精細(xì)化學(xué)品化學(xué)作業(yè)ch12

1、水資源 全球總貯水量估計(jì)為 13.9 億立方千米, 其中海洋就占 97.2, 而淡水總量?jī)H為 0.36 億立方千米, 除冰川和冰帽之外, 可利用的淡水總量不足世界總貯水量的 1。這部分淡水與人類的關(guān)系最密切, 并且具有經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值, 雖然在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可以保持平衡, 但在一定時(shí)間、空間范圍內(nèi), 其數(shù)量卻是有限的, 并非取之不盡并非取之不盡, 用之不竭。用之不竭。水危機(jī)1.水的危機(jī) 水是生命的源泉，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。在3月18日，聯(lián)合國(guó)發(fā)出警告，除非各國(guó)政府采取有力措施。到2025年，世界上就將有近1/3的人口(23億人)無(wú)法獲得安全的飲用水，其主要原因是這些地區(qū)的水資源短缺。 目前，隨著人類

2、生產(chǎn)的發(fā)展和生活水平的提高，用水量以每年接近5%的速度遞增，照此下去，每15年用水總量就翻一番，在2030年以前，地球上將有1/3以上的人面臨淡水資源危機(jī)。水危機(jī)產(chǎn)生的原因 (1) 自然條件的影響 (2) 城市與工業(yè)區(qū)集中發(fā)展 (3) 水體污染破壞了有限的水資源 (4) 用水浪費(fèi)(1) 自然條件的影響 淡水在地球上的分布極不均勻, 而且受氣候變化的影響, 所以許多國(guó)家和地區(qū)用水甚缺。 例如我國(guó)華北和西北處于干旱或半干旱氣候區(qū), 季節(jié)性缺水很嚴(yán)重；北非和南撒哈拉地區(qū)、阿拉伯半島、伊朗南部、巴基斯坦和西印度是年降雨長(zhǎng)期平均變化最大的區(qū)域, 其變化的幅度超過(guò)40, 美國(guó)西南部、墨西哥西北部、非洲西南

3、部、巴西最東端以及智利部分地區(qū)也是如此。(2) 城市與工業(yè)區(qū)集中發(fā)展 用水量的增加表現(xiàn)在三個(gè)方面: 公共用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水。 公共用水僅占很小比例(全球56） 在工業(yè)用水中, 主要是能源部門、冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等部門的冷卻用水量, 如在熱電廠, 每生產(chǎn)1000千瓦時(shí)電, 需用水200500立方米; 農(nóng)業(yè)用水的消耗主要是灌溉用水(3) 水體污染破壞了有限的水資源 這是造成水危機(jī)的重要原因之一(4) 用水浪費(fèi) 城市生活用水浪費(fèi)最大的是管網(wǎng)和衛(wèi)生設(shè)備的漏水。據(jù)估計(jì)北京市漏水量占總用水量的1040, 最嚴(yán)重住宅區(qū)可達(dá)70。 占工業(yè)用水的70的工業(yè)冷卻水必須采用循環(huán)冷卻水處理技術(shù)我國(guó)水資源的危機(jī)

4、中國(guó)水資源總量為28萬(wàn)億立方米，居世界第4位，次于加拿大、巴西和俄羅斯，略多于美國(guó)和印尼，占世界水資源總量的7%，但中國(guó)人均水資源2304m3/人，處于缺水上下限(30001000 m3/人)的中值，在世界銀行近年做連續(xù)資源統(tǒng)計(jì)的13個(gè)國(guó)家中居第82位，只有世界平均水平的31%，屬于水資源緊缺的國(guó)家(以上均按1998/99世界銀行年度報(bào)告最新統(tǒng)計(jì))中國(guó)的水資源分布很不均勻： 北方人均水資源僅為995.4立方米/人，屬于嚴(yán)重缺水，并由于水污染和水土流失使情況更為惡化；南方人均水資源量雖然超過(guò)人均3000立方米/人的缺水上限，但由于分布不均(如上海僅為185立方米/人)和污染嚴(yán)重，使得工業(yè)、農(nóng)業(yè)和

