第十四章 绿色水处理技术

第十四章绿色水处理技术一、绿色水处理技术的含义1、绿色水处理技术的意义与范围循环水处理技术的诞生蕴含着重要的“绿色”思维。狭义的绿色水处理技术包括水处理药剂作为目标产物的绿色化和水处理药剂生产工艺的绿色化；广义的绿色水处理技术也体现在其他非循环水处理过程中。2、绿色水处理剂的概念与发展(1)水处理剂的种类水处理剂是工业用水、生活用水、废水处理过程中所需使用的化学药剂。第十四章绿色水处理技术一、绿色水处理技术的含义2、绿色水处理剂的概念与发展(1)水处理剂的种类各种水处理剂的主要作用：控制水垢、污泥的形成，降低与水接触材料的腐蚀，除去水中悬浮固体和有毒物质，除臭、杀菌抑菌、脱色、软化和稳定水质等。不同的水处理剂具有不同的功能，根据其功能可分为缓蚀剂、阻垢剂、清洗剂、杀菌灭藻剂等。缓蚀剂是为了减缓金属设备腐蚀、延长金属设备使用寿命，必须加入的一类用量较大的水处理剂。第十四章绿色水处理技术一、绿色水处理技术的含义2、绿色水处理剂的概念与发展(1)水处理剂的种类•根据缓蚀剂的化学组成，可讲缓蚀剂分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂两大类。阻垢剂是能控制产生各类无机盐水垢和其它污垢的物质，可以分为有机膦酸盐、聚合物和共聚物三大类。杀菌剂是为了防止在使用中带入微生物，对设备造成危害，用于杀灭和抑制微生物生长的水处理剂。•杀菌剂根据杀菌机理不同，可以分为氧化型杀菌剂和非氧化型杀菌剂。第十四章绿色水处理技术一、绿色水处理技术的含义2、绿色水处理剂的概念与发展(1)水处理剂的种类所谓绿色水处理剂，是指其制造过程是清洁的，在使用这些药剂时对人体健康和环境没有毒性，并可以生物降解为对环境无害的水处理剂。(2)水处理剂的绿色化发展无机铬酸盐、亚硝酸盐等缓蚀剂聚羧酸阻垢剂第十四章绿色水处理技术二、绿色水处理剂的开发1、绿色缓蚀阻垢剂(1)金属系绿色缓蚀阻垢剂四五十年代：缓蚀剂为铬酸盐、亚硝酸盐，后来逐渐被低毒性的钼酸盐和钨酸盐替代；80年代以来，钼(Mo)系复合配方被应用；目前，我国开发了钨酸盐复合配方，并被应用。(2)非金属系绿色缓蚀阻垢剂60年代，环境的要求促使水配方完成了从铬系到磷系的转变，以聚磷酸盐为主要缓蚀剂的磷系配方占主导地位；第十四章绿色水处理技术二、绿色水处理剂的开发1、绿色缓蚀阻垢剂(2)非金属系绿色缓蚀阻垢剂60年代，环境的要求促使水配方完成了从铬系到磷系的转变，以聚磷酸盐为主要缓蚀剂的磷系配方占主导地位；由于造成水体富营养化，形成赤潮，聚磷酸盐逐步被磷含量低的有机多元磷酸酯和有机多元膦羧酸取代。80年代，随着环境法规的日趋严格，磷的使用被严格限制，低磷及无磷绿色水处理剂的开发和应用日益称为焦点，如2-膦酸基-1,2,4-三羧酸、2-羟基磷基乙酸和烷基环氧羧酸盐(AEC)等。第十四章绿色水处理技术二、绿色水处理剂的开发1、绿色缓蚀阻垢剂(2)非金属系绿色缓蚀阻垢剂90年代以来，国内外各种具有生物降解性能的无磷绿色阻垢缓蚀剂的开发层出不穷，典型的有聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸(PESA)等。PESA是一种无磷、非氮且生物降解性能良好的绿色阻垢缓蚀剂，被国家经贸委2001年第5号公告列入《当前国家鼓励发展的节水设备(产品)目录》第一批。