项目五水处理(剂)化学品

项目五水处理(剂)化学品 学习目的与要求掌握水处理(剂)化学品典型品种的合成原理和生产技术要点. 理解凝聚剂和絮凝剂、阻垢剂及阻垢分散剂、杀菌灭藻剂的作用原理、分类、用途、发展趋势。了解水处理化学品的主要类别和作用。

任务一概述 一、水处理剂的作用不仅可以提高各种用水的质量，赋予水以新的品质，保证循环水系统的正常运行，达到节水节能之目的；而且还能使废污水在排放前得到净化，减轻接受水体的污染，增加自净能力，进而促进水资源的良性循环。

二、水处理剂的定义 • 主要指为了除去水中的有害物质得到符合要求的民用和工业用水而在水处理工程中添加的化学药品。

三、水处理剂的分类 • 1、按应用目的分两大类： • 一大类以净化水质为目的，使水体相对净化，供生活和工业使用； • 另一类是因特殊的工业目的而添加到水中的化学品，通过对生产设施、管道、设备以及产品的表面化学作用而达到预期目的。

2、按产品的性能和用途分类： • 分为水处理化学品，凝聚剂和絮凝剂，除氧剂，缓蚀剂、阻垢、分散和螯合剂，杀菌灭藻剂，清洗剂以及吸附剂，离子交换树脂和膜等10大类。

3、按化学结构分 • 无机化合物 • 有机化合物 • 高分子聚合物以及它们的复合物。

水处理剂的发展概况 • 从可持续发展战略出发，根本绿色化学的概念，绿色化无疑是21世纪水处理剂发展的中心战略。 • 水处理剂产品的绿色化 • 水处理剂生产用原材料和转化试剂的绿色化 • 水处理剂生产反应方式的绿色化 • 水处理剂生产反应条件的绿色化等成为自然科学的学科前沿和重点研究开发方向

设计更安全的水处理剂 • 绿色化学的概念正在重新塑造水处理技术和水处理化学品的发展方向。 • 可生物降解，即物质可被微生物分解成简单的、环境所允许的形态，是限制化学物质在环境累积的一个重要机理。

因此，当设计对环境更友好、对人身更安全的新型水处理剂时，可生物降解性应该首要考虑。因此，当设计对环境更友好、对人身更安全的新型水处理剂时，可生物降解性应该首要考虑。 • 在这方面，突破传统思路是十分重要的，被誉为更新换代的绿色阻垢剂的聚天冬氨酸的研究开发值得借鉴。

聚天冬氨酸的阻垢性能最好，并具有非常好的生物相容性和可生物降解性。聚天冬氨酸的阻垢性能最好，并具有非常好的生物相容性和可生物降解性。 • 进行的合成试验表明，相对分子质量高的线性聚天冬氨酸具有优异的分散、缓蚀、螯合等功能，可用作阻垢剂、缓蚀剂和分散剂等。

绿色化学的概念正在重新评价现有水处理化学品的作用和性能。 • 目前正在广泛使用的磷系缓蚀阻垢剂、聚丙烯酸等聚合物和共聚物阻垢剂虽然曾经使冷却水处理技术取得了突破性进展， • 在解决人类面临的水资源枯竭问题上起着重大作用，一直是国内外研究开发的重点并被认为是无毒的。

但据近年的一些文献报道，它们或者会使水体富营养化，或者是高度非生物降解的，因而均属于环境不可接受的污染物。但据近年的一些文献报道，它们或者会使水体富营养化，或者是高度非生物降解的，因而均属于环境不可接受的污染物。 • 对水处理剂其它品种，也应进行重新评价

现有水处理产品的重新设计我们面临的严峻挑战是，必须尽快研究开发性能优异而又符合绿色化学思路的水处理剂。现有水处理产品的重新设计我们面临的严峻挑战是，必须尽快研究开发性能优异而又符合绿色化学思路的水处理剂。 • 对现有水处理剂产品进行重新设计也是一条可供选择的重要途径。

聚丙烯酸类阻垢剂具有良好阻垢作用但难以生物降解，若重新对其进行分子设计，向其分子链中插入氧原子，就可能获得既得优良阻垢作用又容易生物降解的产品。

原子经济性反应的研究开发 • 原子经济性反应是把原料分子中的原子最大限度地结合到目标分子中，不产生副产物或废物，达到废物的零排放。

以聚天冬氨酸的合成为例，以磷酸为催化剂，可以制得相对分子质量高的线性聚天冬氨酸，但存在副产物的分离和排放问题。以聚天冬氨酸的合成为例，以磷酸为催化剂，可以制得相对分子质量高的线性聚天冬氨酸，但存在副产物的分离和排放问题。 • 若不采用磷酸催化剂，通过改变反应条件，能够制得相同质量的聚天冬氨酸，但无副产物生成，实现了原子经济性合成。

