1.工業(yè)節(jié)水的重要性

 

      水是人類生存和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中極其寶貴的資源。目前，隨著世界工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的尹速發(fā)展，工業(yè)用水量日益增多;城市人口高度集中，淡水供不應(yīng)求。因此，積極尋找與開發(fā)淡水資源，合理利用工業(yè)水，大力開展節(jié)約用水，是世界各國當(dāng)務(wù)之急。

 

      世界各國每年需要工業(yè)用水量已超過l萬億噸，工業(yè)用水占總用水量的80%左右，而冷卻水又占工業(yè)用水80%以上。許多工業(yè)部門需要的工業(yè)冷卻水?dāng)?shù)量很大，如冶煉一噸鋼用水量為200噸;一噸合成氨需480噸水;一噸人造纖維需l200～1800噸水;一噸合成橡膠需2750噸水嘲。如果將直流冷卻水改為循環(huán)冷卻水，提高水的濃度倍數(shù)，就可以大量節(jié)約用水量。

 

      循環(huán)冷卻水，由于水中的礦物質(zhì)不斷增加，往往混入一些二氧化硫、硫化氫等腐蝕介質(zhì)及菌、藻類、泥沙等雜質(zhì)，因而鍋爐、涼水塔、換熱器、貯槽及管道等，經(jīng)常結(jié)成硬垢、軟垢、淤泥和苔蘚等雜質(zhì)。為了減少金屬腐蝕，提高設(shè)備利用率，節(jié)約能源、水源，防止環(huán)境污染，達(dá)到文明生產(chǎn)目的，在循環(huán)冷卻水中，需要添加各種優(yōu)良的水處理劑。工業(yè)用水的處理方法，可分為物理處理，化學(xué)處理和生物處理法。為了滿足工業(yè)用水，城市用水和廢水處理的需要，水處理劑的產(chǎn)量、品種及產(chǎn)值將有迅速增長。

 

      2.水處理劑的主要品種

 

      針對不同對象(不同用戶)、不同要求，而選擇適宜的藥劑或復(fù)配藥劑，組成最佳水處理的配方，這種藥劑稱其為水處理劑，其相應(yīng)的配套處理的技術(shù)對水質(zhì)進(jìn)行處理，使水質(zhì)達(dá)到符合要求的標(biāo)準(zhǔn)，這一過程即稱為水處理技術(shù)。

 

      水處理劑是精細(xì)化工產(chǎn)品中的一個主要門類，具有很強的專用性。例如，城市給水處理是以除去水中的懸浮物為主要對象，使用的藥劑主要是絮凝劑，.鍋爐給水處理主要解決結(jié)垢腐蝕阿題，使用藥劑為阻垢劑、緩蝕劑、除氧劑;冷卻水處理主要解決腐蝕、結(jié)垢和菌類滋生，采用的藥劑為阻垢劑、緩蝕劑和殺菌滅藻劑;污水處理主要是除去有害物質(zhì)，尤其是重金屬離子，除去水中的懸浮體和脫除顏色，所使用的藥劑主要為絮凝劑、螯合劑等。

 

      水處理劑及其應(yīng)用技術(shù)對保證工業(yè)生產(chǎn)的高效、安全和周期運行;對增加產(chǎn)量，提高質(zhì)量;對節(jié)水、節(jié)能、降耗及環(huán)保等方面都具有重大現(xiàn)實意義。

 

      3.水處理劑和表面活性劑的關(guān)系

 

      水處理劑和表面活性劑同屬于新領(lǐng)域精細(xì)化學(xué)品，兩者關(guān)系十分密切。許多表面活性劑在水處理中直接作為主劑，如用作緩蝕劑、阻垢劑和殺生劑;另一類作為水處理劑助劑，表面活性劑更是不可缺少的成分，如用于配制復(fù)合配方的清洗劑、消泡劑等;某些水溶性聚合物在水處理劑中屬于重要品種，其分子結(jié)構(gòu)和功能表現(xiàn)與表面活性劑有許多相同或類似之處，如分子雙親結(jié)構(gòu)，其分散、凝聚、螯合、吸附等功能是水處理劑發(fā)揮最終功效(如緩蝕、阻垢、殺菌等)的關(guān)鍵所在。

