC)的混凝性能好,生成的礬花大,投藥量少,效率高,沉降快,適合水質范圍較寬。主要用于飲用水和工業給水的凈化。同時還能用于去除水中所含的鐵、錳、鉻、鉛等重金屬,以及氟化物和水中含油等,故可用于處理多種工業廢水。
  聚合氯化鋁鐵(PAFC)是一種新型的無機高分子凈水劑,產品中鋁鐵二者的配比是可調的,以適應不同水質的需求,已分別在石化、鋼鐵、煤炭工業等廢水的凈化處理中得到應用。結果表明,該藥劑質優、價廉,是一種新型、高效、穩定的凈水劑,具有廣泛的應用前景。有人通過實驗比較得出PAFC的凈水效果稍好于PAC,但PAFC加藥成本比PAC少得多。
  聚合硫酸鐵具有良好的絮凝和吸附作用,廣泛應用于原水,飲用水、自來水、工業用水、工業廢水及生活污水的處理。聚合硫酸鋁(PAS)是一種使用最廣的混凝劑,主要用于飲用水和工業用水的凈化處理。
  聚硅酸鹽是在聚硅酸及傳統的鋁鹽、鐵鹽基礎上發展起來的。高度聚合的硅酸與金屬離子一起可產生良好的混凝效果。通過把金屬離子的電中和能力和聚硅酸的吸附架橋能力結合在一起,使復合產物具有較強的電中和與吸附架橋作用,達到更好的凈水效果。它們的絮凝脫穩性能遠超過聚硅酸和聚金屬離子,同聚硅酸相比,不但提高了穩定性,且增加了電中和能力;同聚金屬離子相比,則增強了粘結架橋性能。以聚合硅酸硫酸鋁(PASS)、聚硅氯化鋁(PASC)和硅鐵復合無機高分子絮凝劑為代表的復合無機高分子絮凝劑,成功應用在給水、工業廢水以及城市污水的各種流程中,現已成為主流絮凝劑。
  但是,無機高分子絮凝劑的相對分子質量和粒度以及絮凝架橋能力仍比有機絮凝劑差很多,且存在對進一步水解反應的不穩定性問題。
  2.2有機高分子絮凝劑
  與無機絮凝劑相比,合成有機高分子絮凝劑用量少,絮凝速度快,受共存鹽類、介質pH及環境溫度影響小,生成污泥量也少;而且有機高分子絮凝劑分子可帶—COO、—NH—、SO3、—OH等親電基團,可具鏈狀、環狀等多種結構,利于污染物進入絮體,脫色性好。一般有機絮凝劑的色度去除較無機絮凝劑高20%左右.目前應用較為廣泛的是聚丙烯酰胺類。它能適應多種絮凝對象,用量少,效率高,生成的泥渣少,后處理容易。常與其它無機絮凝劑復配,如與氯化鋁的復配使用。
  但合成高分子絮凝劑其單體或水解、降解產物常常有毒,如聚丙烯酰胺(PAM)的單體,有神經毒性和致畸、致癌、致突變的“三致”效應。
  2.3微生物絮凝劑
  微生物絮凝劑是利用生物技術,從微生物或其分泌物提取、純化而獲得的一種安全、高效、能自然降解的新型水處理劑,至今發現具有絮凝性的微生物已超過17種,包括霉菌、細菌、放線菌和酵母菌等。它分為:
  (1)直接利用微生物細胞的絮凝劑,如某些細菌、霉菌、放線菌和酵母,他們大量存在于土壤、活性污泥和沉積物中;
  (2)利用微生物細胞壁提取物的絮凝劑,如酵母細胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白質和N-乙酰葡萄糖胺等成分;
  (3)利用微生物細胞代謝產物的絮凝劑,微生物細胞分泌到細胞外的代謝產物是細胞的莢膜和粘液質,除水外,其主要成分為多糖及少量多肽、蛋白質、脂類及其復合物。其中多糖在某種程度上可用做絮凝劑。
