绿色水处理剂研究及未来展望.docx
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绿色水处理剂研究及未来展望
**学院毕业论文（设计）
学生姓名
***
论文名称
绿色水处理剂研究及未来展望
院（系）名称
化学与化工学院
专业名称
应用化工技术
年级班级
20**级**班
指导教师姓名
***
指导教师职称
助教
内容摘要…………………………………………………………………………………1
关键词…………………………………………………………………………………1
Abstract…………………………………………………………………………………1
Keywords………………………………………………………………………………1
引言……………………………………………………………………………………2
1.绿色水处理剂………………………………………………………………………2
2.绿色水处理剂的特点：
………………………………………………………………2
3．水处理剂生产和使用过程中存在的问题…………………………………………3
3.1.1絮凝剂产生的二次污染问题………………………………………………3
3.1.2其他水处理剂存在的问题…………………………………………………3
4．绿色水处理剂的使用现状…………………………………………………………4
4.1对现有水处理剂进行改性……………………………………………………4
4.2采用稳定的催化剂和无毒溶剂，实现绿色工艺……………………………4
5.新型绿色水处理剂………………………………………….………………………5
5.1V聚天冬氨酸PASP……………………………………………………………5
5.2微生物絮凝剂…………………………………………………………………5
6．近些年来的绿色水处理剂技术…………………………………………………….6
6.1 膜分离技术………………………………………………………………….6
6.2 绿色氧化技术 ………………………………………………………………7
6.2.1 超临界水氧化技术（ＳＣＷＯ）………………………………………7
6.2.2光催化氧化技术 ……………………………………………………7
6.2.3 无毒药剂催化氧化技术………………………………………………8
6.2.4 电化学氧化技术 ……………………………………………………8
6.2.5 臭氧一生物氧化技术…………………………………………………8
6.3绿色中和技术 ………………………………………………………………8
6.4 绿色絮凝技术…………………………………………………………………9
6.5 超声波技术……………………………………………………………………9
7.绿色水处理剂的发展趋势…………………………………………………………9
8.水处理剂发展应追求绿色化………………………………………………………10
参考文献……………………………………………………………………………….11
致谢……………………………………………………………………………………12
内容摘要：
绿色水处理剂是水资源保护的重要环境材料,在水环境治理中发挥着重要作用,在系统分析当前水处理剂生产和使用过程中存在的问题时,发现二次污染和生产过程中的环境污染问题是目前我国水处理剂特别是絮凝剂存在的主要问题,指出绿色水处理剂及其清洁化生产工艺将是我国水处理化学品下一步的主要发展方向。
关键词：
绿色水处理剂二次污染清洁化生产研究发展趋势
Abstract：
Greenwatertreatmentagentiswaterconservationimportantenvironmentalmaterials,waterenvironmentplaysanimportantroleinthesystematicanalysisofcurrentproductionanduseofwatertreatmentproblemsintheprocess,wefoundthatsecondarypollutionoftheenvironmentandproductionprocessChina'swaterpollutionproblemisparticularlyflocculantagentmainproblems,thatgreenwatertreatmentagentandthecleanproductionprocessofwatertreatmentchemicalswillbethenextmajordevelopment.
Keywords：
greenwatertreatmentagent，secondarypollution，cleanproduction,research，developmenttrends;
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。
3．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CaCO3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:
（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。
5.新型绿色水处理剂
5.1V聚天冬氨酸PASP
PASP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多，絮凝性越差；絮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。
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.ｌ 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（ＭＦ）、超滤（ＵＦ）、纳滤（ＮＦ）反渗透（ＲＯ）和电渗析等。
近年来这些技术在水处理的应用愈来愈显示生命力。
世界上每天约有５００万ｍ 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。
ＮＦ膜在水的软化方面显示了其它技术无可比拟的优越性，ＮＦ９０膜在海岛饮用水制备中可有效地去除对人体健康不利的Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等硬度。
在较低的操作压力（＜１．０ＭＰａ）下，总脱盐率≥８ｌ％，产水量可达１４４ｔ／ｄ，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Ｈ２ＳＯ４和Ｚｎ的污染，并把溶解固体浓缩到１９０ｇ／Ｌ，再进行多效蒸发来回收多余的Ｎａ２ＳＯ４。
浓缩的Ｈ２ＳＯ４和ＺｎＳＯ４溶液则返回凝固浴再用，淡化水中的总溶解固体（ＴＤＳ）下降到０．７ｇ／Ｌ以下，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。
6.２ 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。
6.２.1 超临界水氧化技术（ＳＣＷＯ）
ＳＣＷＯ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（Ｔ＞６１７．５Ｋ，Ｐ＞２２．０５ＭＰａ）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害有机物的反应介质。
有机物、空气或氧气和水在２５Ｍｔ ａ和６７３Ｋ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，９９．９９ ％以上的有机物可被迅速氧化成ＣＯ－ＮＨＯ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。
6.２.2光催化氧化技术
光氧化最常用的催化剂是 ＴｉＯ２、Ｈ２Ｏ２－草酸铁等无机试剂。
通常的悬浮相ＴｉＯ２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ＴｉＯ２负载在海沙上，作为光氧化反应的催化剂克服了上述缺点。
还可将ＴｉＯ２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ＴｉＯ２催化降解有机物时，可利用太阳能来代替ＵＶ光源。
6.２.３ 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Ｆｅｎｔｏｎ试剂法相比，ＣＯＤ去除率提高了１．７５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。
6.２.４ 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ＴｉＯ２作为工作电极和光催化剂，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Ｋ、铬黑Ｔ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Ｏ２时，经３０ｍｉｎ放电处理，苯乙酮降解率可达９２％。
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。
6.２.５ 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。
6.３ 绿色中和技术
因为ＭｇＯＨ ２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。
6.４ 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、ＤＮＡ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。
6.５ 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２０ｋＨｚ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。
随着人们环境意识的增强和可持续发展的要求，正确解决环境安全与杀生效果之间的矛盾是水处理杀生剂领域所面临的挑战。
8.水处理剂发展应追求绿色化
从可持续发展战略出发，绿色化无疑是21世纪水处理剂发展的中心战略。
水处理剂产品的绿色化，水处理剂生产用原材料和转化试剂的绿色化，水处理剂生产反应方式的绿色化，水处理剂生产反应条件的绿色化已经成为自然科学的学科前沿和重点研究开发方向。
作为专用化学品的水处理剂，其发展战略与绿色化学密切相关。
绿色化学就是用化学的技术和方法，从根本上减少或消灭那些对人类健康或环境有害的原料、产物、副产物、溶剂和试剂等的产生和应用。
显然，绿色化学的总体思路是从根本上消灭污染源，使得废物不再产生，不再有废物处理问题。
而过去发明的许多有关化工“三废”治理的方法均不属于绿色化学之列，因为这些方法对污染是终端控制而不是始端预防。
参考文献
[1]郑书忠.水处理药剂及其应用.北京:
中国石化出版社,2003.100~104
[2]谢陈鑫;操卫平;冯玉军;鲁红升。
绿色水处理剂的研究现状与发展趋势。
精细石油化工进展。
第7卷，第6期。
2006年。
[3]张秋禹.绿色水处理剂的研究与应用[J].安徽大学学报,2006,30
（1）:
89-92.
致谢
本论文是在导师***教授悉心指导下完成的。
导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。
不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。
本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。
在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！
本论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。
感谢老师的指导和帮助，在此表示深深的感谢。
没有他们的帮助和支持是没有办法完成我的专科论文的，同窗之间的友谊永远长存。
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