绿色水处理剂研究及未来展望

1、 *学院毕业论文(设计) 学 生 姓 名 论 文 名 称 院(系)名 称 专 业 名 称 年 级 班 级 指导教师姓名 指导教师职称 * 绿色水处理剂研究及未来展望 化学与化工学院 应用化工技术 20*级*班 * 助教 1目录76.2.1 超临界水氧化技术（）76.2.2 光催化氧化技术 76.2.3 无毒药剂催化氧化技术86.2.4 电化学氧化技术 86.2.5 臭氧一生物氧化技术8 26.3绿色中和技术 86.4 绿色絮凝技术96.5 超声波技术97. 绿色水处理剂的发展趋势98. 水处理剂发展应追求绿色化10 参考文献.11 致谢12 3二次污染 清洁化生产 研究 发展趋势Abstrac

2、t： Green water treatment agent is water conservation important environmental materials, water environment plays an important role in the systematic analysis of current production and use of water treatment problems in the process, we found that secondary pollution of the environment and production p

3、rocess Chinas water pollution problem is particularly flocculant agent main problems, that green water treatment agent and the clean production process of water treatment chemicals will be the next major development.Key words： green water treatment agent，secondary pollution，clean production, researc

4、h，development trends; 4引言:绿色化学给环境工程带来了革命性的变革, 在此基础上, 人们提出了绿色水处理剂的概念, 并被认为是21世纪水处理剂的发展方向 1。绿色的水处理剂 要求生产用的原材料和转化的试剂绿色化、生产反应方式的绿色化、生产反应条件的绿色化。水处理剂的绿色化战略, 是水处理学科本身的客观要求, 也是中国社会可持续发展的需要和赶超世界先进水处理技术水平的需要。绿色水处理剂随着人们环保意识的增强, 愈来愈成为水处理行业研究和应用的热点。今后对此类药剂的研究应从以下几个方面着手: 一是注重药剂的合成、结构与性能之间的基础研究, 搞清楚聚合物结构与性能间的关系只有这

5、样才能使水处理技术有所创新、有所突破。二是正确理解绿色水处理剂的概念, 不能一味追求水处理药剂的无磷、非氮等的纯粹绿色概念, 要把绿色水处理剂与国内当前行业的水平结合起来, 以市场规律- 性/价比来推动绿色水处理剂的研究和应用。某些含磷的水溶性共聚物或低磷、微磷的水处理药剂配方, 只要其排放符合国家标准, 对水环境影响甚微, 就可以称为绿色或准绿色水处理剂并鼓励使用。1. 绿色水处理剂绿色水处理剂，又称环境友好水处理剂，是一种具有无磷、非氮结构的聚环氧琥珀酸（简称PESA）绿色药剂，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

6、垢剂、缓蚀剂、絮凝剂上，其中阻垢剂已基本实现“绿色化”并投入应用。2. 绿色水处理剂的特点：国内研发的具有自主知识产权的PESA与国际上采用的同类产品相比，具有以下特点：1、PESA为主剂，以磷羧酸化合物和少量锌盐为缓蚀剂，经过多轮的静态阻垢、缓蚀试验和多态模拟试验之后，才逐步推广到了生产实践中应用；2、其突破了基团简单搭配组合的传统思路，在聚合物分子中插入了氧原子，从而使其阻垢性能大大优于传统的聚丙烯酸类聚合物；3、其具有可生物降解、极低磷的特点。 53水处理剂生产和使用过程中存在的问题水处理剂在环境保护中应用已初见成效, 但在生产和使用过程中也存在如下问题。3.1.1 絮凝剂产生的二次污染

