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详谈破乳剂、pH调整剂、氧化还原剂、消毒剂的作用

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发表时间:2017-08-11 10:57

详谈破乳剂pH调整剂氧化还原剂消毒剂的作用

破乳剂:有时也称脱稳剂,主要用于对含有乳化油的含油废水气浮前的预处理,其品种包括上述的部分絮凝剂和助凝剂。

在浮选过程中,有时为了提高药剂(例如捕收剂)的分散和浮选效果,需先加乳化剂,对药剂加以乳化处理;有的选矿药剂本身易于乳化,而矿浆中的乳化泡沫会影响后步工序,造成精矿溢流损失或尾矿废水对河川的污染。为此,在上述情况下需添加破乳剂加以处理。

使用破乳剂时需先调整乳浊液的pH值,对于强碱、强酸乳浊液一般需将pH值调至1~10的范围。在石油、化工、毛纺和机械加工等行业的含油乳浊液的废水处理中,除了用物理破乳方法(如加热法、膜分离法、电场破乳法)以外,也常用破乳剂进行化学处理。普遍使用的破乳剂是由多种组分构成的高分散性的混合物。对水包油型乳浊液的破乳通常用带有H+、Al3+、Fe3+等阳离子的无机物作破乳剂,如无机酸、硫酸铁等;而对油包水型乳浊液的破乳,一般用阴离子型和非离子型表面活性剂或两者的混合物作为破乳剂。

由于一些固体难溶于水,当这些固体一种或几种大量存在于水溶液中,在水力或者外在动力的搅动下,这些固体可以以乳化的状态存在于水中,形成乳浊液。理论上讲这种体系是不稳定的,但如果存在一些表面活性剂(土壤颗粒等)的情况下,使得乳化状态很严重,甚至两相难于分离,最典型的是在油水分离中的油水混合物以及在污水处理中的水油混合物,在此两相中形成比较稳定的油包水或者水包油结构,其理论基础是“双电层结构”。

在此情况下,投入一些药剂,以破坏稳定的双电层结构,以及稳定乳化体系,从而达到两相分离的目的。使用的这些为了达到破坏乳化作用的药剂称之为破乳剂。

破乳剂有何优点?

1、油水分离速度快,2分钟实现分离。

2、不含金属离子,避免二次污染。

3、絮凝物大幅减少,降低后续污泥处理量。

4、低温可以正常使用。  

破乳剂的应用范围

能有效破除水包油型乳化液,缩短油水分离时间。能与水混溶,且在较宽的pH值范围内有效。广泛用于油田含聚污水,烯烃厂、炼油厂、钢铁厂和发电厂等含油污水处理。

消泡剂:主要用于消除曝气或搅拌过程中出现的大量泡沫。

功效性能:

1. 表面张力低,活性高,消泡力强。

2. 耐热高温无变化,挥发性低。

3. 化学稳定性好,具有化学惰性,不与其它物质发生反映,能在苛刻的条件下使用。

4. 无生理毒性,对使用体系没有复作用。

5. 兼具消、抑泡作用,抑泡时间可达48小时以上。

消泡剂的种类有哪些?

消泡剂的效果与发泡液的种类有关,即有的消泡剂对某些发泡液效果显著,而对其它发泡液效果不明显,甚至没有作用。常用的消泡剂按成分不同可分为硅(树脂)类、表面活性剂类、链烷烃类和矿物油类。

1)硅(树脂)类:硅树脂消泡剂又称乳剂型消泡剂,使用方法是将硅树脂用乳化剂(表面活性剂)乳化分散在水中后投加到废水中。二氧化硅细粉是另一种消泡效果较好的硅类消泡剂。

2)表面活性剂类:此类消泡剂其实是乳化剂,即利用表面活性剂的分散作用,使形成泡沫的物质在水中保持稳定的乳化状态分散,从而避免生成泡沫。

3)链烷烃类:链烷烃类消泡剂是用乳化剂把链烷烃蜡或其衍生物乳化分散后制成的消泡剂,其用途与表面活性剂类的乳化型消泡剂类似。

4)矿物油类:以矿物油为主要消泡成分。为了改善效果,有时混合金属皂、硅油、二氧化硅等物质一起使用。此外,为使矿物油容易扩散到发泡液表面,或者使金属皂等均匀分散在矿物油中,有时还可投加各种表面活性剂。

