水处理研究论文
1，前言
水处理剂是工业用水、生活用水和废水处理过程中必不可少的化学品。通过使用这些化学物质，水可以满足某些质量要求。其主要作用是控制水垢和污泥的形成，减少泡沫，减少与水接触的物质的腐蚀，去除水中的悬浮物和有毒物质，除臭脱色，软化水质。目前，由于世界各国用水量迅速增加，各种环境保护法(净水法)的相继制定，以及日益严格的要求，各种高效水处理剂迅速增长。在我国，与日益严峻的水危机的矛盾是水处理化学品的产能很低，质量得不到保证，迫切需要加快发展水处理化学品这一环保材料产业。
水处理剂包括絮凝剂、缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂、分散剂、清洗剂、预膜剂、消泡剂、脱色剂、螯合剂、脱氧剂和离子交换树脂。本文将系统介绍絮凝剂和杀生剂。
2.凝聚剂
絮凝技术的关键是絮凝剂的选择。絮凝剂可分为无机、有机和微生物絮凝剂。
2.1，无机絮凝剂
无机低分子量絮凝剂包括氯化铝、硫酸铝、硫酸铁和氯化铁。其聚集速度慢，形成的絮体小且具有腐蚀性，在水处理过程中存在较大问题，逐渐被无机高分子絮凝剂取代。
无机高分子絮凝剂是在传统铝盐和铁盐基础上发展起来的新型水处理剂，价格低廉，净水效果好。
聚合氯化铝(PAC)混凝性能好，矾花颗粒大，用量少，效率高，沉降快，适用水质范围广。主要用于饮用水的净化和工业供水。同时还可用于去除水中的铁、锰、铬、铅、氟、油等重金属，因此可用于处理多种工业废水。
聚合氯化铝铁(PAFC)是一种新型无机高分子净水剂。产品中铝铁比例可调，满足不同水质的需要，已应用于石化、钢铁、煤炭等行业的废水净化处理。结果表明，该药剂是一种新型、高效、稳定、质优价廉的净水剂，具有广阔的应用前景。有人得出结论，PAFC的净水效果比PAC略好，但加PAFC的成本比PAC少很多。
聚合硫酸铁具有良好的絮凝和吸附性能，广泛应用于原水、饮用水、自来水、工业用水、工业废水和生活污水的处理。聚合硫酸铝是应用最广泛的混凝剂之一，主要用于饮用水和工业用水的净化。
聚硅酸是在聚硅酸和传统的铝盐、铁盐的基础上发展起来的。高度聚合的硅酸能与金属离子一起产生良好的混凝效果。通过结合金属离子的电中和能力和聚硅酸的吸附架桥能力，复合产品具有很强的电中和和吸附架桥作用，达到更好的净水效果。它们的絮凝脱稳性能远远超过聚硅酸和多金属离子。与聚硅酸相比，它们不仅提高了稳定性，而且增加了电中和能力。与多金属离子相比，成键和桥联性能增强。以聚硅酸硫酸铝(PASS)、聚硅酸氯化铝(PASC)和硅铁复合无机高分子絮凝剂为代表的复合无机高分子絮凝剂已成功应用于给水、工业废水和城市污水的各种工艺中，现已成为主流絮凝剂。
但无机高分子絮凝剂的相对分子量、粒径和絮凝架桥能力仍比有机絮凝剂差很多，进一步水解反应存在不稳定问题。
2.2有机高分子絮凝剂
与无机絮凝剂相比，合成有机高分子絮凝剂用量少，絮凝速度快，受盐、介质pH和环境温度影响小，污泥量少。而且有机高分子絮凝剂分子可以携带-—首席运营官、-NH-、-SO3和-OH等亲电基团，具有链状、环状等多种结构，有利于污染物进入絮体，脱色效果好。一般来说，有机絮凝剂的色度去除率比无机絮凝剂高20%左右。目前广泛使用的是聚丙烯酰胺。它能适应多种絮凝对象，用量少，效率高，产生的污泥少，后处理容易。它经常与其他无机絮凝剂混合，如氯化铝。
但合成高分子絮凝剂的单体或水解降解产物往往是有毒的，如聚丙烯酰胺(PAM)的单体具有神经毒性和致畸、致癌、致突变作用。
2.3微生物絮凝剂
