绿色水处理剂使用现状分析

关键词:水处理剂
日期:2010年12月17日 来源:佰科

绿色水处理剂使用现状

绿色水处理剂又称环境友好水处理剂,是指其生产过程清洁化,使用过程不影响人体健康和环境,并可以生物降解为对环境无害的水处理剂。绿色水处理剂可表现在阻垢剂、缓蚀剂、絮凝剂上,其中阻垢剂已基本实现“绿色化”并投人应用。阻垢剂:在所有的水处理剂中,阻垢剂的“绿色化”进展最快。阻垢剂主要通过螯合金属,吸附分散微晶和晶格畸变作用从而阻止水中致垢盐类在设备表面沉积。高聚物阻垢剂的研究显得极为活跃,可分为丙烯酸类、马来酸类、马来酸/丙烯酸类、磺酸类和含磷类聚合物阻垢剂等。

目前国内主要用的聚羧酸类阻垢剂虽具有低剂量效应、毒性小、价廉且阻垢效果好等优点,但由于其在水中易形成聚丙烯酸钙,当Ca2 浓度高时效果更差且生物降解性差,因此已经逐渐被能够生物降解的绿色阻垢剂聚天冬氨酸等代替。聚天冬氨酸型水处理剂主要包括聚天冬氨酸及其钠盐和酯,是以从自然界中提取且制备过程清洁无污染的天冬氨酸或马来酸酐为原料制成,其特点是具有生物降解性和较高的阻垢性及对钙的高容忍度。霍宇凝等人合成的相对分子质量为4000的聚天冬氨酸具有优良的阻垢性能,当投加O.2mg/L时X~CaCO3的阻垢率可达88%,而当阻垢率达到100%时药剂浓度仅为2.0mg/L,且对CaCO3的容忍度高,可用于高温、高钙离子浓度水系统的阻垢,并且可完全降解为对环境无害的终产物。

熊蓉春等开发出一种无磷、非氮和可生物降解的绿色阻垢剂一聚环氧琥珀酸。这是一种绿色水溶性聚合物,可生物降解性好,对钙、镁、铁等离子的螯合力强,用量小,阻垢性能优异,可广泛用于锅炉水、冷却水、污水处理及海水淡化和膜分离等。魏刚等的实验结果表明,聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸均为易降解的阻垢剂。虽然聚天冬氨酸在原来合成关键步骤天冬氨酸热缩聚反应中使用磷系催化剂,可能会产生“二次污染”,但通过改进工艺,已经得到了一套完善的清洁化生产工艺流程。

因此,在水处理剂的“绿色化”进程中,阻垢剂的发展无疑已经走在了最前列。

缓蚀剂:缓蚀剂主要有无机和有机缓蚀剂两大类。缓蚀剂的发展从最初的铬酸盐、聚磷酸盐到现在的全有机系列有机膦酸盐.从高磷、含金属的配方到低磷、全有机配方,从单一配方到复合配方,正朝着多品种、高效率、低毒性等方向发展。有机膦酸类是阴极型缓蚀剂,其共聚物同时含有磷酰基和羧基,兼具阻垢、分散、缓蚀功能,无毒,不会造成“二次污染”,不需加酸调节pH值,药剂不易水解,耐高温且操作简化安全。

絮凝剂:絮凝剂是水处理剂中用量最大的一种药剂,可分为无机、高分子、复合型等种类,其中高分子絮凝剂又分为合成与天然两大类。一般而言,合成高分子絮凝剂易于通过分子设计和合成手段“剪裁”分子结构,从而可以根据应用需求灵活地调控其性能,但其在处理后的水溶液中的残留物很难被生物降解,从而导致“二次污染”。因此絮凝剂的“绿色化”应主要着眼于天然高分子絮凝剂上。根据来源,天然高分子絮凝剂可分为三大类:多糖类、甲壳素类以及微生物絮凝剂类。