采用稳定的催化剂，缩短工艺流程 • 阻垢剂对金属离子往往有很强的螯合力，在其合成过程中有可能与金属催化剂反应生成螯合物，增加分离过程和废物排放 • 若能采用不与阻垢反应的稳定催化剂，即可实现洁净生产。

例如，在聚环氧琥珀酸合成过程中，聚环氧琥珀与金属催化剂生成的螯合物非常稳定，净化分离聚环氧琥珀酸需要调节pH值和减压蒸 馏并排放蒸馏废液。 • 采用性能稳定的固体催化剂，即可免去聚环氧琥珀酸的净化分离过程和对环境的污染。

任务二凝聚剂和絮凝剂 凝聚和絮凝过程不仅可以除去水中的悬浮物和胶体粒子，降低化学需氧量，而且还可以除去水中的细菌和病毒，并兼有除磷、除臭、脱色以及减轻水体富营养化倾向等作用。

凝聚作用是指在某些电解质作用下，使胶粒之间双电层的排斥作用降低，电位下降，吸引作用加强，破坏胶体系统的分散状态，而使胶体粒子聚集的过程凝聚作用是指在某些电解质作用下，使胶粒之间双电层的排斥作用降低，电位下降，吸引作用加强，破坏胶体系统的分散状态，而使胶体粒子聚集的过程 • 絮凝作用是利用带有多种官能团的高分子线状化合物能在分子上吸附多个微粒的能力，通过架桥作用将许多微粒聚集在一起，形成粗大的松散絮团的过程。

一、凝聚剂及其生产技术 • 定义：主要使胶体粒子表面改性(静电中和）或由于压缩双电层而产生脱稳作用的化学品称为凝聚剂。

分类： • 无机化合物：主要是水溶性的两价和三价的金属盐，如铝、铁和钙盐等 • 有机化合物：主要是低分子量的阳离子聚合物，如聚胺等。

无机凝聚剂的发展趋势： （1）聚合铝（铁）的主要形态向高电荷多核络合物方向发展；（2）在聚合物体系中引入较高价态的负离子；（3）集各种无机聚合物之优点，开发聚合铝铁如氯化铝铁、聚合硫酸铝铁，以及聚铝硅酸盐和聚铁硅酸盐等热点产品。

（一）硫酸铝 它有凝聚水中胶体杂质的作用，主要是因为溶于水中后，水解生成的碱式盐和氢氧化铝具有捕集水中杂质粒子的能力。其化学式为 Al2（SO4）3·18H2O

硫酸铝的水解产物氢氧化铝具有凝聚作用，能捕集水中的胶态杂质而形成絮状沉淀而使水澄清硫酸铝的水解产物氢氧化铝具有凝聚作用，能捕集水中的胶态杂质而形成絮状沉淀而使水澄清 • 为使水中悬浮物得到近乎完全的凝聚沉淀，水的PH值必须保持在5.7~7.8。因为氢氧化铝在PH值6~7时在水中的溶解度最小。

硫酸铝工业生产方法主要是硫酸分解铝土矿和硫酸分解氢氧化铝法。国内生产硫酸铝以硫酸分解铝土矿法为主，该法分为常压反应和加压反应两种工艺。硫酸铝工业生产方法主要是硫酸分解铝土矿和硫酸分解氢氧化铝法。国内生产硫酸铝以硫酸分解铝土矿法为主，该法分为常压反应和加压反应两种工艺。

现将硫酸加压分解铝土矿生产硫酸铝的技术介绍如下：现将硫酸加压分解铝土矿生产硫酸铝的技术介绍如下： • 1、原料 • 主要原料铝土矿一般含三水铝石、一水铝石、一水软铝石及高岭土（含水硅酸铝）。

2、反应原理 主要反应：其它反应： 3、生产流程

4、操作步骤和主要控制技术指标 原料进入加压反应器，得到硫酸铝粗液，然后进入沉降槽，用压缩空气进行搅拌、洗涤、并加入凝聚剂加速残渣沉降，沉降槽上部清夜放入中和池，加入硫酸中和至中性或微碱性，然后送入单效蒸发器，用蒸汽间歇加热，浓缩温度为115度左右，经过冷却凝固，用粉碎机破碎后，计量、包装即为成品。

5、操作注意事项 • 硫酸铝的溶出过程中，避免水解反应生成碱式硫酸铝； • 硫酸浓度在溶出过程中不应超过60%，否则反应发生固结; • 配料比（硫酸/氧化铝）的比例要准确

聚合氯化铝 一、化学分子式： [Al2(OH)nCl6-n·xH2O]m 分子式中的n可取1-5间的任何整数，m为≤10的整数。

二、理化性能： • 该产品是一种无机高分子混凝剂。主要通过压缩双层，吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用，使水中细微悬浮粒子和胶体粒子脱稳，聚集、絮凝、混凝、沉淀，达到净化处理效果。