5、人民生活將得不到按現(xiàn)模式發(fā)展的足夠水資源供應(yīng)。節(jié) 水（1）節(jié)約用水 農(nóng)業(yè)用水占工農(nóng)業(yè)和生活用水的75%左右，節(jié)水工作應(yīng)以農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉為重點(diǎn)。目前我國(guó)的萬(wàn)元工業(yè)產(chǎn)值耗水量一般是發(fā)達(dá)國(guó)家的1020倍，個(gè)別行業(yè)達(dá)45倍；我國(guó)每公斤糧食的耗水量是發(fā)達(dá)國(guó)家的23倍；我國(guó)城市人均耗水量已接近發(fā)達(dá)國(guó)家的中等水平。（2）提高水的重復(fù)利用率 提高水的重復(fù)利用率指工業(yè)生產(chǎn)的循環(huán)用水。目前我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)用水的重復(fù)利用率約為40%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家75%85%的水平。（3）污水資源化 污水資源化指通過(guò)污水處理提高水的類別，從而使該排放掉的污水分別達(dá)到生態(tài)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)或生活用水的標(biāo)準(zhǔn)，使其資源化，是跨類別的廣義重復(fù)利用。水

6、工業(yè)（1）水工業(yè)企業(yè) 水工業(yè)企業(yè)將給水排水有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)。水是一種可再生資源，取水是對(duì)自然資源水的加工活動(dòng)；排水是對(duì)廢水進(jìn)行處理的工業(yè)活動(dòng)不可偏廢任何一方。（2）水工業(yè)制造業(yè) 水工業(yè)制造業(yè)是由生產(chǎn)給水排水行業(yè)所需的機(jī)電、化工、生物、冶金、材料以及電子等技術(shù)裝備產(chǎn)品的工業(yè)部門無(wú)形中組成的工業(yè)系統(tǒng)，它是給排水事業(yè)的支柱工業(yè)，必須與給排水事業(yè)同步發(fā)展。（3）水工業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè) 科技進(jìn)步可以有效地為水工業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供可靠的依據(jù)和手段，促進(jìn)水工業(yè)管理水平的提高，并提高水資源綜合利用效率和經(jīng)濟(jì)效益，提供保護(hù)水資源和生態(tài)環(huán)境的有效手段。12.1 概述概述12.2 各類水處理劑各類水處理劑一一.阻垢劑阻垢劑

7、二二.緩蝕劑緩蝕劑三三.絮凝劑絮凝劑四四.殺菌滅藻劑殺菌滅藻劑12.3我國(guó)水處理劑發(fā)展方向我國(guó)水處理劑發(fā)展方向目錄目錄一一.水處理的意義水處理的意義水處理具有兩個(gè)方面的作用：一方面是凈化改善水質(zhì)，使之適應(yīng)需要；另一方面是加入處理藥劑以保護(hù)用水設(shè)備免受水質(zhì)污染。12.1 概述概述水處理方法的分類按學(xué)科分類根據(jù)水的來(lái)源分類按處理工藝分類水處理劑指為了除去水中的大部分有害物質(zhì)（如腐蝕物、金屬離子、污垢及微生物等），得到符合要求的民用或工業(yè)用水而在水處理過(guò)程中添加的化學(xué)試劑。二二.水處理劑的概念水處理劑的概念三三.水處理劑的法規(guī)要求水處理劑的法規(guī)要求1.環(huán)保要求2.安全性要求3.其它性能要求一一.阻垢

