企業(yè)動態(tài)
工業(yè)水處理劑生產(chǎn)工藝研究
2015/1/6
隨著工業(yè)的不斷進步,我國工業(yè)對水處理劑需求量不斷的增長,如何低成本的生產(chǎn)工業(yè)水處理劑,成為行業(yè)內(nèi)亟待解決的問題。這里,小編通過查閱相關文獻資料對工業(yè)水處理劑生產(chǎn)工藝(主要有機膦試劑,聚合物,殺菌滅藻劑)總結如下:
技術簡介:
本生產(chǎn)工藝是一系列產(chǎn)品的成熟生產(chǎn)方案,它涵蓋了有機磷試劑、聚合物、以及殺菌滅藻類劑等,操作工藝對反應設備沒有特殊的要求,操作簡便,工藝穩(wěn)定安全,適合2噸、3噸、5噸、10噸反應釜的生產(chǎn)。水處理劑指用于水處理的化學藥劑,通常指用于污水處理的化學藥劑。 廣泛應用于化工、石油、輕工、日化、紡織、印染、建筑、冶金、機械、醫(yī)藥衛(wèi)生、交通、城鄉(xiāng)環(huán)保等行業(yè),以達到節(jié)約用水和防止水源污染的目的。 包括冷卻水和鍋爐水的處理、海水淡化、膜分離、生物處理、絮凝和離子交換等技術所需的藥劑。 如緩蝕劑、阻垢分散劑、殺菌滅藻劑等。
一、水處理劑的種類
1. 絮凝劑絮凝劑是能將水溶液中的溶質(zhì)、膠體或懸浮物顆粒產(chǎn)生絮狀物沉淀的一種物質(zhì)。按化學組成可分為無機鹽類絮凝劑和高分子絮凝劑兩大類。
無機鹽類絮凝劑的品種較少,主要是一些鋁鹽、鐵鹽及其水解聚合物等,這種絮凝劑的特點是生產(chǎn)工藝操作簡單、產(chǎn)品價格低廉,但投放過程中的用量較大。其目前在水處理劑中仍具有較大的市場。高分子絮凝劑包括無機高分子、有機高分子和微生物三大類。在國內(nèi),無機高分子絮凝劑是目前研究比較多的一類高分子絮凝劑,其產(chǎn)量占絮凝劑總產(chǎn)量的30%~60%。
當前常用的以聚合氯化鋁產(chǎn)量最高、應用范圍最廣。與無機高分子相比,有機高分子絮凝劑投加量少,效果好,使其在市場上占絕對優(yōu)勢。大量使用的有聚丙烯酸鈉(PAAS)、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯磺酸鹽、聚氧化乙烯等。尤以聚丙烯酰胺(PAM)和聚丙烯酸(PAA)的研究和應用最為深人廣泛,在美國、日本其市場占有率達80%以上,在我國也占整個合成高分子絮凝劑總量的80%左右。
2. 水質(zhì)穩(wěn)定劑水質(zhì)穩(wěn)定劑又稱水質(zhì)處理劑,是一類能夠防止工業(yè)水發(fā)生腐蝕、結垢和細菌滋生的物質(zhì),主要包括緩蝕劑、阻垢劑和殺菌劑。
2.1 緩蝕劑
在整個水處理化學品中,緩蝕劑所占的分額最大,經(jīng)過半個世紀的研究開發(fā),主要形成了無機緩蝕劑(磷酸鹽、鋅鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、鉻酸鹽等)和有機緩蝕劑(有機膦酸鹽類、有機羧酸類及含磷共聚物類等)。由于自身缺陷的存在,水處理緩蝕劑從最初的鉻酸鹽、聚磷酸鹽到有機膦酸鹽;從高磷、含金屬的配方到低磷、全有機配方;從單一配方到復合配方,顯示出水處理緩蝕劑正朝著多品種、高效率、低毒性、環(huán)保型等方向發(fā)展。
近幾年來,國內(nèi)外研究學者不斷研究開發(fā)出新品種、新配方。有機膦酸類是陰極型緩蝕劑,是目前研究最多的一個系列;有機膦羧酸共聚物同時含有膦?;汪然?,兼具有阻垢、分散、緩蝕性能。該系列已形成HEDP(ATMP),2-膦酸基-1,2,4 -三羧酸丁烷(PBTC),2-羥基膦基乙酸(HPA)和POCA 4代產(chǎn)品。
