水处理药剂及应用

水处理药剂及应用授课教师：孔祥华水处理药剂及应用第一章：绪论第二章：水处理剂概论第三章：水处理基础第四章：常用水处理剂第五章：行业水处理及药剂第一章:绪论我国水资源概况水处理剂概况水处理剂的生产及应用掌握水处理剂的概念及其应用现状学习要点学习要求1.我国水资源概况中国水资源总量为2.8万亿立方米。其中地表水2.7万亿立方米，地下水0.83万亿立方米，按照国际公认的标准，人均水资源低于3000立方米为轻度缺水；人均水资源低于2000立方米为中度缺水；人均水资源低于1000立方米为严重缺水；人均水资源低于500立方米为极度缺水。中国目前有16个省(区、市)人均水资源量(不包括过境水)低于严重缺水线，有6个省、区(宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏)人均水资源量低于500立方米。水资源1.1缺水状况据水利部统计，全国669座城市中有400座供水不足，110座严重缺水；在32个百万人口以上的特大城市中，有30个长期受缺水困扰。在46个重点城市中，45.6%水质较差，14个沿海开放城市中有9个严重缺水。北京、天津、青岛、大连等城市缺水最为严重.农田受旱面积年均达3亿亩左右，平均每年因旱减产粮食280多亿公斤。甘肃省鸣沙山月牙泉1.2污染状况中国水污染形势依然十分严峻。2003年全国废污水排放总量达680亿吨，比1980年增加了2倍多。中国每年约有三分之一的工业废水和三分之二的生活污水未经处理直接排入水中。2003年全国七大江河水系的409个重点监测断面中，仅有38.1%可作集中式饮用水源。对全国52个主要湖泊评价的成果显示，5个受到污染，26个严重污染。珠江三角洲、长江三角洲等水资源相对丰富的地区，也出现了因水体污染而导致的水质型缺水。2。水处理剂概况2。水处理剂概况1.水处理剂的定义：是工业用水、生活用水、废水处理过程中所必须使用的化学药剂。2.水处理剂分类：分为凝聚剂、絮凝剂、阻垢剂、缓蚀剂、分散剂、杀菌剂、清洗剂、预膜剂、消泡剂、脱色剂、螯合剂、除氧剂和离子交换剂。3.水处理剂的作用：控制水垢，污泥的形成，减少泡沫，减少与水接触材料的腐蚀，除去水中悬浮固体和有毒物质，除臭，脱色，软化和稳定水质。3。水处理剂的生产及应用水处理剂的品种阻垢剂缓蚀剂杀菌灭藻剂无机凝聚剂有机絮凝剂美国水处理剂的市场状况中国水处理药剂的生产特点：生产厂家是集体经济；经营规模小；生产品种单一；产能较小。中国水处理剂与国外的差距产量：与先进国家相比，中国水处理剂的产量很低。品种：我国在循环冷却水处理剂的生产上缩短了与国外的差距，但在杀菌剂和有机高分子絮凝剂的生产上仍存在品种单一，产量少等特点，远落后于国外。质量：我国的有机高分子絮凝剂不但品种少，在质量、毒性和速溶性等方面于国外差距很大。应用与技术服务：应用面不广。第二章：水处理剂概述给水处理剂废水处理化学药剂水处理药剂制备及其特点絮凝剂应用国内外水处理药剂发展动向水处理剂性能评定方法掌握各种水处理的名称、特点，水处理剂的评价方法。学习要点学习要求2.1给水处理剂缓蚀剂预膜处理剂钝化处理剂清洗剂杀生剂复合水处理药剂阻垢剂给水处理剂2.1.1阻垢剂及分散剂定义：想给水中投加某些化学药剂阻止水垢的形成、沉淀或增加碳酸钙的溶解度，使其在水中呈分散状态不易沉积，这些药剂统称为阻垢剂或分散剂。作用机理：1.螯和性2.分散性3.晶格歪曲作用阻垢缓蚀剂1.聚磷酸盐2.有机磷酸•ATMP(氨基三亚甲基瞵酸）•EDTMP（乙二胺四亚甲基膦酸）•HEDP（羟基亚乙基二膦酸）•DTPMP（二亚乙基三胺五亚甲基膦酸）3.膦基聚羧酸4.有机膦酸酯聚膦酸盐作用机理：聚膦酸盐在水中形成的长链状阴离子被吸附在碳酸钙晶体颗粒上，并与Ca2+离子发生置换，由于这种反应发生在钙离子表层，因而阻止了碳酸钙的析出。应用：若长期使用聚磷酸盐，就必须采取灭藻杀菌的有效措施，否则微生物会大量繁殖，产生软垢。因此，使用复合磷酸盐阻垢剂比单独使用聚膦酸盐有更多的优势。