在工业水处理技术中又以工业给水处理技术为重点。在工业水处 理技术的发展历史上,早期曾沿用了水质稳定的概念,这一概念起 源于1936年美国朗格利尔( Langlier)教授提出的饱和指数S.及 其对水质稳定性的预测和判断。 饱和指数 I= ph 式中pHa-水的实测pH值; pHl——水的饱和pH值,可由公式计算或由图表查得。 如,S.Ⅰ<0,水呈腐蚀趋势; S.Ⅰ>0,水呈结垢趋势; S.Ⅰ=0,处于水质稳定。 后经Ryma修改后提出 Ryna稳定指数R.I, RI=phS + pHe 如,R.Ⅰ>6.0,水呈腐蚀趋势; R.I<6.0,水呈结垢趋势; R.I=60,处于水质稳定。 由于以上指数存在一定的局限性:首先,它们的导出是针对水 中GaCO3结垢而事实上水中成垢组分不单纯是CaCO3,可以包括 其他众多的盐类和化合物。其次,当时导出指数的概念是针对城 市自来水,而工业水具有温度变化等与自来水不同的特点。此外, 上述指数主要考虑水的结垢因素但对水的腐蚀以及水中菌藻等 引起的微生物粘泥的影响尚未考虑和包括进去。因而以上指数的 计算可作为参考但存在较大的局限性,这也同时反映了原先水质 稳定概念的局限性。因而近年来已逐渐将原先水质稳定技术改为 以工业水处理技术来代替即在水中投加缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂 等化学药剂,以控制水的腐蚀结垢和微生物粘泥的技术,这样似 更为确切。 国内外工业水处理技术中采用的缓蚀剂,60年代以铬酸盐和 亚硝酸盐等为主,由于它们的毒性大,至七八十年代由于受到环境 的限制而且逐渐为磷酸盐所取代,包括聚合磷酸盐如六偏磷酸钠
三聚磷酸钠以及有机膦酸盐ⅠDP(羟基乙川二膦酸盐)、EDMP (乙二胺四甲叉膦酸盐)等。然而近年来由于磷的排放将引起水域 富营养化而产生“赤潮”公害,各国纷纷开始提出禁磷或限磷要求, 因而全有机系列的水处理缓蚀剂以及钼系、钨系、硅系等无公害水 处理缓蚀剂相继得到开发并逐步被推广应用。在水处理阻垢剂方 面,早期也曾应用天然阻垢剂,如木质素类淀粉类以及腐植酸类 阻垢剂。目前国内外应用最为广泛的阻垢剂则为有机膦酸盐和高 分子聚羧酸类,如聚丙烯酸聚马来酸酐等。在水处理杀菌灭藻剂 方面,原先氧化型杀菌剂,如氯次氯酸钠次氯酸钙等最为普遍, 后来又发展为二氧化氯等,然而加氯消毒后引起产生的副产物 THM(三卤代甲烷)因确认为致癌物质,因而目前应用的杀菌灭藻 剂已扩大到臭氧等非含氯的氧化型杀菌剂,以及以季铵盐如十二 烷基二甲基苄基溴化铵等为代表的非氧化型杀菌剂。 综观上述水处理技术发展的简史和现状,不难看出,水处理技 术尤其是水处理药剂今后将以以下的趋势和方向发展。 (1)从有毒有公害的药剂向低毒、无毒、无公害药剂方向发 展 早期应用的铬酸盐、亚硝酸盐等水处理,由于它的高毒性,如 Cr1的排放标准为005mg/L,因而在敞开式循环水装置已禁止使 用。对磷系水处理剂目前仍在较大范围应用,但有的国家已提出 禁磷、限磷措施,要求磷的排放小于1mg/L,因此低毒、无毒、无公 害的水处理药剂将是一个发展方向。例如钼系水处理剂,其耐受 极限值Tm0约为铬酸盐的10倍,说明它的毒性很小。此外钨 系水处理剂,因原料取自我国丰富的自然资源价格较为低廉,缓 蚀效果好,低毒无公害,因而具有广阔的应用前景。 (2)由不易生物降解药剂向易生物降解药剂方向发展 目前应用的水处理阻垢剂,如聚丙烯酸、聚马来酸酐等聚羧 酸,虽有良好的阻垢性能,但它们的生物降解性较差,对生产厂和 使用厂的废水处理增加负担,排放于周围水域不易生物降解,从长