2.1.1 PBTC
PBTC是20世紀70年代后期開發(fā)應用的水處理劑。PBTC分子中同時引入-PO3H2基團和-CO2H基團,因此具有獨特的緩蝕阻垢性能。其緩蝕效果、耐氧化性均優(yōu)于HEDP和ATMP等第一代產(chǎn)品,且穩(wěn)定性能高,并具有優(yōu)異的穩(wěn)定鋅離子作用。
2.1.2 POCA
POCA是20世紀90年代開發(fā)的一種大分子有機膦酸。其結構特點是,將具有緩蝕性能的膦酰基和具有阻垢分散性能的羧基、酯基和磺酸基等官能團,通過自由基共聚反應引入到同一分子中,是一種兼具阻垢和緩蝕的多功能的低磷水處理化學品,同時也是一種有效的鋅鹽穩(wěn)定性。
2.1.3 共聚物緩蝕劑
人們發(fā)現(xiàn)某些共聚物不但具有阻垢分散作用,而且還具有緩蝕作用,因此近年來國外大力研究共聚物緩蝕劑,以代替無機磷酸鹽、鋅鹽、有機磷酸鹽或磷酸酯等緩蝕劑,用于配制不含有機磷的全有機配方。如粟田公司的馬來酸/戊烯共聚物、不飽和酚/不飽和磺酸和不飽和羧酸共聚物;片山公司的聚烷撐二醇丙烯醚/不飽和羧酸共聚物。除以上所述新型緩蝕劑外,還有氨基磷酸、烷基環(huán)氧羧酸酯、無磷鎢系緩蝕劑、有機硅緩蝕劑等。
2.2 阻垢劑
阻垢劑是一類能阻止水中致垢鹽類在設備表面沉積的物質(zhì)。一般認為,阻垢劑起阻垢作用是因為它對水中金屬離子有螯合作用、對微晶有吸附分散作用和晶格畸變作用。
經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展,阻垢劑的研究開發(fā)和應用已取得一定的成果。近年來,阻垢劑的品種豐富多樣,在工業(yè)水處理及環(huán)保要求的推動下,阻垢劑朝著多功能、高效、環(huán)保的方向發(fā)展
2.2.1 有機膦酸鹽類
有機多元膦酸鹽是目前國內(nèi)外產(chǎn)量最大、應用最廣的水處理劑,具有良好的化學穩(wěn)定性、耐高溫性,用量少、具緩蝕作用。此外,有機多元磷酸鹽對鈣、鎂、鋅、鐵等許多金屬離子具有優(yōu)異的螯合能力,故大量用于水處理中。
2.2.1.1 羥基乙叉二膦酸
羥基乙叉二膦酸(HEDP)是目前我國工業(yè)循環(huán)冷卻水處理中應用最廣的一種有機多元膦酸,對抑制碳酸鈣、水合氧化鐵等的沉積有很好的效果。HEDP廣泛應用于電力、化工、冶金、化肥等工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及熱水鍋爐、換熱器等的阻垢和緩蝕。目前我國HEDP年產(chǎn)量近萬噸,是國內(nèi)產(chǎn)量最大的水處理劑品種之一,也是國外仍廣泛使用的水處理劑。HEDP的生產(chǎn)方法有很多,其中三氯化磷-冰醋酸-水法是國內(nèi)廣泛采用的一種生產(chǎn)方法,該法近年來不斷得到改進,并形成了專利技術。
2.2.1.2 氨基三甲叉膦酸
氨基三甲叉膦酸(ATMP)不易水解,耐高溫,低毒或無毒,對碳酸鹽的防垢效果特別好,且具有一定的緩蝕性能,可作為硬度大、礦化度高、水質(zhì)條件惡劣等用水系統(tǒng)的阻垢劑,如工業(yè)循環(huán)冷卻水、油田注水、印染用水等。ATMP的合成方法較多,適合于工業(yè)生產(chǎn)的合成方法主要有2種,為亞磷酸(或三氯化磷)與銨鹽、甲醛在酸性介質(zhì)中一步合成。該方法具有原料易得、合成方法簡單、成本低和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點,適合工業(yè)化生產(chǎn)。
