第六章水处理（剂）化学品 Chapter 6 Chemicals for Water-treatment

第六章水处理（剂）化学品Chapter 6 Chemicals for Water-treatment

目录 6.1 概述 6.2 凝聚剂和絮凝剂 6.3 阻垢剂及阻垢分散剂 6.4 杀菌灭藻剂

第六章水处理（剂）化学品 第一节概述

概述 • 水 • 水是生命的源泉 • 水是人类赖以生存的物质基础 • 水是地球上最为宝贵的自然资源之一 • 水处理 • 目的：提高水质、节约用水和保护环境 • 水处理化学品 • 又称水处理剂，是为了除去水中的大部分有害物质（如腐蚀物、金属离子、污垢及微生物等），得到符合要求的民用或工业用水而在水处理过程中添加的化学药品。

概述 • 水处理化学品的分类 • 按应用目的 • 净化水质，保证水质条件符合使用要求 • 离子交换树脂、絮凝剂、杀菌灭藻剂等 • 保证工业生产及用水设备的长期安全运行 • 阻垢剂、缓蚀剂等 • 按产品的性能和用途 • 凝聚剂和絮凝剂、阻垢剂及阻垢分散剂、杀菌灭藻剂、缓蚀剂、离子交换树脂等10大类，30余种。

第六章水处理（剂）化学品 第二节凝聚剂和絮凝剂

一、凝聚剂及其生产技术 • 凝聚剂：使胶体粒子表面改性（静电中和）或由于压缩双电层而产生脱稳作用的化学品称为凝聚剂。

概述 • 胶体分散体系：分散相颗粒在1～100nm之间 • 胶体和固液悬浮体：质点表面都带有电荷,电荷吸附形成双电层 • 胶体或悬浮颗粒相互间的静电作用力使颗粒能够维持稳定悬浮

双电层与ξ电位 滑动面和均匀液相之间的电位差，称ξ电位 zeta电位愈高，胶粒间的静电斥力愈大

一、凝聚剂及其生产技术 • 凝聚剂：使胶体粒子表面改性（静电中和）或由于压缩双电层而产生脱稳作用的化学品称为凝聚剂。 • 无机凝聚剂：主要是水溶性的两价或三价的金属盐，铝、铁、钙盐等。 • 无机聚合物：兼有凝聚和絮凝两种功能（混凝），聚合氯化铝、聚合硫酸铁等。

二、絮凝剂及其生产 • 絮凝剂：使脱稳后的胶粒通过粒间搭桥和卷扫作用黏结在一起的化学品称为絮凝剂。

球磨机 雷蒙磨鄂式破碎机（一）硫酸铝 • 硫酸加压分解铝土矿法１、原料 • 粉碎设备

（一）硫酸铝 ２、反应原理３、生产流程凝聚剂：聚丙烯酰胺，加速残渣沉降，残渣用作水泥填料。

（二）聚合氯化铝 • 铝屑酸溶法１、原料：废铝屑、工业盐酸２、反应原理 • 溶出反应 • 水解反应 • 聚合反应３、生产流程操作技术要点：原料计量、反应过程吸收HCl,控制温度、时间、PH值等

（三）聚合硫酸铁 • 硫酸亚铁催化氧化聚合法１、原料：废铁屑、硫酸２、反应原理 • 硫酸亚铁制备 • 催化氧化聚合３、生产流程固体产品制备：喷雾干燥法

二、絮凝剂及其生产 • 絮凝剂：使脱稳后的胶粒通过粒间搭桥和卷扫作用黏结在一起的化学品称为絮凝剂。 • 絮凝剂主要是天然和人工合成的水溶性高分子化合物。 • 天然高分子絮凝剂 • 水溶性淀粉、瓜尔胶、壳聚糖、骨胶等 • 合成高分子絮凝剂 • 离子型水溶性聚合物（聚电解质），兼具凝聚和絮凝作用，水处理剂中占重要地位。 • 非离子型水溶性聚合物，无凝聚作用，市场需求量少。

（一）壳聚糖（chitosan） • 来源：甲壳类动物骨骼 • 制备：甲壳素经脱乙酰化制得 • 用途： • 作絮凝剂用于水处理、食品工业 • 医药工业、纺织工业、饲料工业、化妆品、环境保护等

甲壳素（chitin）与壳聚糖（ chitosan）

壳聚糖的生产 1、提取甲壳素 • 虾皮、蟹壳为原料 • 甲壳素不溶于水，应用受限。 2、甲壳素脱乙酰化 • 方法：氢氧化钠水解 • 目的：转化为可溶性甲壳素，即壳聚糖。

均聚共聚合成高分子絮凝剂水解 P133 HCHO HCHO+NaHSO3 （二）聚丙烯酰胺 HCHO+NH(CH3)2 （三）聚丙烯酰胺衍生物（四）丙烯酰胺共聚物

（二）聚丙烯酰胺PAM 1、单体 • 主要物理性质 • 主要化学性质 • 状态：白色结晶固体，m.p.84.5℃ b.p. 125 ℃ • 溶解性：易溶于水 • 丙烯酰胺商品：固体物或50%水溶液

（二）聚丙烯酰胺PAM 2、聚合生产工艺技术（1）理论基础 ①聚合反应原理 ◆聚合反应类型 • 自由基聚合 ◆聚合方法 • 溶液聚合、反相乳液聚合 ◆引发方式 • 引发剂、超声波、紫外线、离子气体、等离子体、高能辐射