消泡剂的应用范围

水处理工艺设计,消泡速度快、抑泡持久,应用于制药、造纸、皮革、印染、城市污水生物法处理工艺和化学清洗等多种发泡体系。本品使用环保型配方,产品无毒无害、不影响细菌繁殖。也可用于石油钻井液泥浆体系消泡。

pH调整剂:用于将酸性废水和碱性废水的pH值调整为中性。

将含酸废水pH值调高时,以碱或碱性氧化物为中和剂,而将碱性废水pH值调低时则以酸或酸性氧化物做中和剂。调整酸性废水pH值时经常采用的中和剂有石灰、石灰石、白云石、氢氧化钠、碳酸钠等,调整碱性废水pH值时一般采用硫酸、盐酸。

在对含酸废水进行中和时,还可以就近使用一些碱性工业废渣,比如化学软水站排出的碳酸钙废渣、有机化工厂或乙炔发生站排放的电石废渣(主要成分为氢氧化钙)、钢厂或电石厂筛下的废石灰、热电厂的炉灰渣和硼酸厂的硼泥等。

在对碱性废水进行处理时,也可以使用烟道气利用其中的CO2、SO2等酸性气体对废水中的碱进行中和。

当废水的pH值过大或过小时,为减少pH值调整时所需的溶药池和药剂池容积及实现pH值调整的自动化控制,可以使用40%NaOH和98%H2SO4分别作为含酸废水和含碱废水的pH值调整剂。同时可以避免使用石灰类碱剂所带来的污泥问题,减少二次污染的机会。

氧化还原剂:用于含有氧化性物质或还原性物质的工业废水的处理。

氧化还原电位不同的两种物质都可以相对地成为氧化剂或还原剂,但在废水处理实践中能够使用的氧化剂或还原剂必须满足以下要求:

①对废水中希望去除的污染物质有良好的氧化或还原作用,

②反应后生成的物质应当无害以避免二次污染,

③价格便宜、来源可靠,

④能在常温下快速反应、不需要加热,

⑤反应时所需的pH值最好在中性,不能太高或太低。  

水处理中常用的氧化剂

①在接受电子后还原变成带负电荷离子的中性原子,如O2、Cl2、O3等;

②带正电荷的原子,接受电子后还原成带负电荷的离子,比如在碱性条件下,漂白粉、次氯酸钠等药剂中的次氯酸根ClO-中的Cl+和二氧化氯中的Cl4+接受电子还原成Cl- ;

③带高价正电荷的原子在接受电子后还原成带低价正电荷的原子,例如三氯化铁中的Fe3+和高锰酸钾中的Mn7+在接受电子后还原成Fe2+和Mn2+。    

水处理中常用的还原剂

①在给出电子后被氧化成带正电荷的中性原子,例如铁屑、锌粉等;

②带负电荷的原子在给出电子后被氧化成带正电荷的原子,例如硼氢化钠中的硼元素为负5价,在碱性条件下可以将汞离子还原成金属汞,同时自身被氧化成正三价;

③金属或非金属的带正电的原子,在给出电子后被氧化成带有更高正电荷的原子。例如硫酸亚铁、氯化亚铁中的二价铁离子Fe2+在给出一个电子后被氧化成三价铁离子Fe3+;二氧化硫SO2和亚硫酸盐SO32-中的四价硫在给出两个电子后,被氧化成六价硫,形成SO42-。

消毒剂:用于在废水处理后排放或回用前的消毒处理。

废水经一级或二级处理后,水质改善,细菌含量也大幅度减少,但其绝对值仍很可观,并有存在病原菌的可能。因此,废水排入水体前应进行消毒处理。

目前,用氯化法消毒能产生有害物质,影响人体健康已广为人知,这是因为氯与水中有机物作用,同时有氧化和取代作用,氧化作用可以促使去除有机物,而取代作用则是氯与有机物结合,形成了有致突变或致癌活性的卤化物。

美国规定三卤甲烷(THMS)的最大浓度为100μg/L,德国、加拿大、日本也分别规定为25μg/L、350μg/L、100μg/L,我国1985年版《生活饮用水卫生标准》中也规定了氯仿的上限为60μg/L。