微生物絮凝剂是利用生物技术从微生物或其分泌物中提取纯化出来的一种安全、高效、可自然降解的新型水处理剂。迄今为止，已发现的絮凝微生物超过17种，包括霉菌、细菌、放线菌和酵母菌。它分为:
(1)来自微生物细胞的絮凝剂，如一些细菌、霉菌、放线菌和酵母菌，大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中；
(2)从微生物细胞壁中提取的絮凝剂，如葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质、N-乙酰氨基葡萄糖和酵母细胞壁的其他成分；
(3)利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂，微生物细胞分泌到细胞外的代谢产物是细胞的被膜和粘液。除水外，其主要成分是多糖和少量的肽、蛋白质、脂类及其复合物。其中，多糖在一定程度上可以用作絮凝剂。
目前为止絮凝效果最好的微生物絮凝剂是诺卡氏菌视紫红质NOC-1。可用于畜禽废水的处理、膨胀污泥的沉降以及纸浆废水(黑液)、颜料废水等有色废水的脱色，效果显著。
虽然微生物絮凝剂的研究屡见报端，但大多处于实验室研究阶段，尚未应用于工业。我国在这方面起步较晚，目前的研究仅限于菌株筛选。
成都生物研究所初步分离筛选出6株微生物絮凝剂产生菌。利用造纸黑液、皮革废水、偶氮染料废水、硫化染料废水、电镀废水、彩印板废水、石化废水、造币废水、蓝黑水和碳素墨水的发酵离心上清液进行絮凝实验。结果表明，废水固液分离效果良好，COD去除率为55%-98%，悬浮物、色度和浊度去除率均在90%以上。
上海大学环境科学系从污水处理厂回流污泥和底泥中分离出三株产絮凝剂菌株。该菌株产生的培养液对土壤悬浮液的浊度去除率可达99%以上，对碱性染料废水的COD去除率可达70%左右，色度去除率可达92%左右。
目前，絮凝剂正朝着低成本、实用、无毒、高效的方向发展。有机高分子絮凝剂将逐步取代目前广泛使用的无机絮凝剂。另一方面，微生物絮凝剂具有稳定、安全、高效、低耗的优点。它是最有前途的絮凝剂之一。因此，今后的发展不仅要开发新型廉价高效的微生物絮凝剂，还要研究微生物絮凝剂与其他絮凝剂的协同使用。现有的实验表明，两者配合使用可以相辅相成，既能提高絮凝效率，又能减少投加量。
3.杀虫剂
杀生剂是一种水处理剂，用于循环冷却水系统，杀灭微生物(细菌和藻类)，防止其大量繁殖，造成冷却水系统金属设备腐蚀和事故，影响正常运行。根据杀灭机理，可分为氧化性杀生剂和非氧化性杀生剂。
3.1氧化性抗微生物剂
氯气是一种强氧化性杀生剂，杀菌力强，价格低廉，使用简单。它是当今使用最广泛的杀菌剂之一。但不适合碱性水处理。另外，它可能与水中的有机物形成致癌物三卤甲烷，限制了它的应用。于是溴、臭氧和二氧化氯相继受到关注。
溴杀虫剂主要包括溴化钠、溴化海因、活性溴和溴化丙酰胺。溴化丙酰胺是近年来发展起来的一种氧化性杀生剂，其中2，2-二溴-3-氮杂丙酰胺是一种非常有效的广谱杀生剂。随着冷却水pH值和温度的升高，半衰期迅速变短，对环境污染小。
臭氧具有优异的杀菌活性，较强的剥离性和粘泥性，还具有缓蚀阻垢作用。用于处理循环冷却水时，浓缩倍数可达30 ~ 50倍。但由于成本较高，目前并未得到广泛应用。