①多糖类

多糖类物质因为剪切稳定性、生物可降解性以及其接枝产物比直链合成聚合物~flPAM具有更大的空间位阻的特性而成为研究热门,同时由于其原料易得一可取自农、林产品如淀粉、纤维素、木质素、单宁等而具有良好的经济性。

要实现絮凝功能,多糖类物质一般都需要经过改性以改善其溶解性和增加其絮凝能力。在众多的天然改性高分子絮凝剂中,淀粉改性絮凝剂的研究和开发尤为引人注目。淀粉分子结构中带有羟基,通过对这些羟基的酯化、醚化、氧化、交联等反应,可对淀粉改性;淀粉还能与丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等人工合成高分子单体进行接枝共聚反应,从而使共聚物兼具天然高分子和人工合成高分子的优点。

由于淀粉具有来源广泛、价格低廉、降解彻底、环境友好的特点,因此具有较好的发展前景。我国近十年来在改性淀粉絮凝剂研究方面取得了一定的进展,通过淀粉官能团的化学转化和接枝共聚反应,开发出了一系列无毒、低成本而又具有良好絮凝效果的淀粉絮凝剂并开始应用于高矿化度含油废水的处理上并取得了良好的效果。但是,在生产过程中由于改性所使用的产品大部分为有机溶剂,会对环境带来新的污染,对人体健康也会造成一定的影响,因此淀粉类絮凝剂的清洁化生产工艺显得更为重要。

②甲壳素类

甲壳素是自然界中含量仅次于纤维素的第二大天然有机高分子化合物,它是许多甲壳类动物外壳的主要成分,也存在于某些植物,如菌、藻类的细胞壁中,质量含量一般为30% ~60%,是一种十分丰富的自然资源。

由于这类物质分子中含有酰胺基及氨基、羟基,因此具有絮凝吸附等功能,其最大优势体现在对食品加工废水的处理中。壳聚糖是甲壳素脱乙酰化的产物,它可使各种食品加工废水中的固体悬浮物减少70%~98%。近年的研究还发现,其对重金属离子具有很强的去除能力。但由于其游离的氨基可接受质子和盐,故在酸性水溶液中可溶解而流失,使其应用受到限制,因此一般对其进行改性使用。

通过改性使它兼具有电中和絮凝和吸附絮凝的双重作用,并借助高分子链的吸附和架桥作用而产生絮凝沉降,用于除去水体中的无机悬浮固体、处理蔬菜及罐头生产废水、回收蛋白质以及污泥脱水等;它还可有效地去除废水中的有机农药、多氯联苯及废水中的石油等污染物。近年来甲壳素及壳聚糖的应用研究已有相当部分进入了实用阶段并逐步实现了商品化。

③微生物絮凝剂

微生物絮凝剂是指利用生物技术通过微生物的发酵、抽提、精制而得到的一类絮凝剂,是一种无毒的生物高分子化合物,包括机能性蛋白质和机能性多糖类物质,絮凝剂真正的生理意义并不在于使微生物产生絮凝,而是在于构成微生物的多糖荚膜。微生物的絮凝性是一种伴生性状。其絮凝性主要由位于染色体上和染色体外的絮凝遗传基因决定这些絮凝基因是由多个基因控制的,絮凝基因经过修饰和校正基因的修正后,才可有效表达絮凝能力。

微生物絮凝剂可广泛应用于给水、畜产、焦化、建材、染料、纸浆废水处理和消除膨胀污泥等方面。目前研究较为深入的有酱油曲霉、拟青霉属微生物、红平红球菌等。我国目前已在利用废弃物产生微生物絮凝剂的开发与应用方面取得了一些进展。利用混合菌株产生的生物絮凝剂易被微生物降解,克服了常规的无机絮凝剂和有机絮凝剂对人体有害和易产生“二次污染”缺点,且具有高效、无毒、絮凝对象广泛、除浊脱色效果独特等优点,但培养液的温度、pH对絮凝剂产生菌的产率和活性有很大影响,不同金属离子对微生物絮凝剂的活性具有抑制或促进作用。

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