有鉴于此,废水消毒一是要控制恰当的投剂量,二是采用其他消毒剂代替,如二氧化氯、臭氧、紫外线辐射等,以减少有害物质的生成。

各种消毒剂的优缺点和适用条件见表8--2。参考此表,可以初步确定应该使用的消毒剂。

消毒剂的种类和特点

常用的消毒剂有次氯酸类、二氧化氯、臭氧、紫外线辐射等。次氯酸类消毒剂有液氯、漂白粉、漂粉精、氯片、次氯酸钠等形态,主要是通过HOCl起消毒作用。

次氯酸类消毒剂的弱点是容易和水中的有机物生成氯代烃,而氯代烃已被确认为是对人体健康极为不利的,同时处理过的水会有一些令人不快的气味。

次氯酸类消毒剂粉尘和放出的氯气对人的呼吸道、眼睛及皮肤都有强烈的刺激作用,如果不慎溅入眼睛或触及皮肤,要立即用大量清水冲洗。存放环境要阴凉、通风和干燥,远离热源和火种,不能与有机物、酸类及还原剂共储混运,运输过程中要防止雨淋和日光曝晒,装卸时动作要轻,避免碰撞和滚动。

次氯酸类消毒剂消毒时往往发生的是取代反应,这也是使用次氯酸类消毒剂会产生氯代烃的根本原因,而臭氧和二氧化氯消毒时发生的是纯氧化反应,因而可以破坏有机物的结构,在杀菌的同时还可以提高废水的可生化性(BOD5/CODCr值),去除水中的部分CODCr。

二氧化氯消毒与臭氧或紫外线消毒相比,前者一次性投资低,运行费用高(大约0.1元/m3);后者一次性投资高,运行费用低(大约0.02元/m3)。

臭氧消毒和紫外线消毒可以在很短的时间内达到消毒的效果,经过臭氧消毒和紫外线消毒的二沉池出水或回用水细菌总数和总大肠菌群等微生物指标可以达到要求,但他们的缺点是瞬时反应,无法保持效果,抵抗管道内微生物的滋生和繁殖,因此在回用水系统使用这两种方法消毒时,往往需要在其出水中再投加0.05~0.1mg/L二氧化氯或0.3~0.5mg/L的氯,以保持管网末梢有足够的余氯量。

氯的物化性质

氯在常压下是黄绿色气体,在0oC和一个大气压时的密度为3.2mg/mL,即约为空气的2.5倍重,具有强烈的刺激性。一般采用电解食盐水溶液的方法制取氯气,然后将氯气加压冷却制得液氯,液氯极易气化,沸点是-34.5℃。

加压后的液氯成为黄绿色透明液体,1kg液氯气化后体积可以变为300L。氯性质很活泼,能溶于水,溶解度随水温的升高而降低。氯是具有强烈刺激性的窒息气体,对人的呼吸系统、眼部及皮肤都能产生伤害,空气中最高允许浓度为1mL/m3。

虽不自燃,但可以助燃,在日光下与其他易燃气体混合时会发生燃烧和爆炸,可以和大多数物质起反应。

氯是一种强氧化剂,具有杀菌能力强、价格低廉、来源方便的优点,是水处理行业应用历史最为悠久的消毒剂。

氯消毒的机理是依靠水解生成的次氯酸HOCl向微生物的细胞壁内扩散,与细胞的蛋白质反应生成化学稳定性极好的N-Cl键。另外,氯能氧化微生物的某些活性物质,抑制并杀死微生物。

如何防止氯中毒?

虽然空气中最高允许浓度为1mL/m3,但长期在低于此值的环境中工作,也会导致慢性中毒,表现为患慢性支气管炎、慢性胃肠炎、牙龈炎、口腔炎、皮肤搔痒症等疾病。

短时间暴露在高氯环境中,会导致急性中毒。轻度急性中毒表现为喉干胸闷、脉搏加快等症状,重度急性中毒表现为支气管痉挛和水肿,甚至出现昏迷或休克。为防止出现氯中毒的措施可总结如下:

1)经常接触氯气的工作人员对氯味的敏感程度会有所降低,常常会在闻不到氯味的时候,人就已经受到氯的伤害。因此操作人员的值班室要和加氯间分开设置,并在加氯间安装监测及警报装置,随时对其中的氯浓度进行检测。

2)加氯间要靠近加氯点,两者间距不超过30m。加氯间建筑要坚固防火、耐冻保温、通风良好、大门外开,并与其他工作间严格分开、没有任何直接连通。由于氯比空气重,因此当氯气在室内泄漏后,会将空气排挤出去,在封闭的室内下部积聚并逐渐向上扩散。所以加氯间的底部必须安装强制排风设施,进气孔要设在高处。