  迄今為止,發現的絮凝效果最好的微生物絮凝劑是紅平諾卡氏菌NOC-1。可用于畜產廢水處理,膨脹污泥的沉降及紙漿廢水(黑液)顏料廢水等有色廢水的脫色,效果顯著。
  雖然,對微生物絮凝劑的研究屢有報道,但大多處于實驗室研究階段,未走向工業應用。我國這方面的起步較晚,目前的研究僅限于菌種篩選。
  成都生物研究所分離篩選初步獲得6株微生物絮凝劑產生菌,用其發酵離心上清液對造紙黑液,皮革廢水,偶氮染料廢水,硫化染料廢水,電鍍廢水,彩印制板廢水,石油化工廢水,造幣廢水及藍黑水,碳素墨水等進行的絮凝試驗表明,廢水固液分離效果良好,COD去除率55%—98%,懸浮物,色度、濁度去除率90%以上。
  上海大學環境科學系在污水處理廠的回流污泥及底泥中分離,篩選出3株絮凝劑產生菌.該菌株所產培養液可使土壤懸液濁度去除率達99%以上,使堿性染料廢水COD去除率為70%左右,色度去除為92%左右。
  目前,絮凝劑正向價廉實用、無毒高效的方向發展。有機高分子絮凝劑將逐漸取代目前被廣泛使用的無機絮凝劑,另一方面,微生物絮凝劑具有使用穩定性、安全性、高效性及低耗性。是當今最具發展前途的絮凝之一。所以,未來的發展不僅要開發新型廉價高效的微生物絮凝劑,還要研究微生物絮凝劑與其他絮凝劑的配合使用。已有試驗表明,二者配合使用,可以互補, 不僅可以提高絮凝效率,而且還可降低投加量。
  3、殺生劑
  殺生劑是在循環冷卻水系統中,用以殺死微生物(菌藻)以阻止其大量繁殖致使冷卻水系統中的金屬設備發生腐蝕及事故,影響正常運行的水處理藥劑。根據殺生機制分為氧化性殺生劑和非氧化性殺生劑。
  3.1氧化性殺生劑
  氯氣是一種強氧化性殺生劑,其殺菌力強,價格低廉,使用較簡單,是當今應用最廣泛的殺生劑之一。但不適于堿性水處理。另外,它可能與水中有機物生成致癌物三鹵甲烷,因而限制了它的應用。于是溴類、臭氧、二氧化氯相繼為人們所重視。
  溴類殺生劑主要有溴化鈉、溴化海因、活性溴、溴化丙酰胺等。溴化丙酰胺是近年來開發出的一類氧化性殺生劑,其中2,2-二溴-3-氮川丙酰胺是一種非常有效的廣譜殺生劑。隨著冷卻水pH值和溫度的升高,它的半衰期迅速變短,對環境污染小。
  臭氧具有十分優良的殺菌活性,剝離粘泥作用較強,同時還兼具緩蝕阻垢作用,用它處理循環冷卻水,其濃縮倍數可達30~50。但由于成本較高,目前還未被廣泛采用。
  二氧化氯對細胞壁有較強的吸引和穿透能力,它對冷卻水中存在的主要危害菌種如異養菌、鐵細菌、硫酸鹽還原菌等都有很好的殺滅作用。它的特點是用量少、高效、快速、藥效持續時間長。如2mg/L的二氧化氯作用30s后就能殺死近100%的微生物;在pH為8.6,活菌數達71萬個/ml的水中投加0.5mg/L的二氧化氯作用12h后,對異養菌的殺菌率保持在99%以上。另外,它能不受pH的影響,不與水中氨、有機胺類及酚類反應;不僅能殺死微生物,而且能分解殘留的細胞結構,具有殺孢子和殺病毒的作用;適用于堿性水處理,對環境沒有威脅。在我國,以前由于它的不穩定性限制了其推廣應用。近年來,一些廠家已先后批量生產穩定性二氧化氯,南京某公司還推出了化學法二氧化氯發生器,其設計獨特,操作簡便,安全可靠。用二氧化氯取代氯氣作為工業循環冷卻水的殺生劑具有很多的優越性,特別是對于合成氨廠,化工廠和煉油廠的冷卻水系統,由于系統中有機物和氨的含量高,需氯量大,pH值偏堿性,用二氧化氯取代氯氣可以取得更好的經濟、環境效益。