第十四章绿色水处理技术二、绿色水处理剂的开发2、绿色杀菌剂(1)杀菌剂的重要意义与绿色化要求优良的杀菌剂在性能上应对菌藻的杀灭具有广谱性，能对黏泥有较好的剥离性，投加药量少，与其它水处理剂有很好的相容性，有较宽的pH值使用范围；另外，还要求低毒性，对环境友好，即其残留物、氧化产物、氧化副产物有较高的LD50值，残留物在环境中易分解。第十四章绿色水处理技术二、绿色水处理剂的开发(2)常见杀菌剂的种类氧化型杀菌剂：氯气(Cl2)、次氯酸盐、氯化异氰尿酸及其盐、二氧化氯(ClO2)、溴系杀菌剂、臭氧(O3)、过氧化氢(H2O2)、过氧乙酸(CH3COOOH)等。氯气(Cl2)是一类最早使用的杀菌剂，它与水作用生成具有杀菌作用的次氯酸(HClO)和次氯酸根(ClO-)。ClO-是HClO杀菌能力的1%~2%。第十四章绿色水处理技术二、绿色水处理剂的开发(2)常见杀菌剂的种类次氯酸钠(NaClO)、次氯酸钙[Ca(ClO)2]、三氯异氰尿酸(TCCA)和二氯异氰尿酸盐(DCCNa)等为固体氧化型杀菌剂，溶解于水中产生次氯酸而起到杀菌作用。氯化异氰尿酸及其盐(TCCA、DCCNa)是新型的强氧化型杀菌剂，商品名为优氯净、强氯精，其杀菌效果为氯的100倍，水解产物异氰尿酸基本无毒(小鼠经口LD50值为7700mg/kg)，对皮肤和眼睛无刺激性。第十四章绿色水处理技术二、绿色水处理剂的开发(2)常见杀菌剂的种类二氧化氯是一种环保型绿色杀菌剂，它在水中释放出初生态(用[O]表示)而起杀菌作用。LD50为8600mg/kg。目前，二氧化氯是世界卫生组织(WHO)确认的A1级消毒剂，经美国农业部和美国环保局确认的食品消毒剂，美国食品与药物管理局(FDA)批准的食品添加剂，日本、澳大利亚及西欧各国确定为替代氯系消毒剂的第四代安全消毒剂和食品添加剂。第十四章绿色水处理技术二、绿色水处理剂的开发(2)常见杀菌剂的种类溴素、次溴酸及其盐具有低毒(溴的无毒剂量比氯高10~40倍)、低残留(溴与水中的有机物反应生成的三溴甲烷能迅速分解，其危害远低于三氯甲烷)、杀菌活性高、对生物黏泥的剥离效果好、水的pH值对其杀生活性影响不大等优点，因而有取代氯系杀菌剂的趋势。溴代海因及其衍生物的有效卤素含量高，稳定性好，在水中的溶解度小于氯化异氰尿酸盐，将其制成固态片剂，投放到水中，可缓慢地释放出次卤酸和出生态氧，灭杀水中的各种细菌和藻类，而且它的气味和刺激性都小于强氯精，能与很多水处理剂相配伍，所以近年来，发展很快，已取代或部分取代氯化异氰尿酸类产品。第十四章绿色水处理技术二、绿色水处理剂的开发(2)常见杀菌剂的种类臭氧作为一种强氧化性气体，主要通过释放出生态氧起广谱杀菌作用，被称为“理想的绿色强氧化剂”。过氧化氢主要是依赖分解放出原子态氧，能破坏微生物的细胞膜及原生质使之死亡，是环境最可接受的杀菌剂。过氧乙酸的杀菌作用是通过氧化微生物细胞中的蛋白质、类脂类等细胞组成中巯基(—SH)、二硫键(—S—S—)和双键结构而破坏细胞膜的化学渗透与运输机能而进行的。第十四章绿色水处理技术二、绿色水处理剂的开发(2)常见杀菌剂的种类非氧化型有机杀菌剂：较好的杀菌活性，而且持续时间长，对系统无腐蚀性，但容易产生抗药性，有些非氧化型有机杀菌剂的残留物与分解产物对环境有污染作用。季铵盐：氯化十二烷基二甲基苄基铵、溴化十二烷基二甲基苄基铵(新洁尔灭)等，具有光谱杀菌性。