3)加氯间门外要备用检修工具、防毒面具和抢救器具等,照明和通风设备的开关也要设在室外,在进入加氯间之前,先进行通风。通向加氯间的压力水管必须保证不间断供水,并保持水压稳定,同时还要有应对突然停水的措施。加氯间内要设置碱液池,并定时检验,保证碱液随时有效。当发现氯瓶有严重泄漏时,戴好防毒面具,然后将氯瓶迅速移入碱液池中。

4)当发现现场有人急性氯中毒后,要设法迅速将中毒者转移到具有新鲜空气的地方,对呼吸困难者,应当让其吸氧,严禁进行人工呼吸,可以用2%的碳酸氢钠溶液为其洗眼、鼻、口等部位,还可以让其吸入雾化的5%碳酸氢钠溶液。

使用液氯时的注意事项

液氯是目前国内外应用最广的消毒剂,除消毒外还有氧化作用。液氯通常在钢瓶中贮存和运输,使用时,液氯转变成氯气加入水中。

⑴氯瓶内压力一般为0.6~0.8MPa,所以不能在太阳下曝晒或靠近炉火或其他高温热源,以免气化时压力过高发生爆炸。液氯和干燥的氯气对铜、铁和钢等金属没有腐蚀性,但遇水或受潮时,化学活性增强,能腐蚀大多数金属。因此贮氯钢瓶必须保持0.05~0.1MPa的余压,不能全部用空,以免进水。

⑵液氯变成氯气要吸收热量,1kg液氯变成1kg氯气约需要289kJ热量。在气温较低时,氯瓶从空气中吸收的热量有限,液氯气化的数量受到限制时,需要对氯瓶进行加热。但切不可用明火、蒸汽直接加热氯瓶,也不宜使氯瓶温度升高太多或太快,一般可使用15~25℃的温水连续淋洒氯瓶的方法对氯瓶加温。

⑶要经常用10%氨水检查加氯机与氯瓶的连接处是否泄漏,如果发现加氯机的氯气管出现堵塞现象,切不可用水冲洗,可以用钢丝疏通,再用打气筒或压缩空气将杂物吹掉。

⑷开启前要检查氯瓶的放置位置是否正确,一定要保证出口朝上,即放出来的是氯气而不是液氯。开氯瓶总阀时,要先缓慢开半圈,随即用10%氨水检查是否漏气,一切正常后再逐渐打开。如果阀门难以开启,不能用榔头敲击,也不能长板手硬扳,以防将阀杆拧断。

使用次氯酸钠注意事项

固态次氯酸钠NaClO为白色粉末,具有刺激性气味,在空气中极不稳定,受热后迅速分解。商品固态次氯酸钠的有效氯一般为10%~12%,常用制备方法是液碱氯化法,即在30%以下的氢氧化钠溶液中通入氯气进行反应。商品固态次氯酸钠使用方便,但消毒效果比氯差,费用也高于氯消毒。

由于次氯酸钠容易因阳光、温度的作用而分解,一般用次氯酸钠发生器就地制备后立即投加。利用钛阳极电解食盐水(沿海地区可用海水作为盐溶液),得到的次氯酸钠溶液是淡黄色透明液体,含有效氯6g/L~11g/L。一般每生产1kg有效氯,食盐消耗量约3~4.5kg,耗电量5~10kWh,通常其消耗比使用漂白粉消毒还要低。

次氯酸钠固体或溶液都不宜久存,而且必须在避光低温环境下存放。电解生产次氯酸钠溶液最好是使用多少,随时生产多少。气温低于30℃时,每天损失有效氯0.1~0.15mg/L,如果气温超过30℃,每天损失有效氯可达0.3~0.7mg/L。因此,如果为了具有一定储备量以备用,一般夏天储存时间不超过一天,冬天不超过7d。

使用漂白粉的注意事项

漂白粉CaCl2∙Ca(ClO)2∙2H2O为白色粉末,有氯的气味,含有效氯20%~25%。漂白粉易吸潮,性质极不稳定,日光照射、受热均能使其变质而降低有效氯成分。

