膦酰基羧酸共聚物

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工业水处理技术的发展趋势

化学处理技术

聚天冬氨酸

聚天冬氨酸( PASP) 无毒、无磷, 是目前公认的一 种绿色缓蚀阻垢剂。它具有优异的阻垢分散性能和良 好的生物可降解性。于萍等将聚天冬氨酸用于冲灰水 闭路循环的阻垢实验研究, PASP 的用量为2 mg/L 时, 其阻垢率就<98%; 他们还用扫描电镜及X- 衍射对其阻垢机理进行分析, 发现PASP 的阻垢机理是同时具 有阀限效应与晶格畸变作用。魏刚等将PASP 和其他 羧酸类阻垢剂进行比较, 认为其生物降解性远远优于 聚丙烯酸, 这与其主链中插入氮原子有关; 此外, 它还 具有一定的缓蚀性能。同济大学的李辉等采用旋转挂 片法对PASP 的缓蚀性能进行了研究, 结果表明PASP 对碳钢具有明显的缓蚀作用, 当其与HEDP、Zn2+复配时 具有更显著的缓蚀协同作用, 其腐蚀速率<0.05 mm/a。

膦酰基羧酸共调聚物

膦酰基羧酸共调聚物(POCA)是一类新型多功能绿色水处理剂,兼具有机膦酸和羧酸共聚物的优点,不但磷的含量<3%,符合环保要求,而且还具有高分散阻垢能力及一定的缓蚀性能, 特别适用于高pH 值、高硬度、高碱度及高浓缩倍数循环水的处理。夏明珠等采用正交实验研究了POCA 的阻垢分散性, 并与HEDP和HPMA 进行了比较。实验表明, POCA 对CaCO3、Ca3(PO4)2 锌盐沉积的阻垢能力都远优于HEDP 和HPMA;POCA 抑制Ca3 (PO4)2 和锌盐沉积都存在“临界值效应”; POCA 加药量为10 mg/L 时对Fe2O3 的分散效果最好。王秀荣等的实验研究表明POCA 对碳酸钙垢具有优良的阻垢性能, 阻垢剂浓度仅5 mg/L, 阻垢率就可达90%以上; 当Ca2+浓度较高时, 仍可达到90%以上的阻垢率值, 具有很强的钙容忍度。另外, POCA 的缓蚀效果仅次于HPA, 好于PBTC 和磺酸三元共聚物。

过氧乙酸

过氧乙酸(Peracetic acid)是一种强有力的广谱杀菌剂,具有优良的杀菌性能, 其活性比异噻唑啉酮和戊 二醛分别高3倍和10倍,且是唯一能保持完全杀灭藻类的杀菌剂。段杨萍等的实验表明,过氧乙酸浓度 为5 mg/L,作用时间1h,对循环水中异氧菌、铁细菌和硫酸盐还原菌杀灭快, 杀菌率在94%以上。而且它与冷却水中的一些常用的阻垢缓蚀剂如:聚合物、磷酸盐 等有很好的相容性。其分解产物(醋酸、水和氧)无毒对环境友好, 已通过了美国环保局注册认可。作为一种 绿色化工产品,过氧乙酸在工业冷却水系统中有着广阔的发展前景。

物理处理技术

膜分离技术

膜技术是最近30 年来发展起来的一种高新技术,被公认为20 世纪到21 世纪中期最有发展前景的技术 之一。它具有无相变、常温操作、能耗低、设备简单、卫生程度高、自动化程度高等优点, 在工业水处理领域具 有广泛的应用和广阔的发展前景。王农村等采用改性的PVC 合金超滤膜法对油田采出水进行深度处理,其处理水水质达到特低渗透油层要求的回注水水质指标。研制的光催化TiO2 膜具有高渗水性,能 有效地去除生物毒素、蓝色亚甲基染料等有机污染物,还能抑制大肠杆菌等微生物的生长。