8、劑阻垢劑1.概念：能夠防止水垢和污垢產(chǎn)生或抑制其沉積生長(zhǎng)的化學(xué)試劑，包括阻垢緩蝕劑和阻垢分散劑。12.2 各類水處理劑各類水處理劑2.水垢形成機(jī)理和阻垢作用機(jī)理水垢形成機(jī)理和阻垢作用機(jī)理（1）.水垢形成機(jī)理水垢形成機(jī)理(2)防止水垢形成采用的方法防止水垢形成采用的方法防止生成晶核或臨界晶核防止晶核生長(zhǎng)分散晶核各種水系統(tǒng)中都溶解有各種鹽類，在稀溶液中它們呈離子、螯合物或單分子狀態(tài)存在；在過(guò)飽和溶液中，就會(huì)生成晶核，晶核生長(zhǎng)可得到沉淀物。（3）.阻垢劑的阻垢作用阻垢劑的阻垢作用阻垢劑與水中的金屬離子形成可溶性的穩(wěn)定配合物，從而避免了金屬離子與陰離子結(jié)合為垢類物質(zhì)。用陰離子或非離子型聚合物把形成垢的

9、懸浮顆粒包圍起來(lái)，使之帶有足夠的相同電荷，通過(guò)靜電作用，使顆粒間相互排斥，從而降低粘結(jié)能力，使成垢顆粒穩(wěn)定在分散狀態(tài)。阻垢劑摻雜在已形成的晶體結(jié)構(gòu)中，使規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，晶體顆粒不在固體表面成垢，而懸浮在流動(dòng)水中。3.阻垢劑種類阻垢劑種類 膦酸鹽 無(wú)機(jī)縮合磷酸鹽 有機(jī)膦酸鹽 膦酸酯 合成高分子電解質(zhì) 天然高分子電解質(zhì) 螯合物型阻垢劑阻垢劑非磷酸鹽系非磷酸鹽系磷酸鹽系磷酸鹽系 聚合物型（同時(shí)具有阻垢和緩蝕作用）（阻垢分散劑）4. 磷酸鹽系阻垢劑磷酸鹽系阻垢劑（1）磷酸鹽作用原理：磷酸鹽與水中的硬度成分反應(yīng)，使硬度成分變成懸浮沉淀物，同時(shí)，堿調(diào)節(jié)劑和鎂的硬度組分反應(yīng)，形成懸浮物。常用物質(zhì)：磷

10、酸三鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉。（2）無(wú)機(jī)縮合磷酸鹽）無(wú)機(jī)縮合磷酸鹽無(wú)機(jī)縮合磷酸鹽作用原理：在水中離解成帶磷酸根基的高價(jià)陰離子，這些陰離子強(qiáng)烈地吸附在碳酸鈣等鹽類的晶體表面，使晶體的晶格歪曲。磷酸根的高價(jià)陰離子把水中小晶粒包圍起來(lái)，互相排斥起分散作用。任何兩個(gè)相鄰的磷酸根離子均會(huì)與兩價(jià)的堿土金屬離子形成螯合物，使成垢離子濃度降低。常用物質(zhì)：聚磷酸鹽 聚偏磷酸鹽（3）有機(jī)膦酸鹽）有機(jī)膦酸鹽作用機(jī)理：在水中與成垢離子形成穩(wěn)定的螯合物。在水中與已形成碳酸鈣晶體中的鈣形成穩(wěn)定螯合物。在水中形成的螯合物包圍碳酸鈣小晶粒，使晶粒不能進(jìn)一步長(zhǎng)大。破壞碳酸鈣晶體，使晶格發(fā)生畸變。常用物質(zhì)：羥基亞乙基二磷酸鹽（

11、HEDP）； 乙二胺四亞甲基膦酸鹽（）等。.聚合物型阻垢劑聚合物型阻垢劑（阻垢分散劑）（阻垢分散劑）是水溶性聚合物，加入水中對(duì)固體微粒具有較好分散性能。包括合成高分子聚合物和天然高分子聚合物。（）天然高分子聚合物木質(zhì)素淀粉丹寧（）合成高分子聚合物（）合成高分子聚合物均聚物（聚丙烯酸（鈉）PAA，聚甲基丙烯酸PMAA）陰離子型二元共聚物（丙烯酸/馬來(lái)酸共聚物，PAA富馬酸/烯丙基磺酸共聚物FA-PSA）多元共聚物（丙烯酸/丙烯酸甲酯/丙烯酰胺共聚物）非離子型均聚物 （聚丙烯酰胺PAM，部分水解的聚丙烯酰胺）陽(yáng)離子型均聚加成物（聚馬來(lái)酸乙醇胺加成物）阻垢劑研究動(dòng)態(tài)阻垢劑研究動(dòng)態(tài)（）非交聯(lián)無(wú)規(guī)共聚物