二氧化氯具有很强的吸附和穿透细胞壁的能力，对冷却水中的主要有害细菌如异养菌、铁细菌、硫酸盐还原菌等有很好的杀灭作用。它的特点是用量少、效率高、见效快、药效持续时间长。比如2mg/L的二氧化氯，30s后可杀灭近100%的微生物；在pH为8.6、活菌数达到765438±0.000个/ml的水中加入0.5mg/L二氧化氯65438±0.2h后，异养菌的杀灭率仍保持在99%以上。此外，它不受pH值的影响，不与水中的氨、有机胺和酚类反应。既能杀灭微生物，又能分解残留的细胞结构，具有杀灭孢子和病毒的功能；适用于碱性水处理，对环境无威胁。在我国，它的不稳定性限制了它的应用。近年来有厂家批量生产稳定性二氧化氯，南京某公司也推出了化学二氧化氯发生器，设计独特，操作简单，安全可靠。用二氧化氯代替氯气作为工业循环冷却水的杀生剂有许多优点，特别是用于合成氨厂、化工厂和炼油厂的冷却水系统。由于系统中有机物和氨含量高，氯气需求量大，pH值偏碱性，用二氧化氯代替氯气可以取得较好的经济效益和环境效益。
3.2非氧化杀菌剂
非氧化性杀生剂种类繁多，较早使用的氯酚类化合物因毒性大、易污染水体而逐渐被废弃。有机胺很少使用。
二硫氰基甲烷是较早的有机硫化物杀菌剂。它对抑制藻类、真菌和细菌非常有效，尤其是硫酸盐还原菌。但不适用于碱性冷却水系统。
异噻唑啉酮是一种较新的有机硫化物杀菌剂。这种杀生剂可以通过破坏细菌和藻类蛋白质之间的键来杀死细菌。浓度为0.5mg/L时，能有效抑制冷却水系统中的藻类、真菌和细菌，具有广谱高效、作用时间长(0.5mg/L使用5周后仍有效)、毒性低、pH范围宽、配伍性和混溶性好、不起泡、防止粘泥形成等优点。在国外已广泛应用于冷却水处理。
季铵盐杀生剂成本低，毒性低，具有缓蚀作用。因此被广泛使用，但使用中仍存在易产生耐药性、成本增加、起泡、腐蚀加剧等问题。鉴于此，新合成的两种二烷基季铵盐十六烷基辛基二甲基溴化铵(168)和十六烷基癸基二甲基溴化铵(1610)改变了季铵盐的表面活性和分子稳定性，产生的泡沫较少，杀菌活性提高。
戊二醛具有高效、广谱的杀菌灭藻作用，对生物黏液也有一定的剥离作用。联合碳化物公司生产了一系列戊二醛杀生剂A515、A525、A530等。实验证明，A515对异养菌有明显的杀灭作用，药效持续时间长，72h后杀菌率仍在90%以上。适用于碱性水处理，与磷系化学品有良好的相容性。近年来，武汉某公司引进戊二醛系列用于循环冷却水系统，效果明显。在推荐的冷却水浓度下，戊二醛几乎无毒，其水溶液本身会被生物降解。随着社会环保意识的加强，戊二醛杀生剂将有广阔的发展前景。
开发新型杀生剂，不仅要考虑价格、毒性、使用安全性、贮存稳定性、微生物抗性等因素，还要考虑杀生剂组合之间的协同作用，既能增强杀灭能力，又能降低用药量。
4.水处理化学品的发展方向
4.1专用水处理剂的研制
以满足不同废水系统(如造纸废水、印染废水、食品加工废水等)的需要。)，开发多种特异性强的某些化学物质势在必行。
4.2多功能水处理剂的开发
多功能水处理剂是水处理剂研究的一个重要方面。这种水处理新技术的出现，将扩大水处理剂的生产和应用范围，极大地促进工业用水化学处理的发展。
这方面的研究主要包括:缓蚀阻垢剂、絮凝-缓蚀剂、絮凝-杀菌剂、絮凝-杀菌-缓蚀剂、絮凝-缓蚀阻垢剂等。
4.3绿色水处理剂的开发
在水处理化学品的绿色发展中，无毒、无害、可生物降解是方向。最典型的绿色水处理剂是近年来国内外开发的分散型阻垢剂聚天冬氨酸(PASP)。PASP是一种合成生物聚合物。它具有良好的生物相容性和生物降解性。毒理学研究表明，聚天冬氨酸(PASP)无毒、不敏感或无突变。
4.4开发具有成本效益的水处理化学品
目前高性能化学品价格普遍偏高。我们可以通过寻找廉价易得的原料来开发高性能的产品，也可以加强复配技术的研究，即添加廉价的助剂来减少化学药品的实际用量，维持净水效率，从而达到降低成本的目的。