但由于工业废水往往含有酸、碱、油等物质, 处理 条件苛刻, 因此需要开发出廉价、高效, 能够在强酸、强 碱等苛刻条件下使用的新型膜材料。四川大学的梁希 等[17]制备的γ- Al2O3 管式陶瓷纳滤膜能够在pH 分别为 3、2.5、2 的磷酸溶液中保持稳定的通量, 说明其具有良 好的耐酸性。张守海等[18]用PPESK制备的超滤膜具有高 截流率、高通量、耐高温等特点, 其对纯水的通量可高达 148 L/m2·h, 对聚乙二醇10 000 的截流率高于93%。

磁化技术

磁场处理水技术是近年发展起来的一门新兴科 学。此法无需投加任何药剂,无毒无污染,能有效防止管道和设备结垢,且投资少,操作简单,是一种高效节 能、环保型工业水处理技术。其过滤速度通量通常为100~500 m/h, 有时可达到1 000 m/h; 处理量是快速过 滤法的20~40 倍, 是混凝沉淀法的400~700 倍。采用磁力防垢除垢器处理锅炉用 水, 半年后开炉检查, 发现新炉均无水垢生成,旧炉已存的水垢全部脱落。采用新型的扫频直流脉冲电磁水处理器进行循环水抑垢效应的研究,试验 结构表明最佳抑垢率达90%以上,且随磁场强度、处理时间及磁程的增大而提高。此外电镜分析还说明磁场直接影响了水垢晶体的结晶过程, 改变了晶体的结构形态。

另外, 磁场还具有一定的杀菌灭藻作用。人的试验发现脉冲磁场具有明显的杀菌灭藻功能, 在停留时间为30 min, 磁场强度500 mT, 脉冲频率40kHz 的条件下,循环处理后水中细菌总数的存活率为0.01%, 藻类基本死亡。并且磁场水处理的杀菌性能随pH 值、温度和磁处理时间的升高而升高。

复合处理技术

由于工业水的复杂性, 任何单一的技术都很难达到理想的效果, 必须注意开发和应用水处理的综合技术, 进行集成化研究, 如化学- 物理结合, 化学- 生物结合, 物理- 生物结合等, 以谋求高效、低耗、环保的新型处理技术。

采用生物膜法和活性污泥法结合工艺进行脱氮除磷研究, 将常规生物脱氮除磷工艺中存在的相互影响和制约的因素分解, 能够同时有效地从污水中去除氮、磷和有机物。试验结果表明, 氨氮去除率达99%以上, TN、TP 和COD 的去除率分别在85%、95%和95%。

磁化与化学加药联合水处理技术是随着水处理产 品和工艺的绿色化而形成的。人进行了这 种技术的阻垢机理研究, 通过静态和动态试验, 表明磁 化与药剂具有明显的协同增效效果, 其阻垢率比单纯 加药下提高20%以上。将其应用于一套循环冷却水系 统上,每年节水达3 万t, 减少排污1.5 万t,节约成本 达10 万元。

电- 生物技术是将电化学反应和为生物反应耦合 起来的一种新型化学生物处理技术。首次采用这种技术处理酸性红A 有机废水, 当外加电流为300 mA 时, 水中酸性红A 和CODCr 的 去除率分别可达到79%和84%, 高于没有电流作用时 的59%和76%。

结语

随着全球水环境问题的日益突出, 水处理技术正 逐渐发展成熟起来,并必将朝着产业化、商品化、规模 化的方向发展。综观近年发展, 在低能高效、经济环保 的大前提下,新型高科技含量的工业水处理技术层出 不穷, 并呈现出多学科、跨领域的发展趋势。同时,国内 外各学者对传统的技术并没有全部抛弃,而是采用新 的试验条件和新的试验设备、材料加以改进, 或者采用 多种独立操作的联合使用以扬长避短, 使处理过程和结果达到有关标准。