（二）聚丙烯酰胺PAM 2、聚合生产工艺技术（1）理论基础 ②水溶液聚合生产技术问题 ◆如何及时导出聚合热 ◆如何降低残余单体（不挥发）含量 ◆如何将高黏度流体干燥脱水转变为固体产品 ◆如何自由控制产品分子量

（二）聚丙烯酰胺PAM 2、聚合生产工艺技术（1）理论基础 ③产品分子量的控制：易聚合得到超高分子量产品 ◆使用链转移剂：异丙醇 ④聚合温度控制：反应热效应很大 ◆避免高温交联-高温交联的原因？ ⑤金属离子的控制 ◆Fe3+的阻聚作用

（二）聚丙烯酰胺PAM 2、聚合生产工艺技术（2）工业生产技术路线 ①水溶液聚合 ◆聚合体系组成去离子水单体水溶液引发剂链转移剂、螯合剂适应低温反应分子量、金属离子控制 O2阻聚作用

适应低温反应 分子量、金属离子控制 O2阻聚作用（二）聚丙烯酰胺PAM 2、聚合生产工艺技术（2）工业生产技术路线 ①水溶液聚合 ◆聚合工艺控制 ◆传热如何控制？ ◆如何降低残余单体（不挥发）含量? ◆如何将高黏度流体干燥脱水转变为固体产品?

（二）聚丙烯酰胺PAM 2、聚合生产工艺技术（2）工业生产技术路线 ②反相乳液聚合 ◆聚合体系组成 ◆分散相单体水溶液引发剂水溶性表面活性剂、螯合剂 ◆连续相有机溶剂、油溶性表面活性剂

Water H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O Oil oil oil oil oil oil oil oil oil 乳液基本类型乳液聚合分散情况反相乳液聚合分散情况油包水型水包油型 Waterin Oil Oil in Water W/O表示 O/W表示油溶性单体（小液滴）单体水溶液（小液滴）

RETURN （二）聚丙烯酰胺PAM 2、聚合生产工艺技术（2）工业生产技术路线 ②反相乳液聚合 ◆聚合工艺控制 ◆优点反应热容易导出（体系黏度低）产品分子量高可不经干燥，乳液直接应用 ◆缺点有机溶剂易燃、有效生产能力低

（三）聚丙烯酰胺衍生物 1、聚丙烯酰胺的化学性质（1）水解反应（2）磺甲基化反应（3）曼尼奇（Mannich）反应（4）霍夫曼（Hofmann）降解反应

RETURN （三）聚丙烯酰胺衍生物 2、聚丙烯酰胺衍生物的生产技术（1）水解聚丙烯酰胺（HPAM）聚合同时水解：27%丙烯酰胺水溶液（2）磺甲基聚丙烯酰胺 • 原料： 2%聚丙烯酰胺水溶液（3）氨甲基聚丙烯酰胺 • 原料： 2%聚丙烯酰胺水溶液（4）聚乙烯亚胺 • 原料： 2%聚丙烯酰胺水溶液水解度70% 取代度50% 三元共聚物

（四）丙烯酰胺共聚物 • 共聚特点 • 聚合速率、聚合物分子量＜丙烯酰胺均聚反应 • 共聚单体 • 丙烯酸、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸酐、苯乙烯磺酸等 • 共聚方法 • 与均聚类似：溶液聚合、乳液聚合等二甲基二烯丙基氯化铵甲基丙烯酸二甲氨基乙酯

1、丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化铵共聚物

真空管路氮气管路 1、丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化铵共聚物回流冷凝器氮气（1）生产方法 • 溶液聚合、反相乳液聚合（2）溶液聚合生产工艺技术 • 补加活泼单体法 • 二次投料时，丙烯酰胺单体水溶液1h时内分四阶段加入，分别加入29%、26%、24%、21% 去离子水单体1水溶液单体2水溶液冷却水引发剂反应釜 35±1℃ 加热介质出料造粒流化床干燥白色粒状产品补加活泼单体法

2、丙烯酰胺-甲基丙烯酸二甲氨基乙酯共聚物 氮气管路氮气回流冷凝器分离器（1）乳液聚合工艺 • 反相乳液聚合 • 体系组成 • 单体水溶液 • 有机溶剂、油溶性表面活性剂、油溶性引发剂去离子水单体1、2 引发剂水、有机溶剂转相剂冷却水蒸汽配料罐反应釜 60~65℃ 冷凝水有机溶剂出料表面活性剂白色触变乳液引发剂

氮气管路氮气分离器去离子水单体1、2 AIBN 回流二甘醇二乙醚冷却水蒸汽配料罐反应釜 60~65℃ 冷凝水己烷出料 Span-60 白色触变乳液 AIBN 2、丙烯酰胺-甲基丙烯酸二甲氨基乙酯共聚物（2）乳液聚合操作技术 • 共聚 • 加水→加单体→加己烷、Span-60、AIBN →充氮聚合→补加AIBN聚合 • 脱水 • 加醇 • 除烃水、有机溶剂

小结summary 凝聚剂及其生产：作用机理、主要类型絮凝剂及其生产：作用机理、主要类型天然高分子絮凝剂：主要品种合成高分子絮凝剂：主要品种

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