异噻唑啉酮：曾获“美国总统绿色化学挑战奖”的异噻唑啉酮杀菌剂，是2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮混合物，具有广谱杀菌作用，且对环境友好。第十四章绿色水处理技术二、绿色水处理剂的开发(2)常见杀菌剂的种类戊二醛：一类广谱类杀菌剂，对硫酸盐还原菌有特效。二溴次氮基丙酰胺(DBNPA)：一种新型高效的杀菌灭菌剂和水处理剂。高铁酸盐(K2FeO4)：一种集氧化、吸附、絮凝于一体的非氯新型高效多功能水处理剂，具有极强的氧化性。一种真正意义上的绿色无机试剂。非氧化型高分子杀菌剂3、绿色水处理剂的发展方向第十四章绿色水处理技术三、水处理剂生产工艺的绿色化1、聚天冬氨酸的绿色化生产聚天冬氨酸天然存在于软体动物和蜗牛类的壳中，是由天冬氨酸(Asparticacid，简称ASP)单体的氨基和羧基缩水而成的聚合物，具有类似蛋白质酰胺键的结构，可完全生物降解成环境无害的终产物，是一类对环境友好的绿色聚合物。研究证明，水溶性聚天冬氨酸具有阻垢、缓蚀、分散、螯合、保湿等多种功能，是良好的缓蚀剂、阻垢剂。第十四章绿色水处理技术三、水处理剂生产工艺的绿色化1、聚天冬氨酸的绿色化生产绿色生产工艺如下：OHOHOOOOH2NNnONaONaOOOH2NHNnCOONaOHOHH2NOO聚琥珀酰亚胺聚天冬氨酸催化剂aOHH2OH2O该方法获得1996年首届“总统绿色化学挑战奖”，反应生成水和产物，没有废气、废液和废渣生成。第十四章绿色水处理技术三、水处理剂生产工艺的绿色化2、四羟甲基硫酸膦的绿色化生产3、水解聚马来酸酐的绿色化生产4、聚环氧琥珀酸的绿色化生产5、两性聚丙烯酰胺的绿色化生产四、其它绿色水处理技术1、实现零排污2、绿色膜分离技术3、绿色中和技术4、绿色絮凝技术5、高级氧化技术：湿式催化氧化技术、超临界水氧化技术、光催化氧化技术思考题一、判断题1、循环水处理技术的诞生，本身就蕴含着重要的“绿色”思维。2、所谓绿色水处理剂，是指其制造过程是清洁的，使用这些药剂时对人体健康和环境没有毒性，并可以生物降解为对环境无害的水处理剂。3、聚羧酸阻垢分散剂，具有良好的阻垢作用，污染小而被广泛应用，是理想的绿色水处理剂。4、磷系配方的各种无机磷和有机磷水处理剂，它们的缓蚀效果很好，是理想的绿色水处理剂。5、二氧化氯是FDA等国外政府机构批准的食品添加剂和安全消毒剂。6、反渗透膜是苦咸水淡化最经济的方法。思考题二、选择题1、下列属于绿色阻垢缓蚀剂的是（）。A、铬酸盐B、亚硝酸盐C、钼酸盐D、钨酸盐E、烷基环氧羧酸盐F、聚天冬氨酸G、聚环氧琥珀酸2、下列属于绿色杀菌剂的是（）。A、高铁酸钾B、二氧化氯C、臭氧D、过氧化氢3、下列属于绿色水处理技术的是（）。A、零排污水处理技术B、反渗透膜淡化海水技术C、生物絮凝剂技术D、湿式催化氧化技术E、超临界水催化氧化技术F、绿色中和技术G、光化学催化氧化技术H、符合国家排放标准的低磷水处理剂复配技术思考题二、写出下列化学物质的名称，并写出与其性质、用途等相关的一句话。1.Mo2.W3.CH3COOOH4.OHCCH2CH2CH2CHO5.KOH6.Mg(OH)27.TiO2四、问答题1、水处理技术有何意义？为什么要发展绿色水处理技术？2、查阅文献资料，就纯水的制备方法(至少5种)撰写一篇小论文。3、查阅文献资料，了解我国21世纪以来新开发的杀菌剂，撰写篇小论文。