7、问题絮凝剂和凝聚剂占了水处理剂总量的3/ 4,其中作为絮凝剂的聚丙烯酰胺( PAM) 又占了絮凝剂和凝聚剂的1/ 2, 其余1/ 2 为无机聚合物1 。但是目前使用的无机与有机絮凝剂都存在一些问题, 并对人体健康有一定的影响。无机絮凝剂中铝盐系及铁盐系两大类絮凝剂对人体和设备的危害最大2。生产过程中夹带的有毒重金属及PAM 的难降解性也会对环境带来二次污染的问题。3.1.2 其他水处理剂存在的问题我国目前冷却水占工业用水的60% 70%,冷却水所用的阻垢剂以磷系配方为主, 而磷的排放易产生富营养化直接导致破坏生态平衡; 无机缓蚀剂中常用的铬酸盐、亚硝酸盐等也具有较大的毒性; 在大部分水处理剂制

8、备过程中使用的原料基本上均为有机溶剂且均含有毒性, 且在生产过程中消耗大量能源也在一定程度上对环境带来了新的污染。因此,二次污染和非清洁化生产是水处理剂的发展中存在着两个主要问题。水处理是一项集生产工艺、设备与药剂等多种领域为一体的系统工程, 要实现水处理的绿色化, 必须从工艺、设备和药剂等相关领域共同入手, 不仅发挥各个环节的独特优势, 还要实现其协同效应。经过近10年的研究发展, 取得了显著的成绩, 但依然存在以下主要问题:( 1) 对水处理剂的基础理论研究比较薄弱, 比如对药剂的絮凝、阻垢、杀菌的机理研究不够.( 2) 合成高分子绿色水处理剂种类太少.( 3) 阻垢效果不广泛, 对CaC

9、O3的阻垢品种较多, 对钡锶的阻垢药剂品种太少而且效果不够显著.( 4) 多功能绿色水处理剂的研究很少.针对以上问题, 笔者认为今后对绿色水处理剂的研究应从以下几个方面着手: 6( 1) 加强对水处理剂基础理论的研究, 搞清聚合物结构与性能之间的关系, 弄清水处理剂的作用机理. 只有这样, 才能使水处理技术有所突破创新.( 2) 继续大力开发新型高效低成本的绿色水处理剂, 主要围绕适用于处理硬钙( 2000mg /L)、碳酸钙饱和指数2. 85左右水质以及针对硫酸钡锶垢的水溶性聚合物的研制和应用.( 3) 加强多功能绿色水处理剂的研制开发.4绿色水处理剂的使用现状绿色水处理剂又称环境友好型水处

10、理剂 3 , 是指其生产过程清洁化, 使用过程不影响人体健康和环境, 并可生物降解而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、絮凝剂方面,其中阻垢剂已基本实现/绿色化0, 并已投入应用。4.1 对现有水处理剂进行改性对现有的水处理剂改性是一个更为简捷的办法。目前大量使用的水处理剂往往因为某一个方面对环境造成危害而不能成为绿色水处理剂，如果对其重新进行分子设计，就可以将其变成绿色水处理剂。例如，目前大量使用的聚丙烯酸等聚合物和共聚物因为不易生物降解而不属于绿色水处理剂。但如果重新进行分子设计，在其分子链中插入氧原子，就可以使其既具有良好的阻垢性能又容易生物降解。环氧琥珀酸就是出于

11、这样的思路，它不含氮、磷，是一种现代阻垢剂的更新换代产品。4.2 采用稳定的催化剂和无毒溶剂，实现绿色工艺绿色工艺包括尽量减少副产物、采用稳定的催化剂、缩短工艺流程、使用无毒溶剂等等。水处理阻垢剂对金属离子往往有很强的螯合能力，在其合成过程中，有可能与金属催化剂反应生成螯合物，增加分离过程和废物排放。若采用不与阻垢剂反应的稳定催化剂，即可实现清洁生产。例如在聚环氧琥珀酸合成过程中，如果用性能稳定的固体催化剂，即可免去净化分离和对环境的污染。此外，聚丙烯酰胺(PAM)是良好的絮凝剂和污泥脱水剂，从制得相对分子量高的产品出发，采用反向乳液聚合较为合理，但存在有机溶剂污染问题。如采用以水为溶剂的溶液