2.2.1.3 乙二胺四甲叉膦酸
乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)能與鐵、銅、鋅、鋁、鈣、鎂等離子中的2個或多個金屬離子螯合,形成立體結構的雙環(huán)或多環(huán)螯合物可分散于水中,使水垢的正常結晶破壞,有效地抑制各種鹽垢的生成。EDTMP化學穩(wěn)定性好,在高含量時還具有緩蝕性能,可作為工業(yè)循環(huán)冷卻水、鍋爐用水、電廠循環(huán)水及印染行業(yè)的阻垢緩蝕劑。EDTMP一般可由市場上易購到的乙二胺、甲醛、三氯化磷為原料來合成。
2.2.1.4 多氨基多醚基甲叉膦酸
進入上世紀90年代,以多氨基多醚基甲叉膦酸(PAPEMP)為代表的新型含醚有機膦酸的發(fā)展頗引人關注,由于醚鍵的引入使有機膦性能有了突破性進展。PAPEMP具有很好的鈣容忍度和優(yōu)異的阻垢、分散性能,它是作為優(yōu)異的碳酸鈣阻垢劑引入冷卻水領域的。它也可以有效地控制硅垢的形成,且具有良好的對金屬離子如鋅、錳和鐵的穩(wěn)定性。業(yè)已在國外的石化、電力、油田等部門得到應用。
2.2.1.5 聚合物類阻垢劑
聚合物阻垢劑具有阻垢效果好、熱穩(wěn)定性高、用量少等優(yōu)點,被廣泛應用于石化、化肥、電力等冷卻水系統(tǒng)。聚合物阻垢劑經(jīng)歷了天然高分子聚合物、均聚物、二元及多元共聚物、環(huán)境友好聚合物的發(fā)展歷程。由于羧基是阻碳酸鈣、硫酸鈣垢的主要官能團,而羥基、酰胺基等有利于阻磷酸鈣垢,磺酸基能有效分散金屬氧化物、穩(wěn)定鋅和有機磷酸。因此人們利用具有不同官能團的單體或它們的不同配比,共聚成具有多種水處理功能的共聚物,從而陸續(xù)開發(fā)出了一系列二元、三元甚至四元共聚物。
2.2.1.5.1 羧酸類聚合物阻垢劑
羧酸類聚合物阻垢劑是丙烯酸(AA)、馬來酸或馬來酸酐(MA),引發(fā)劑作用下,通過均聚或與其他單體共聚形成的一類水溶性高分子化合物。該類阻垢劑中的羧基官能團對Ca2+,Mg2+,Ba2+,F(xiàn)e3+等離子具有較強的螯合能力,不僅有分散、凝聚作用,還能在無機垢結晶過程中干擾晶格的正常排列,從而起到阻垢作用。20世紀80年代中期,國內(nèi)丙烯酸/丙烯酸甲酯共聚物開發(fā)成功,奠定了我國水溶性聚合物水處理劑的基礎。
2.2.1.5.2 膦基羧酸聚合物阻垢劑
有機膦酸和聚羧酸是工業(yè)水處理中較為常用的水處理劑。但隨著工業(yè)處理及環(huán)保要求的提高,綜合了有機膦酸和聚羧酸兩者優(yōu)點,具有多項水處理功能的膦基羧酸聚合物正逐步發(fā)展。該類共聚物具有優(yōu)良的阻碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣垢的性能,而且還具有較好的穩(wěn)定鋅離子和分散氧化鐵能力,是一種綜合性能較好的水質(zhì)穩(wěn)定劑。
2.2.1.5.3 含磺酸基團的聚合物阻垢劑
羧酸類均聚物阻垢劑在高鈣、高pH值條件下會產(chǎn)生難溶的鈣凝膠,有機膦酸阻垢劑在磷系、鋅系配方處理系統(tǒng)中會產(chǎn)生磷酸鈣垢和鋅垢。而含磺酸基團的聚合物阻垢劑,則能有效防止鈣凝膠的生成,對P,S,Ca,Ba,Mg等鹽垢,特別是對磷酸鈣垢和鐵垢有良好的抑制作用,且能有效地分散顆粒物,能穩(wěn)定金屬離子和有機膦酸。
2.3 殺菌劑
殺生劑是一類能殺死水中細菌和其他簡單生命體的化學品,按其作用機理不同可分為氧化型和非氧化型兩大類。