12、阻垢分散劑（）非交聯(lián)無(wú)規(guī)共聚物阻垢分散劑（）氧化淀粉型阻垢劑（）氧化淀粉型阻垢劑主要以丙烯酸和，烯烴不飽和酯共聚而成，對(duì)水中的磷酸鹽、硅酸鹽、碳酸鹽、等具有良好的抑垢及沉積能力，無(wú)毒，可用于各種水系統(tǒng)。由氧化多糖和含羧基的丙烯酸聚合物或馬來(lái)酸聚合物水解復(fù)合的阻垢劑。在高溫條件下，對(duì)防止水垢有極為顯著的功效。（）共聚物與有機(jī)膦化合物阻垢劑（）共聚物與有機(jī)膦化合物阻垢劑（）羧酸、磺酸、季銨三元共聚物（）羧酸、磺酸、季銨三元共聚物復(fù)配型阻垢劑，適用于工業(yè)加熱系統(tǒng)和冷卻 水系統(tǒng)。共聚物為馬來(lái)酸（或馬來(lái)酸酐)和乙烯磺酸(或其鹽的水溶液)的共聚產(chǎn)物;有機(jī)膦化合物為氨基三亞甲基膦酸或羥基亞乙基二膦酸?？捎糜?/p>

13、冷卻水、鍋爐水等各種水系統(tǒng)，可防止多種沉淀的產(chǎn)生。（）亞烷基膦酸阻垢劑（）亞烷基膦酸阻垢劑（6）多極性有機(jī)化合物和硼化物）多極性有機(jī)化合物和硼化物防止金屬離子沉淀，可復(fù)配使用，大大提高阻垢效果。復(fù)配型阻垢劑，能有效抑制無(wú)定形硅垢的形成。（7）共聚物、膦酸鹽和胺基羧酸鹽）共聚物、膦酸鹽和胺基羧酸鹽（）膦羧酸和聚合膦羧酸（）膦羧酸和聚合膦羧酸復(fù)配型阻垢劑，適用于高溫和高壓水系統(tǒng)使用。其中，共聚物為馬來(lái)酸與苯乙烯磺酸共聚，膦酸鹽為水溶性氨基磷酸鹽。復(fù)配型阻垢劑，適用于各種水系統(tǒng)?？梢种聘鞣N水垢和沉積物形成，對(duì)硫酸鈣垢抑制特別有效。二二.緩蝕劑緩蝕劑概念：添加到水溶液介質(zhì)中能抑制或降低金屬和合金腐蝕速

14、度，改變金屬和合金腐蝕電極過(guò)程的一類添加劑。緩蝕機(jī)理（1）將水由酸性調(diào)為中性或堿性-有機(jī)胺類（2）在與水接觸的金屬表面上形成一層或薄或厚的膜，將金屬表面與水環(huán)境隔離，從而達(dá)到目的。分類（按成膜機(jī)理）緩蝕類型緩蝕類型緩蝕劑緩蝕劑保護(hù)膜特征保護(hù)膜特征鈍化膜型（氧化膜型）鈍化膜型（氧化膜型）鉻酸鹽、亞硝酸鉻酸鹽、亞硝酸鈉、鉬酸鹽、鎢鈉、鉬酸鹽、鎢酸鹽等酸鹽等致密、膜較薄與金致密、膜較薄與金屬結(jié)合緊密，緩蝕屬結(jié)合緊密，緩蝕性能好性能好沉淀膜型沉淀膜型水中離子型水中離子型聚磷酸鹽、鋅鹽聚磷酸鹽、鋅鹽多孔、膜厚、與金多孔、膜厚、與金屬結(jié)合不緊密屬結(jié)合不緊密金屬離子型金屬離子型巰基苯駢噻唑巰基苯駢噻唑苯駢三