12、聚合法，虽反应条件较难控制，但可避免废液排放，因此宜采用后者。75. 新型绿色水处理剂5.1 V聚天冬氨酸 PASPPASP为水溶性聚合物，是一种新型绿色水处理剂，具有无磷、无毒、无公害和可完全生物降解的特性。对离子有极强的螯合能力，具有缓蚀与阻垢双重功效，对碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、磷酸钙等成垢盐类具有良好的阻垢效果，对碳酸钙的阻垢率可达100%。PASP同时具有分散作用并可有效防止金属设备的腐蚀。 PASP可替代含磷的水处理剂，以避免水体的富营养化和排放二次污染。1、PASP作为阻垢缓蚀剂广泛用于工业循环水、锅炉水、反渗透水、油田水、海水淡化等水处理领域，在高硬度、高碱度、高PH值、高浓缩倍

13、数系统中表现卓越，PASP阻垢效果优于常用含膦阻垢剂。PASP与PBTCA复配后有增效作用。2、PASP由于绿色环保的特性，PASP品可作为新型的日化助剂和各种无毒、 无污染的专用精细化学品。3、PASP在农业上可以作养分吸收增强剂，促进蔬菜、瓜果、花卉等农作物的生产，同时与农药并用可提高药效。5.2 微生物絮凝剂微生物絮凝剂是一类由微生物或其分泌物产生的代谢产物，它是利用微生物技术，通过细菌、真菌等微生物发酵、提取、精制而得的，是具有生物分解性和安全性的高效、无毒、无二次污染的水处理剂。国外微生物絮凝剂的商业化生产始于20世纪90年代，因不存在二次污染，使用方便，应用前景诱人。如红平红球菌及

14、由此制成的NOC-1是目前发现的最佳微生物絮凝剂，具有很强的絮凝活性，广泛用于畜产废水、膨化污泥、有色废水的处理。微生物絮凝剂是一类由微生物产生的具有絮凝功能的高分子有机物。主要有糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等。从来源看它具有天然有机高分子絮凝剂的一切优点，同时微生物絮凝剂的研究工作已有提纯、改性进入到利用生物技术培育、筛选优良的菌种，以较低的成本获得高效的絮凝剂的研究，因此其研究范围已超越了传统的天然有机高分子絮凝剂的研究范畴。絮凝剂的分子质量、分子结构与形状及其所带基团对絮凝剂的活性都有影响。一般来讲，分子量越大，絮凝剂活性越高；线性分子絮凝活性高，分子带支链或交联越 8多，絮凝性越差；絮

15、凝剂产生菌处于培养后期，细胞表面疏水性增强，产生的絮凝剂活性也越高。处理水体中胶体离子的表面结构与电荷对絮凝效果也有影响。一些报道指出，水体中的阳离子，特别是Ca2+，Mg2+的存在能有效降低胶体表面负电荷，促进“架桥”形成。另外，高浓度Ca2+的存在还能保护絮凝剂不受降解酶的作用。微生物絮凝剂絮凝范围广、絮凝活性高，而且作用条件粗放，大多不受离子强度、pH值及温度的影响，因此可以广泛应用于污水和工业废水处理中。微生物絮凝剂高效、安全、不污染环境的优点，在医药、食品加工、生物产品分离等领域也有巨大的潜在应用价值。6 近些年来的绿色水处理剂技术近年来，世界各国环保呼声日益高涨，环境法规日趋完善。