 

      在水處理劑中用量最大的是表面活性劑，其中用得最多的是高分子表面活性劑，并將當(dāng)前水處理用的水溶性聚合物直接歸類于高分子表面活性劑。主要用作循環(huán)水的絮凝劑和阻垢分散劑。

 

      4.各種水處理劑在工業(yè)節(jié)水與廢水資源化開發(fā)中的應(yīng)用

 

      4.1高分子絮凝劑(SAA品種)

 

      絮凝劑沉淀法是目前國內(nèi)外普遍采用的既經(jīng)濟又簡便的水處理方法之一，其原理是利用凈水劑使溶液中的溶質(zhì)、膠質(zhì)或懸浮顆粒產(chǎn)生絮狀沉淀而使污水達(dá)到凈化的方法。從來源上看，有機凈水劑可分為合成有機高分子凈水劑，天然有機高分子凈水劑和微生物凈水劑三類。與無機凈水劑相比，有機高分予凈水劑對無機物和有機物凈化效果好，具有用量少、成本低、絮凝速度快，毒性小，受鹽類和體系pH及溫度影響小。產(chǎn)生污泥量少且容易處理等優(yōu)點，成為凈水劑研究和開發(fā)的重點。合成高分子凈水劑有陽離子、陰離子和非離子型三種。目前應(yīng)用于水處理中的高分子絮凝劑，大多數(shù)是高聚合度的水溶性有機高分子聚合物或共聚物，如用作絮凝劑的高分子SAA品種。其分子中含有許多能與膠粒和細(xì)微懸浮物表面上某些點位發(fā)生作用的活性基團(tuán)，相對分子質(zhì)量在數(shù)十萬至數(shù)百萬。為充分發(fā)揮絮凝劑的吸附連接作用，應(yīng)使它的長鏈伸展到最大限度，同時讓可離解的基團(tuán)達(dá)到最大的離解度且得到充分的暴露，以便產(chǎn)生更多的帶電部位，并與微粒有更多的碰撞機會。

 

      當(dāng)接枝型高分子表面活性劑的相對分子質(zhì)量較高時，具有絮凝作用，分子中極性基團(tuán)吸附于許多固體粒子上，在粒子間產(chǎn)生架橋作用，從而形成絮凝物。聚合物相對分子質(zhì)量愈大，極性基團(tuán)愈多，絮凝能力就愈強。為了提高絮凝效果，還必須根據(jù)廢水中膠體和細(xì)微懸浮物的性質(zhì)和濃度，正確地控制絮凝過程中的工藝條件，使絮凝效果能提高數(shù)倍。

 

      聚丙烯酰胺(PAM)是非高分子型高分子表面活性劑，國產(chǎn)高分子凈水劑仍以非離子和陰離子型聚丙烯酰胺為主。用作絮凝劑的PAM的相對分子質(zhì)量為300萬～500萬。水處理劑的3/4是絮凝/凝聚劑，其中PAM占一半，年用量約為6萬t。生產(chǎn)丙烯酰胺(AM)的原料是丙烯腈(AN)，生產(chǎn)方法有兩種，目前國內(nèi)主要用化學(xué)法，即丙烯腈在骨架銅催化下，水合成生成AM，效率88%;另一種是生化催化法，丙烯腈通過生物酶催化生成AM，效率94.5%，現(xiàn)已進(jìn)入千噸級生產(chǎn)運行，技術(shù)已達(dá)到國際水平，世界上只有日本、俄羅斯和中國有這種技術(shù)，日本、俄羅斯已具備超萬t級裝置。

 

      陽離子型聚丙烯酰胺是目前世界上發(fā)展最迅速的水處理劑之一。它不僅可以通過電荷中和與吸附架橋作用使懸浮膠粒絮凝，而且還可與帶電荷的溶解物作用，生成難溶性鹽，不論相對分子質(zhì)量大小，均有較好的絮凝作用，因此該類有機高分子凈水劑的應(yīng)用越來越廣，新品種的開發(fā)勢頭不減。

 