  3.2非氧化性殺生劑
  非氧化性殺生劑種類較多,應用較早的氯酚類因毒性大,易污染水體,漸漸被棄之不用。有機胺類使用也極少。
  二硫氰基甲烷是使用較早的有機硫化物殺生劑。對于抑制藻類、真菌和細菌,尤其是硫酸鹽還原菌十分有效。但不適宜在堿性冷卻水系統中使用。
  異噻唑啉酮是一類較新的有機硫化物殺生劑。該類殺生劑是通過斷開細菌和藻類蛋白質的鍵而起殺生作用的,濃度為0.5mg/L時,即能有效地抑制冷卻水系統中的藻類、真菌和細菌,具有廣譜高效、作用時間長(0.5mg/L的加入量,使用5周后仍有效)、低毒、pH使用范圍廣、配伍性混溶性好、不起泡沫,并能阻止粘泥生成等優點。國外已廣泛應用于冷卻水處理中。
  季銨鹽殺生劑因其成本低,毒性小,且兼具緩蝕性。故得到廣泛的應用,但使用中還存在易產生抗藥性、費用增加,起泡,加重腐蝕等問題。鑒于此,新合成的十六烷基辛基二甲基溴化銨(168)和十六烷基癸基二甲基溴化銨(1610)兩種雙烷基季銨鹽,改變了季銨鹽的表面活性和分子穩定性,它產生的泡沫少,殺生活性也得以提高。
  戊二醛具有高效廣譜的殺菌滅藻作用,對生物粘泥也有一定的剝離作用。美國聯合碳化物公司生產了系列戊二醛水處理殺生劑A515、A525、A530等,試驗證明,A515對異養菌等具有明顯的殺生作用,且藥效持續時間長,72h后殺菌率仍有90%以上;它適用于堿性水處理,與磷系藥劑具有良好的配伍性。 武漢某公司近年推出戊二醛系列用于循環冷卻水系統,效果明顯。在對冷卻水的推薦使用濃度下,戊二醛幾乎沒有毒性,它的水溶液本身會發生生物降解。隨著社會環保意識的加強,戊二醛類殺生劑將大有 發展前途。
  開發新型殺生劑,要考慮價格、毒性,使用安全性,貯存穩定性、微生物耐藥性等因素外,還應考慮殺生劑的復配間的協同效應,復配在一起,既能增強殺生能力,又能降低加藥量。
  4、水處理藥劑的發展方向
  4.1專用水處理藥劑的開發
  為了滿足不同廢水系統(如造紙廢水、印染廢水、食品加工廢水等)的需要,專用性強,針對某一類化學物質的品種的研制與開發勢在必行。
  4.2多功能水處理藥劑的開發
  多功能水處理劑是水處理藥劑研究的一個重要方面,這類新型水處理技術的出現,將開拓水處理劑的生產和應用范圍,對化學法處理工業水的發展有重大的促進作用。
  這方面的研究主要有:緩蝕-阻垢劑、絮凝-緩蝕劑、絮凝-殺菌劑、絮凝-殺菌-緩蝕劑、絮凝-緩蝕-阻垢劑等。
  4.3綠色水處理藥劑的發展
  水處理藥劑綠色化發展中,無毒、無害、易生物降解都是方向。最典型的綠色水處理藥劑是近年來國內外開發的分散阻垢劑聚天冬氨酸(PASP)。PASP是合成的一種生物高分子。有良好的生物相溶性和可生物降解性。毒理學的研究揭示出聚天冬氨酸(PASP)無毒、無敏感或無突變的效果。
  4.4高性價比的水處理藥劑的開發
  目前高性能的藥劑價格普遍偏高,可通過尋找價廉易得的原料研制出高性能產品,也可通過加強對復配技術的研究,即添加廉價輔助劑,減少藥劑的實際用量,同時保持凈水效能而達降低成本的目的。
   
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