氧化型殺生劑開發(fā)較早,品種較多,主要包括:氯氣、溴系殺生劑、二氧化氯、過氧化物和臭氧等五大類。目前氯氣的用量最大,但由于易產(chǎn)生三氯甲烷,使用受到一定的限制。而二氧化氯的殺生能力約為氯氣的2.5倍,完全可以替代氯氣進行殺菌滅藻處理。近年來,隨著研究的進展,人們發(fā)現(xiàn)溴系殺生劑可以彌補氯殺生劑主要缺點,因此國外呈現(xiàn)出以溴代氯的趨勢。在非氧化型中,國內(nèi)成功研制了鹵代海因、異噻唑啉酮、季銨鹽和季膦鹽等殺生劑產(chǎn)品,但實現(xiàn)工業(yè)應用的主要以季銨鹽及其復配物為主,代表產(chǎn)品為十二烷基二甲基芐基氯化銨,目前廣泛使用的潔爾滅和新沽爾滅均屬于此類產(chǎn)品。近年來,國內(nèi)外又開發(fā)出了有代表性的季銨鹽新品種,如雙烷基季銨鹽、雙季銨鹽、聚季銨鹽等。
3. 環(huán)境友好型水處理劑
在使用各種性能良好的水處理劑過程中,人們發(fā)現(xiàn)其對環(huán)境的污染卻不可避免。比如,有機磷酸中磷的排放易產(chǎn)生富營養(yǎng)化,破壞生態(tài)平衡;鉻酸鹽、亞硝酸鹽等無機緩蝕劑具有較大的毒性;在某些水處理劑制備過程中使用的原料(如氰化物等)含有毒性,也在一定程度上限制了水處理劑的開發(fā)及應用。因此,研制開發(fā)性能良好且環(huán)境友好水處理劑是目前的研究熱門。
環(huán)境友好水處理劑又稱綠色水處理劑,是指制備過程清潔,使用過程對人體健康和環(huán)境無毒性,并可生物降解成對環(huán)境無害物質(zhì)的一類新型水處理劑。目前主要有烷基環(huán)氧羧酸鹽(AEC)、聚天冬氨酸型(PASP)和聚環(huán)氧琥珀酸型(PESA)
3.1 PASP
聚天冬氨酸是近年來受海洋動物代謝啟發(fā)而研制開發(fā)的一種生物高分子,具有優(yōu)異的阻垢分散性能和良好的生物可降解性,是目前公認的綠色聚合物和水處理劑的更新?lián)Q代產(chǎn)品,且生產(chǎn)成本較低。PASP的制備通常是先由原料合成中間體聚琥珀酰亞胺(PSI),然后將中間體在酸或堿的催化作用下,進行水解生成聚天冬氨酸(鹽),最后經(jīng)酸化、分離提純后即得到純化的PASP。其中制備中間體PSI是合成PASP的關鍵。
3.2 PESP
聚環(huán)氧琥珀酸(鈉)(PESA)是一種無磷、非氮且具有良好的生物降解性的綠色水處理劑,具有很強的抗堿性,在高鈣、高硬度水中,其阻垢性能明顯優(yōu)于常用的有機磷酸類阻垢劑。聚環(huán)氧琥珀酸的制備通常以MA為原料制得,該阻垢劑具有用量少、阻垢性能好、適用范圍廣等優(yōu)點。
技術的應用領域前景分析:
我國的水處理劑生產(chǎn)是從20世紀70年代引進大化肥裝置和石油化工裝置配套引進的,主要用于裝置的循環(huán)水的處理;其間,我國水處理劑發(fā)展出現(xiàn)了一個小高潮,許多鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)依托大專院校和科研院所生產(chǎn)了一批水處理藥劑。經(jīng)過多年發(fā)展,我國在此領域取得了一定成績,到2008年為止,我國水處理產(chǎn)品已逾百余種,但和國外發(fā)達國家相比,目前我國的水處理產(chǎn)品仍然存在著產(chǎn)品品種少、系列化水平低、專用品少、質(zhì)量參差不齊等缺點。