      胺甲基化聚丙烯酰胺是發(fā)展較早的陽離子品種，但是目前大多數(shù)高相對分子質(zhì)量的陰離子絮凝劑都是由一些陽離子單體與丙烯酰胺共聚而成的，甲基丙烯酸二甲胺乙酯氯甲烷鹽與丙烯酰胺共聚(DMC--AM)，在日本、美國就進(jìn)行了大量生產(chǎn)。共聚型陽離子聚丙烯酰胺被認(rèn)為是固體陽離子型聚丙烯酰胺的發(fā)展方向。國外這類陽離子型聚丙烯酰胺已占全部聚丙烯酰胺類絮凝劑的60%。我國將該產(chǎn)品逐步形成系列化、規(guī)?；?。

 

      4.2天然改性有機高分子化合物

 

      在水處理中大量使用天然高分予改性陽離子型絮凝劑。由于天然高分子物質(zhì)具有相對分子質(zhì)量分布廣、活性基團(tuán)多、結(jié)構(gòu)多樣化等優(yōu)點，易于制成性能優(yōu)良的絮凝劑。同時，還由于其原料來源廣、價廉、可以再生且無毒，所以這類絮凝劑的開發(fā)前景廣闊，國外已有不少商品化產(chǎn)品。

 

      我國科研人員蔣文新等[4]研究人員以稻殼為原料，經(jīng)過預(yù)處理，與陽離子醚化劑十八烷基三甲基氯化銨反應(yīng)，制備高效天然改性陽離子絮凝劑，對其進(jìn)行改性，使其陽離子化，在分子結(jié)構(gòu)中引入季銨基團(tuán)，制備出一種效果較好的季銨鹽絮凝劑RHNF，并對實際廢水進(jìn)行處理，證明它是一種實用的絮凝劑。該產(chǎn)品的制備工藝簡單，且無毒，可生物降解。在我國，稻殼作為天然高分子資源，來源極為廣泛。易得且價格低。同時該天然改性陽離子絮凝劑具有無毒、價廉、高效、適用范圍廣和易生物降解等優(yōu)點。該絮凝劑用于實際廢水處理具有很好的絮凝效果，通過對處理生活廢水和脫墨廢水的考察，發(fā)現(xiàn)經(jīng)它處理后的絮團(tuán)增大，沉速快，污泥量小，其透光率分別為90.5%、99.5%;當(dāng)pH=6時，濁度去除率分別可達(dá)98.8%，99.7%。

 

      甲殼素與殼聚糖是很好的陽離子絮凝劑，能特別有效地除去水中的有害物質(zhì)，如對汞、鉛、鋅、銅、鉻、钚、鈾等金屬離子的脫除能力已得到證實，主要用于城市下水、工業(yè)廢水的活性污泥處理。如用殼聚糖作為高分子絮凝劑處理食品加工廢水時，投加量很少(約2～20mg/L)，即可進(jìn)行廢水的有效處理，處理后水的BOD可減少80%～85%。研究表明，殼聚糖對各種食品加工廢水處理特別有效。

 

      但由于殼聚糖分子內(nèi)和分子間氫鍵的作用使它不能溶于一般的有機溶劑和水中，這在某些方面限制了它的推廣應(yīng)用。殼聚糖具有復(fù)雜的雙螺旋結(jié)構(gòu)，分子結(jié)構(gòu)中有-OH、一NH2基團(tuán)，均具有較強的反應(yīng)活性，在適當(dāng)條件下可進(jìn)行多種化學(xué)改性，利用殼聚糖在堿性條件下與乙酸反應(yīng)生成羧甲基殼聚糖，不僅可以增加殼聚糖的水溶性，而且在印染廢水的脫色處理中也取得了很好效果。安忠軍糾[5]研究了在催化劑條件下，使殼聚糖與雙氰胺發(fā)生反應(yīng)，合成了一種新的有機高分子脫色劑，對模擬混合染料廢水取得了較好的脫色效果。該脫色劑對染料廢水的脫色率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于殼聚糖與硫酸鋁的復(fù)配溶液。對上虞污水廠廢水的處理效果，其COD去除率比使用PAC提高20%以上。處理成本約0.45元/t。

 

      我國天然高分子資源極為豐富，應(yīng)大力開發(fā)甲殼素與殼聚糖在水處理及其他方面的應(yīng)用。