16、传统的可造成二次污染的水处理技术的应用逐步受到限制。这促使环境科学家和环保工程师积极开发和应用“环境友好型”水处理技术（也称绿色水处理技术）。绿色水处理技术的开发，正在有力推动环境科学与工程学科的发展，它是开展环境科学与工程学科创新研究的一条源泉之路，对于人类社会的可持续发展具有重要的现实意义。6. 膜分离技术膜分离技术是近二、三十年内发展起来的。与常规分离方法相比，膜分离过程具有能耗低、单级分离效率高、工艺简单、不污染环境等特点，在废水处理中可实现水的闭路循环，除污的同时变废为宝，是符合可持续发展战略的绿色技术。膜分离技术主要包括微滤（）、超滤（）、纳滤（）反渗透（）和电渗析等。近年来这些技

17、术在水处理的应用愈来愈显示生命力。世界上每天约有万 的水通过膜分离处理为了适应水处理的需要，膜材料的性能逐步得以改进采用无毒无害、可生物降解的材料制备超滤膜。膜在水的软化方面显示了其它技术无可比拟的优越性，膜在海岛饮用水制备中可有效地去除对人体健康不利的、等硬度。在较低的操作压力（）下，总脱盐率，产水量可达，淡化水符合生活饮用水标准。电渗析作为绿色水处理技术近年来研究较多。有人采用改性异向膜电渗析法处理 9化纤厂粘胶单丝淋洗废水去酸水 ，在工艺上实现了污水闭路循环，消除了和的污染，并把溶解固体浓缩到，再进行多效蒸发来回收多余的。浓缩的和溶液则返回凝固浴再用，淡化水中的总溶解固体（）下降到以下，

18、因无硬度，故可作洗涤用水。 膜分离技术正在成为水处理研究与应用的热点，其在水的回用方面起着难以替代的作用。将膜分离技术与绿色氧化技术、生物处理技术联合，用于废水的处理及回用是一个颇有前途的研究与应用方向。6. 绿色氧化技术近年来，绿色氧化技术处理废水的研究取得了显著进展。废水的绿色氧化技术主要是运用超临界水氧化、光催化氧化、无毒药荆催化氧化、电化学氧化、化学氧化与生物氧化相结合等手段处理废水的技术。6.1 超临界水氧化技术（）是对湿式氧化处理难降解有机废水技术的改进，是近年来兴起的绿色水处理技术。超临界水（，）具有常态水所没有的特性。其溶解性强，扩散系数大，传质速度快，可作为超临界水氧化有毒有

19、害有机物的反应介质。有机物、空气或氧气和水在 和以上的温度可完全互溶。体系呈均相混台状态，在较短的反应停留时问内， 以上的有机物可被迅速氧化成和其他小分子物质。该法用于有毒有害、难生物降解的有机废水的处理尤其有效。氧化产物清洁且无需后续处理，符合全封闭处理要求。在较低的有机物含量下，可实现自热然启动，运行后无需外界供热。 因反应物混合均匀且反应温度高，反应速度大幅加快，故水的停留时间较短，所需反应器体积小，结构简单。6.2 光催化氧化技术光氧化最常用的催化剂是 、草酸铁等无机试剂。通常的悬浮相光催化氧化法存在着催化剂易失活、易凝聚和难分离等固有弊端。将负载在海沙上，作为光氧化反应的催化剂克服了

20、上述缺点。还可将粉末固定在泡沫镍上的光催化固定技术，降解废水中的磺基水杨酸。利用催化 10降解有机物时，可利用太阳能来代替光源。6. 无毒药剂催化氧化技术采用无毒药剂催化氧化处理有机废水，尤其是处理有毒有害、难于生物降解的有机污染物，是当前水处理技术研究的热点课题。活性嵌可作为废水催化氧化反应的催化剂。与试剂法相比，去除率提高了倍。还可利用金属氧化物为催化剂，来提高臭氧的利用效率和氧化能力。6. 电化学氧化技术近年来电化学水处理法得到了改进，在传统电化学法的基础上增加了氧化、催化氧化或光催化氧化作用，有效地突破了微电解技术的局限，展示了电化学水处理技术的绿色特点。利用光透电极和纳米结构作为工作