三、主要特点： • 该产品与其它混凝剂相比，具有下列优点： • 1、应用范围广，适应水性广泛。 • 2、易快速形成大的矾花，沉淀性好。 • 3、适宜的PH值范围较宽（5-9间），且处理后的水的PH值和碱度下降小。

4、水温低时，仍可保持稳定的沉淀效果。 • 5、碱化度比其它铝盐、铁盐高，对设备侵蚀作用小。 • 工业生产主要是铝屑盐酸和沸腾热解两种工艺，下面介绍酸溶法生产聚合氯化铝的技术

1、原料 废铝屑、炼铝熔渣和浮皮、工业盐酸。 2、反应原理 3、生产流程

4、操作步骤和主要控制技术指标 • 将计算好的原料加入反应釜中，搅拌均匀，反应开始，有氢气和氯化氢气体排出，用水吸收氯化氢气体直至无气体溢出。 • 反应中应补加水分，并不断搅拌，以免铝屑在釜底结块。控制反应温度为95℃，整个反应约经6~14h后，PH值达适当数值，加入洗水，稀释反应物到密度为1.25~1.30g/cm3，PH值至4~4.5，保温自然反应，聚合熟化16~18h。 • 将反应溶液抽入沉降器，此时加入硫化钠溶液，搅拌均匀，沉降，以便除去金属杂质，沉降的残渣用水洗两次。

5、操作注意事项 • 原料投加量应按计算量加入 • 控制PH值

聚合硫酸铁 • 同铝盐净水剂相比，具有如下特点： • 絮凝与沉降速度快 • 适应性强，对各种水质条件都有良好结果 • 具有脱色、除重金属离子、除放射性元素、除菌、降低化学需氧量和生化需氧量的功能 • 基本不改变原水的PH值 • 用量少

作用原理 • 聚合硫酸铁是无机高分子水处理剂，聚合硫酸铁水解后可以产生多种高价和多核络合离子，对水中悬浮的胶体颗粒进行电性中和，降低电位，促使离子相互凝聚，并产生吸附、架桥交联等作用，促使悬浮粒子发生凝聚并沉淀，从而对水净化

二、絮凝剂及其生产 将主要使脱稳后的胶粒通过粒间搭桥和卷扫作用黏结在一起的化学品称为絮凝剂。絮凝剂主要是天然和人工合成的水溶液高分子聚合物。

有机高分子絮凝剂具有絮凝速度快、用量少，受共存盐、pH和温度影响小，生成污泥量少并易于处置等优点，目前的发展趋势：有机高分子絮凝剂具有絮凝速度快、用量少，受共存盐、pH和温度影响小，生成污泥量少并易于处置等优点，目前的发展趋势：（1）向超高分子量絮凝剂方向发展（2）重点开发均聚物和共聚物阳离子聚电解质（3）进一步控制水处理用聚合物剩余单体的含量

阴离子聚合物 离子型（亦称聚电解质）阳离子聚合物两性聚合物合成高分子絮凝剂非离子型天然高分子絮凝剂一般来源于淀粉类、半乳甘露糖类、纤维衍生物类、微生物类和动物骨胶类的自然产物

近年来,利用生物技术、通过微生物发酵、抽提、精致而得到的一种新型生物絮凝剂，近年来,利用生物技术、通过微生物发酵、抽提、精致而得到的一种新型生物絮凝剂， • 具有无毒、高效和可生物降解等特点，是很有发展前途的绿色水处理剂。

（一）壳聚糖 是天然的阳离子聚电解质，主要用作絮凝剂、污泥脱水助剂和净水剂。壳聚糖主要来源于甲壳类动物的外骨骼，这些动物的甲壳主要由甲壳聚糖和碳酸钙组成。甲壳物质也称甲壳素，是生产壳聚糖的原料。

由原料甲壳素经过脱乙酰化反应，可以制得壳聚糖。壳聚糖的生产过程和主要工艺条件如下：由原料甲壳素经过脱乙酰化反应，可以制得壳聚糖。壳聚糖的生产过程和主要工艺条件如下： • 1、提取甲壳素 • 原料（虾皮和蟹壳等）与盐酸反应4-5小时过滤继续与盐酸反应12-24小时过滤水洗至中性用氢氧化钠处理3-4小时并反复数次过滤用乙醇洗至中性干燥得粗品甲壳糖。

2、甲壳糖的脱乙酰化反应 3、操作注意事项甲壳素的脱乙酰化反应速度和脱乙酰化程度与氢氧化钠的浓度有直接关系，一般浓度需要达到40%以上。

（二）聚丙烯酰胺（PAM） • 是一种线形的水溶性聚合物，由丙烯酰胺聚合而得，在其分子的主链上带有大量侧基—功能性基团酰氨基，酰氨基的独特之处在于它能与多种可形成氢键的化合物形成很强的氢键，从而使得具有絮凝性、增稠性、表面活性等多种性能。

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