远来看,会造成不良的环境影响。近年来,国内外研究开发的新型 阻垢剂_一聚天冬氨酸等则具有比聚丙烯酸、聚马来酸酐更好的 易生物降解性,因而是一种绿色化学品,而且是有发展前途的新型 水处理药剂。 (3)由单一的水处理药剂向复合的多功能水处理药剂方向发 展 过去使用的水处理药剂,一般它们的功能单一,因而在水处理 过程中常需分别投加缓蚀剂、阻垢剂与杀菌剂,今后水处理工作者 将更多地巧妙利用药剂之间的协同效应( Synergistic effect),研究开 发出新型复合配方,以提高其水处理的综合效果。而且将来在进 步研究掌握药剂的结构与性能规律的基础上,从分子结构和官 能团结构方面设计出兼具缓蚀、阻垢、杀菌等性能的新型多功能药 剂,这将大大提高和促进水处理药剂和技术的水平。当然在这方 面深入开展水处理药剂的协同效应及复配机理的研究将至关重 要 10
第2章水中的杂质与水质标准 2.1天然水中的杂质 由于水是溶解能力很强的溶剂,又与外界环境如空气、地壳土 壤等广泛接触,因而水中必然含有多种杂质,而水的处理或水的净 化其实质就是通过各种技术去除水中有关杂质以获得一定水质 标准的纯净水以供饮用或满足工业要求。因此我们在研究各种水 处理技术前,应重视了解水中的各类杂质。 天然水中的杂质首先可来自地壳或土壤,地壳的组成如表2 l所示。 表2-1地壳的组成 地壳组成百分组成%地壳组成百分组成% 46.43 2.85 K 2.6 8.13 2.09 其他 <1.0 地壳中以上组成,可能溶解进入水体,并形成水中的部分杂 质。此外已污染的大气中,H2S、SO2NO2等气体也可能溶入水体
构成水中的杂质。 因此水中的杂质可分为3类,那就是:①溶解物,②胶体颗 粒,③悬浮物。它们的颗粒大小与外观如表2-2所示。 表2-2水中杂质颗粒大小与外观 溶解物 胶体颗粒 悬浮物 颗粒大小0.1mm-1.0nm 1.0rm~】00m lgm- lmm 外观 透明 光照下浑浊 浑浊甚至肉跟可见 水中各类杂质对工业水的运行和饮用水的安全产生的不同影 响,举例如下。 (1)悬浮物及胶体颗粒类。如水中的细菌会致病或引起设备 的腐蚀。水中的藻类会引起水带有臭味并导致水的色度和浑浊度 升高。水中的泥沙或粘土也将引起水的浊度提高而产生腐蚀或结 垢等。 2)溶解物类。溶解于水中的杂质一个大类是各种盐类,例 如钙镁盐将促使水的碱度和硬度增高而生成水垢;水中氯化物增 高会促进设备和管道的腐蚀,尤其是点腐蚀;水中的铁盐和锰盐过 高,则将使水带异味和色度增加,也将促进腐蚀等。溶解物中另 大类则为溶于水中的各种气体。如水中溶解氧浓度增高,将促进 金属的腐蚀;水中CO2含量增加将使水的酸性增加而促进腐蚀; 而水中H2S含量高则将使水带有臭味,并增加水的酸性,促使设备 的腐蚀。 由于各类水和各地水中杂质的种类及含量有较大的差异,使 它们构成了不同类型的水,如地表水、地下水、海水等,也构成了各 个地区的不同的水质,如表2-3所示