有机膦酸优点：化学稳定性好，不易水解，耐高温，阻垢性能比磷酸盐好。有机膦酸属于无毒或极低毒的药剂，无环境污染问题。与多种药剂有良好的协同效应，协同使用的效果比任何一种药剂单独使用的效果都好。ATMP是有机膦酸中最常用的水处理剂之一。阻垢分散剂天然高分子化合物水溶性聚合物葡萄糖酸钠木质素单宁淀粉和纤维素聚丙烯酸聚甲基丙烯酸丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物丙烯酸与丙烯酸酯共聚物水解聚马来酸酐马来酸酐-丙烯酸共聚物苯乙烯磺酸-马来酸酐共聚物马来酸酐-丙烯酰胺共聚物膦磺酸共聚物阻垢分散剂定义：把对水种固体微粒具有良好分散性能的水溶性聚合物等称为阻垢分散剂。作用机理：通过防止生成晶核或临界晶核、阻止或干扰晶体生长、分散晶体微粒等方式，实现阻止无机盐的生成以降低其对传热的影响。天然高分子化合物葡萄糖酸钠淀粉单宁木质素2.1.2缓蚀剂1.缓蚀剂的定义：添加到水溶液介质中能抑制或降低金属和合金属腐蚀速度，改变金属相合金腐蚀电极过程的一类添加剂为缓蚀剂或腐蚀抑制剂。2.缓蚀剂的分类：按缓蚀剂的作用机理：阳极缓蚀剂，阴极缓蚀剂及双极缓蚀剂。按缓蚀剂成膜特性：分为钝化膜型、沉淀膜型和有机系吸附膜型。按缓蚀剂的种类：无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。缓蚀剂的缓蚀机理按保护膜的类型可分为两种理论：（1）成膜理论：缓蚀剂与金属作用生成氧化膜，或缓蚀剂与介质中的离子反应生成沉淀膜，从而使金属的腐蚀速度减慢。（2）吸附理论：缓蚀剂在金属表面具有吸附作用，生成了一种吸附在金属表面的吸附膜，从而使金属的腐蚀速度减慢。缓蚀剂的缓蚀机理氧化膜型缓蚀剂：以缓蚀剂本身做氧化剂或以介质中的溶解氧作氧化剂，使金属表面形成钝态的氧化膜来减缓金属的腐蚀速度，故氧化膜型缓蚀剂也称为钝化膜缓蚀剂。沉淀膜型缓蚀剂：在金属表面形成沉淀膜，可由缓蚀剂与水中某些离子相互作用形成，也可由缓蚀剂与腐蚀介质中存在的金属离子反应形成一层难溶的沉淀物或络合物。吸附膜型缓蚀剂：在分子结构中具有可吸附在金属表面的亲水基团和遮蔽金属表面的疏水基团。亲水基团定向吸附在金属表面，而疏水基团则阻碍水及溶解氧向金属表面扩散，从而起到缓蚀的作用。常用的缓蚀剂(1)铬酸盐：是循环冷却水系统中最为有效的一种缓蚀剂，最常用的是铬酸钠。铬酸盐的强氧化性可使钢铁表面生成以γ-Fe2O3为主的钝化膜，膜的外层主要是高价铁氧化物，内层是高价铁和低价铁的氧化物，而铬酸盐本身被还原成Cr2O3.常用的缓蚀剂（2）锌盐：阴极性缓蚀剂，能对金属迅速起到保护作用，可使金属表面腐蚀微电池中阴极区附近溶液中的局部pH值升高，生成氢氧化锌沉淀物，抑制了腐蚀过程的阴极反应而起到缓蚀作用。锌盐对水生生物有毒，排放水的含锌量受到严格限制。常用的缓蚀剂（3）聚磷酸盐：是目前应用广泛，且经济实惠的冷却水缓蚀剂之一，最常用的是六偏磷酸钠和三聚磷酸钠。聚磷酸盐在冷却水中既含有溶解氧又含有钙离子的情况下才能有效的保护谭刚。如果与铬酸盐、锌盐、钼酸盐等联合使用，可提高聚磷酸盐的缓蚀效果。常用的缓蚀剂（4）有机硅缓蚀剂：是缓蚀剂发展的一个新领域，它具有缓蚀、阻垢及净化等性能，并且能稳定硅酸盐。（5）膦酰基羧酸（POCA）：是将膦酸盐和聚合物有机结合在一起。POCA对碳酸钙、磷酸钙垢的抑制、颗粒分散以及对铁金属的缓蚀均具有良好的效果。且不与氯作用，对钙有较高的容忍度。复合缓蚀剂定义：以一种缓蚀剂为主，添加另一种或几种其他缓蚀剂、水质稳定剂配制而成，这样可提高缓蚀、防腐效果，降低成本。碱性冷却水使用的缓蚀剂碱性冷却水PH值一般在8.0-9.5之间，为弱碱性。这样水质可能使缓蚀剂失效，所以必须选择碱性冷却水缓蚀剂。它除了具有缓蚀作用外，还应具有阻垢的性能，性质稳定，不影响其他缓蚀剂的使用效果。2.1.3复合水处理药剂优点：（1）复合剂中的缓蚀剂与缓蚀剂之间、缓蚀剂与阻垢剂之间往往存在协同作用或增效作用。