15、氮唑苯駢三氮唑較致密、膜較薄較致密、膜較薄吸附膜型吸附膜型有機(jī)胺、硫醇類、有機(jī)胺、硫醇類、表面活性劑、木表面活性劑、木質(zhì)素等質(zhì)素等在非清潔表面吸附在非清潔表面吸附差差.無(wú)機(jī)緩蝕劑無(wú)機(jī)緩蝕劑（1）鉻酸鹽）鉻酸鹽成膜類型：鈍化膜。常用的鉻酸鹽：重鉻酸鈉、重鉻酸鉀、鉻酸鈉、鉻酸鉀等。優(yōu)缺點(diǎn)：具有效率高、對(duì)不同水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，沒(méi)有細(xì)菌繁殖、價(jià)格低；但毒性很大，易對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。鉻酸鈉（鉻酸鈉（Na2CrO4.4H2O）的生產(chǎn)工藝）的生產(chǎn)工藝（2）鉬酸鹽）鉬酸鹽成膜類型：鈍化膜優(yōu)缺點(diǎn)：氧化性低于鉻酸鹽，但價(jià)格較高。使用方法：采用復(fù)配形式以較高含量的鉬酸鹽為基礎(chǔ)，同時(shí)含有較低濃度的有機(jī)磷酸鹽；利用低濃度

16、鉬酸鹽，同時(shí)使用有機(jī)磷酸鹽或鋅鹽。（3）鎢鎢酸鹽酸鹽成膜類型：鈍化膜優(yōu)點(diǎn)：鎢酸鹽水處理劑無(wú)毒無(wú)公害，開(kāi)發(fā)前景廣闊。有機(jī)緩蝕劑有機(jī)緩蝕劑主要用于鍋爐水處理、油田注水或污水回用及酸性介質(zhì)中材料與設(shè)備的保護(hù)。使用的有機(jī)緩蝕劑主要為有機(jī)胺類。緩蝕劑研究動(dòng)態(tài)緩蝕劑研究動(dòng)態(tài)（）國(guó)內(nèi)外緩蝕劑的理論研究（）國(guó)內(nèi)外緩蝕劑的理論研究緩蝕作用機(jī)理在緩蝕系統(tǒng)中電化學(xué)測(cè)試技術(shù)和方法用于局部腐蝕的緩蝕劑油氣工業(yè)的緩蝕作用處理技術(shù)不同介質(zhì)及狀態(tài)下的腐蝕與緩蝕作用不同領(lǐng)域緩蝕劑的應(yīng)用其它性能對(duì)緩蝕性能的影響（2）.緩蝕劑的開(kāi)發(fā)緩蝕劑的開(kāi)發(fā)高效、廉價(jià)的新型緩蝕劑（主要是有機(jī)緩蝕劑）的開(kāi)發(fā)。與目前廣泛使用的緩蝕劑能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的

17、藥劑開(kāi)發(fā)。緩蝕與阻垢等多功能兼有的綜合藥劑的開(kāi)發(fā)。（3）.配方研究配方研究全有機(jī)配方鋅鹽和磷酸鹽配方磷酸系配方丙烯酸-丙烯醚共聚物配方亞硝酸鹽配方鋁系配方丹檸酸配方硬水中穩(wěn)定的緩蝕劑配方銅緩蝕劑配方三三.絮凝劑絮凝劑概念：在水處理過(guò)程中，凡是能使水溶液的溶質(zhì)、膠體或懸浮物顆粒產(chǎn)生絮狀沉淀的物質(zhì)都叫絮凝劑或統(tǒng)稱為混凝劑。絮凝過(guò)程：絮凝劑中和懸浮顆粒，絮凝劑的橋聯(lián)作用使絮凝顆粒粗大化，形成絮狀沉淀。分類：無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑、微生物絮凝劑。.無(wú)機(jī)絮凝劑無(wú)機(jī)絮凝劑（1）常用物質(zhì)）常用物質(zhì)名稱適用PH值范圍名稱適用PH值范圍名稱適用PH值范圍聚合硫酸鐵（ PFS ）聚合氯化鐵硫酸亞鐵4.0114.0