21、电极和光催化剂，采用光电催化法对水中染料进行电解，发现与光致分解、光催化降解相比，光电催化降解对三种染料一品红、铬蓝、铬黑溶液的降解效果最好。采用高压脉冲放电降解法去除水中苯乙酮的研究也取得了较好的效果。液电脉冲处理水中苯乙酮过程中，在通入时，经放电处理，苯乙酮降解率可达。液电脉冲等离子降解法涉及等离子物理、等离子化学、流体力学、热力学、生物、电工、环境保护等学科间的交叉，这种降解法具备了高温热降解、光化学氧化、液电空化降解以及超临界水氧化等多种水处理法的综合效应。6. 臭氧一生物氧化技术利用臭氧氧化结合生物处理的方法对来自填埋场中的滤出液及被染料或表面活性剂污染的工业废水进行生态性处理，也可

22、收到良好的处理效果。既将污染物降至生态环境允许范围之内，又可使用封闭气流控制，从而不外溢有毒物质，也无污染物的转移，是一种绿色处理技术。6. 绿色中和技术因为 缓冲性好、有活性吸附能力强、无腐蚀性、安全、无毒、无害，所以被称为“绿色水处理剂”。近年来广泛应用于工业废水的处理，主要用作酸性废水中和剂、重金属离子脱除剂等。116. 绿色絮凝技术近年来，不同种类的生物絮凝剂相继得以开发，絮凝法处理废水的技术也随之绿色化。利用絮凝剂产生菌可产生生物大分子絮凝物质。已报道的微生物产生的絮凝物质有糖蛋白、牯多糖、蛋白质、纤维素、等大分子物质。这些大分子物质称为生物絮凝剂。生物絮凝剂具有使其他物质凝聚沉降的

23、特性。其絮凝范围广泛、高效无毒、易于生物降解，可消除二次污染，可以说，生物絮凝剂处理废水的技术是具有广阔应用前景的绿色技术。6. 超声波技术超声波是一种新的绿色水处理技术。它是指频率高于的声波。当一定强度的超声波通过媒体时，会产生一系列的物理化学效应。超声波处理有毒有害及难降解有机枷是非常简便和有效的。用其降解水中的卤代烃、酚类、酵类、聚合物、多环芳烃、多氯联苯等。发现多数超声波降解有机物的反应遵循一级反应动力学。将超声波与电解法耦合处理含酚废水，取得了比超声波法更好的处理效果。这一研究成果有力地推动了声电化学在水处理中的应用。按照可持续发展的要求，水处理技术的绿色化进程将会加快，开发高效、低

24、毒、低能耗、不造成二次污染的水处理技术，特别是光、声、磁、电、无毒药剂氧化、生物氧化等多种手段联用的新型绿色技术将成为水处理技术研究的热点和方向。7. 绿色水处理剂的发展趋势为实施可持续发展战略，在水处理剂的研究、开发、生产和应用中进一步实施绿色化是21世纪水处理药剂发展的方向。絮凝剂方面：多功能复合型高效絮凝剂、氧化型絮凝剂、吸附型絮凝剂以及无毒、高电荷、高相对分子质量的阳离子有机絮凝剂、天然高分子絮凝剂、生物絮凝剂等技术将是今后产业发展的重点和趋势；阻垢缓蚀剂方面:非铬非磷、具有缓蚀阻垢性能的全有机聚合物、共聚物等系列“绿色”产品将替代对生态环境有害的铬、磷等产品，生产逐步由单一技术向多元化技术发展，产品性能也趋向于多功能、高效、无毒等方面发展；杀生剂方面:开发具有广谱、高效、低毒、性价比高、对环境友好等类型的水处理杀生剂是今后发展的必然趋势。聚天冬氨酸 PASP技术、膜分离技术、绿色氧化技术也逐渐兴起。12随着人们环境意识的增强和可持