（2）可以同时控制多种金属材质的腐蚀。（3）可以同时控制腐蚀、水垢、污垢的形成。（4）可以简化加药的操作。典型的复合水处理剂（1）铬-锌系优点：加快成膜，保持膜的耐久性。能在较高的温度下使用。缺点：对碳酸钙和硫酸钙等水垢没有低浓度阻垢作用，必须对清洗干净的金属设备才能发挥其缓蚀作用，本身没有清洗作用。在PH大于7.5以上，药剂中的锌离子将沉淀失效。典型的复合水处理剂（2）锌-膦系优点：该种系列配合可以提高膦酸盐对碳钢及铜、铜合金的缓蚀作用。对冷却水中的电解质浓度和水温的变化不敏感，能适应的水质条件范围很宽。缺点：单独加入膦酸盐能与铜离子络合生成稳定的可溶性螯合物，对铜合金有腐蚀性。典型的复合水处理剂（3）铬-锌-膦系优点：抑制碳酸钙和硫酸钙的形成，提高锌盐的稳定性，使冷却水运行的PH值范围扩展到9.0，膦酸盐还具有清洁作用，可使金属设备表面保持清洁。还可减少微生物产生的黏泥，减轻微生物引起的金属腐蚀。典型的复合水处理剂（4）聚膦-锌系（5）锌盐-膦羧酸-分散剂优点：能极大的降低金属的腐蚀速度，冷却水的PH值达到9.5以上时，仍能使水中的锌离子保持较高的浓度。其处理效果远远高于锌-膦系的水处理效果。典型的复合水处理剂（6）锌盐-多元醇膦酸酯-磺化木质素特点：在碱性条件下能有效地控制冷却水中的水垢和污垢，使用浓度为30-50mg/L，PH值为7.8-8.3。如果与聚丙烯酸联合使用，可以更好的控制冷却水系统中的硬垢和污垢。典型的复合水处理剂（7）聚磷酸盐-膦酸盐-聚羧酸盐特点：在碱性条件下能有效的阻止碳酸钙和磷酸钙的沉淀。（8）磷酸盐-聚羧酸盐-唑类特点：对金属腐蚀的控制通过两方面来实现：一是依靠药剂的缓蚀作用，二是依靠提高水的PH值，利用冷却水的高硬度和高碱度来降低水的腐蚀性。复合水处理剂的选择选择依据（1）冷却水系统中换热器的结构、材料、预膜及涂料的处理情况；（2）对冷却水进行水质分析，判断水质类型；（3）根据水质类型，确定水处理剂是以缓蚀剂为主还是以阻垢分散剂为主；（4）搞清复合水处理剂中各种组成药剂的相容性和各组成药剂的供应问题；（5）运行设计的浓缩倍数；（6）冷却水运行的水处理费用包括水处理费用以及污水排放的处理费用；（7）当地污水部分规定的污水排放标准。复合水处理药剂的选择用实验的方法选择药剂：按照设计的换热管材料、水流速、水温、浓缩倍数及PH值等运行参数进行试验运行操作，并通过试验挂片进行观察。待试验结束后，取出挂片和试验换热管，进行后处理和腐蚀速率、污垢系数及黏附速率的计算，为正确选择药剂提供依据。2.1.4杀生剂在循环冷却水系统中，经常可以看到微生物大量生长繁殖的情况。微生物的大量繁殖将使冷却水中的金属设备（主要是换热器）发生腐蚀及事故，影响生产的正常运行。还会使冷却书中产生大量的微生物黏泥沉积在换热器管子的表面上，降低冷却的效果。为什么要使用杀生剂优良杀生剂需具备的特点：广谱性，剥离黏泥和藻层的能力、不污染环境、抗氧化性、与其他水质稳定剂的相容性和宽广的pH值适用范围理想杀生剂应符合的标准性能：环境影响：安全：价格：对总体目标有效使用范围较宽能防止生物污垢有剥离作用无腐蚀性其残余物有较高的LD50值氧化副产物有较高的LD50值氧化反应产物有较高的LD50值残余物在环境中易分解使用安全容易操作经济而负担得起杀生剂的分类杀生剂无机杀生剂有机杀生剂非氧化形杀生剂氧化形杀生剂按化学成分按杀生机理（一）氧化形杀生剂特点：较强的氧化剂，能够使微生物体内一些和新陈代谢有密切关系的酶发生氧化而杀灭微生物。除了杀死微生物之外，也会对其他水处理药剂产生氧化分解作用，特别是在循环冷却水系统中会影响缓蚀剂和阻垢剂的处理效果。氧化形杀生剂的种类1.氯2.次氯酸盐3.氯胺4.氯化异氰尿酸5.二氧化氯氯特点：最常用的消毒剂，有很强的杀菌能力，价格便宜，来源方便，应用最广泛。机理：氯在水中水解成盐酸和次氯酸，然后次氯酸继续电离出氢离子和次氯酸根，次氯酸不稳定，氧化性极强，易穿透细胞膜，杀生效果比次氯酸根高20倍。应用：因为氯对金属有一定的腐蚀性，所以用氯杀菌时PH