在污水處理劑方面,國內(nèi)的起步則較晚,主要是近幾年才有所發(fā)展和創(chuàng)新,但發(fā)展勢頭較強?,F(xiàn)在,許多水處理技術工作者都把創(chuàng)新方向著力向污水處理劑研發(fā)發(fā)展,通過國外技術的消化吸收和自主創(chuàng)新,也取得了一批科研成果,正逐步向現(xiàn)實生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。目前,國內(nèi)污水處理劑的生產(chǎn)主要以有機絮凝劑為主,缺少專用的產(chǎn)品和規(guī)模化生產(chǎn)裝置,產(chǎn)品的標準化程度也不高。但另一方面來說,我國污水處理劑的發(fā)展雖然起步晚,但我們可以在國外成熟工藝技術條件下實現(xiàn)跨越式發(fā)展,發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢,利用當代最新科學技術成果,在水處理劑市場上有所作為。
一個時期以來,我國從大的政策上推行科學發(fā)展戰(zhàn)略,其中“節(jié)能減排”是其重要的組成部分。在節(jié)水治污方面也不斷有大的政策出臺,如新的《生活飲用水衛(wèi)生標準》和1985年的老標準相比,,就把水的安全衛(wèi)生指標由35項增加到106項。在國家“十一五”規(guī)劃當中,明確指出將城市污水的處理率由目前的不足30%提高到2010年的70%。為此,全國將新建污水處理廠1000多座??偼顿Y將在4000億元左右。城市污水處理費用的按量征收等因素決定,未來幾年我國水務市場年增長將保持在l5%左右。由于之前相繼發(fā)生的“松花江污染事件”和“牡丹江污染事件”,還有“太湖藍藻爆發(fā)”等國內(nèi)外影響巨大的水污染事件的發(fā)生,國家必將加大水污染治理的力度;現(xiàn)代社會與工業(yè)的快速發(fā)展和水資源匱乏、污染加劇的嚴峻形勢都在極大地促進水處理化學品新產(chǎn)品、新技術的出現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴大。所以,優(yōu)惠的政策環(huán)境、巨大的市場空間,將為國內(nèi)外水處理化學品生產(chǎn)企業(yè)提供巨大的商機。
目前世界上水處理工業(yè)市場銷售額達300多億美元,其中美國是世界上最大的水處理劑消耗國,其次是日本和西歐。近年來,隨著我國水處理行業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)技術的不斷完善,這些工業(yè)發(fā)達的國家開始轉(zhuǎn)移水處理劑的生產(chǎn),更多的從我國進口,如美國的GE和納爾科化學(NALCO),因此,這也給了國內(nèi)水處理企業(yè)一個巨大的商機。
根據(jù)國內(nèi)對工業(yè)水處理劑的需求,我公司不斷加強對水處理生產(chǎn)工藝的研究,我公司正逐步向國際領先的連續(xù)化水處理藥劑生產(chǎn)技術邁進,DCS自動化生產(chǎn)控制,以ERP為管理工具,形成了以客戶需求-原料采購-生產(chǎn)排產(chǎn)-品質(zhì)控制-產(chǎn)品入庫-物流發(fā)貨-客戶反饋為一體的供應鏈先進的管理模式,為每個產(chǎn)品的可追溯性及產(chǎn)品質(zhì)量提供了保障的同時加快了產(chǎn)品發(fā)貨速度。
關鍵字:工業(yè)水處理劑,絮凝劑,水質(zhì)穩(wěn)定劑,HEDP,PESA,POCA,PASP
上一條:砷檢測方法
下一條:HEDP產(chǎn)品系列
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