18、118.011聚合氯化鋁(PAC)聚合硫酸鋁硫酸鋁(AS)6.08.56.08.56.07.8硫酸鋁鉀6.08.0又稱為聚鐵或硫酸聚鐵，有液體和固體兩種形式。聚合硫酸鐵聚合硫酸鐵（ PFS)投藥劑量低適應(yīng)的水質(zhì)條件較寬基本不用控制溶液的PH值絮凝速度快，礬花較大脫色、除重金屬離子，降低水中的COD、BOD濃度和提高加氯殺菌效果等聚合硫酸鐵聚合硫酸鐵（ PFS)的特點(diǎn)的特點(diǎn)合成過(guò)程：含鋁灰渣或明礬石 酸溶液反應(yīng) 聚合沉降 液體聚合氯化鋁 稀釋過(guò)濾 濃縮結(jié)晶 固體干燥 產(chǎn)品包裝鹽酸鹽酸聚合氯化鋁聚合氯化鋁(PAC)又稱為聚鋁或堿式氯化鋁，為黃色固體或溶液。聚合氯化鋁聚合氯化鋁(PAC)的特點(diǎn)的特點(diǎn)

19、適用水質(zhì)范圍較寬；相對(duì)于硫酸鋁而言，混凝效果隨溫度變化較?。恍纬尚躞w速度快，沉淀性能好，投加量較小；適宜PH值范圍在59之間，過(guò)量投加一般不會(huì)出現(xiàn)膠體的再穩(wěn)定現(xiàn)象；對(duì)設(shè)備的腐蝕作用小，對(duì)水質(zhì)影響不大。（2）無(wú)機(jī)絮凝劑的使用特點(diǎn)）無(wú)機(jī)絮凝劑的使用特點(diǎn)無(wú)機(jī)絮凝劑有各自適用的PH值范圍。為提高絮凝劑與懸浮物的接觸次數(shù)，充分進(jìn)行電荷中和反應(yīng)，需要加強(qiáng)攪拌。一般在投加無(wú)機(jī)絮凝劑后，進(jìn)行PH值的調(diào)整，是其充分反應(yīng)后，再投加高分子絮凝劑。5.有機(jī)高分子絮凝劑有機(jī)高分子絮凝劑（1）高分子絮凝劑應(yīng)具備的條件具有水溶性應(yīng)有吸附活性基在水中應(yīng)有廣泛的分布n由于氫鍵結(jié)合，靜電結(jié)合、范德華力等作用對(duì)膠粒有較強(qiáng)的吸附結(jié)合力。n因?yàn)楦呔酆隙鹊木€型高分子在溶液中保持適當(dāng)?shù)纳煺剐螤?，從而發(fā)揮吸附架橋作用把許多工作細(xì)小顆粒吸附后，纏結(jié)在一起。（2）有機(jī)高分子絮凝劑的作用原理陽(yáng)離子型、陰離子型和非離子型。優(yōu)點(diǎn)：與無(wú)機(jī)絮凝劑相比，有機(jī)絮凝劑用量少， PH值適用范圍廣，受環(huán)境因素影響小，處理效果好。（3）.有機(jī)高分子絮凝劑的種類和優(yōu)點(diǎn)有機(jī)高分子絮凝劑的種類和優(yōu)點(diǎn)有機(jī)高分子絮凝劑應(yīng)用表有機(jī)高分子絮凝劑應(yīng)用表類型適宜PH值值適用范圍效果陽(yáng)離子型在中性與酸性特別有效有機(jī)物膠體溶液提高脫水、過(guò)濾、澄清。陰離子型弱酸性至弱堿性無(wú)機(jī)物促進(jìn)沉降過(guò)濾非離子型中性與堿性特別有效無(wú)機(jī)物、有機(jī)物促進(jìn)沉降過(guò)濾陽(yáng)離子型