与有机物、易燃液体混合能发热自燃,受高热会发生爆炸。氯片是用漂粉精3Ca(OCl)2∙2Ca(OH)2∙2H2O加工成的片剂,含有效氯60%~70%。氯片和漂粉精稳定性比漂白粉高,可以在常温下储存200d以上不分解。两者的消毒作用与氯相同,以有效氯计的加氯量、接触时间等参数可以参照液氯。

使用漂白粉作消毒剂,需配成溶液加注,而且一般需设混合池。每包50kg的漂白粉先加400~500kg水搅拌成10%~15%溶液,再加水调成1%~2%浓度的溶液。混合池通常有隔板式与鼓风式两种。用氯片消毒时,废水流入特制的氯片消毒器,浸润溶解氯片,并与之混合,然后再进接触池。

二氧化氯的物化性质

二氧化氯(ClO2)是一种黄绿色气体,性质极不稳定,与氯一样的刺激性气味,毒性比氯要大,相对密度为2.4。二氧化氯在常温下即能压缩成液体,并很容易挥发。

二氧化氯很容易爆炸,温度升高、暴露在光线下或与某些有机物接触摩擦,都可能发生爆炸,而且液体二氧化氯比气体二氧化氯更易爆炸。在空气中的体积浓度超过10%时或水中二氧化氯浓度超过30%就会发生爆炸。

二氧化氯易溶于水,在水中的溶解度是氯的5倍,但ClO2不和水起化学反应,在水中极易挥发,在光线照射下容易发生光化学分解。贮存在敞开容器中的ClO2水溶液,ClO2含量会下降很快。因此,二氧化氯不宜贮存,最好现场制取和使用。

市场上销售的商品稳定二氧化氯溶液,多为无色或略带黄绿色透明液体,二氧化氯含量一般在2%左右,而且要加入一定量的特制稳定剂(如碳酸钠、硼酸钠及过氯化物的水溶液或二乙烯三胺五亚甲基膦酸等),但运输和储存时仍要注意避开高温和强光。因此,采用二氧化氯消毒时,最好在现场边生产边使用。二氧化氯杀菌后生成无毒物质,对环境水体没有污染。

使用二氧化氯注意事项

⑴在水处理中,二氧化氯的投加量一般为0.1~1.5mg/L,具体投加量随原水性质和投加用途而定。当仅作为消毒剂时,投加范围是0.1~1.3mg/L;当兼用作除嗅剂时,投加范围是0.6~1.3mg/L;当兼用作氧化剂去除铁、锰和有机物时,投加范围是1~1.5mg/L。

⑵二氧化氯是一种强氧化剂,其输送和存储都要使用防腐蚀、抗氧化的惰性材料,要避免与还原剂接触,以免引起爆炸。

⑶采用现场制备二氧化氯的方法时,要防止二氧化氯在空气中的积聚浓度过高而引起爆炸,一般要配备收集和中和二氧化氯制取过程中析出或泄漏气体的措施。

⑷在工作区和成品储藏室内,要有通风装置和监测及警报装置,门外配备防护用品。

⑸稳定二氧化氯溶液本身没有毒性,活化后才能释放出二氧化氯,因此活化时要控制好反应强度,以免产生的二氧化氯在空气中的积聚浓度过高而引起爆炸。

⑹二氧化氯溶液要采用深色塑料桶密闭包装,储存于阴凉通风处,避免阳光直射和与空气接触,运输时要注意避开高温和强光环境,并尽量平稳。

二氧化氯的制备方法

二氧化氯的制备方法有很多种,在水处理行业中,一般用氯、盐酸或稀硫酸与亚氯酸钠或氯酸钠反应的办法生产,还有使用次氯酸钠酸化后与亚氯酸钠合成二氧化氯的。反应式分别如下:

2NaClO3+2NaCl+2H2SO4→2ClO2+Cl2+2Na2SO4+2H2O

Cl2+2NaClO2→2ClO2+2NaCl

5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O

10NaClO2+5H2SO4→8ClO2+5Na2SO4+4H2O+2HCl

NaClO+2HCl+2NaClO2→2ClO2+3NaCl+H2O

使用氯和亚氯酸钠合成二氧化氯时,先调制pH﹤2.5的氯水溶液,再和一定量的10%亚氯酸钠溶液一起进入反应室,在反应室中充分混合和反应,生成二氧化氯。理论上,每10g亚氯酸钠加3.9g氯,可生成7.5g二氧化氯。为了防止未起反应的亚氯酸钠被带入水中,通常要加入比理论值多的过量氯。

其他方法与上述方法的操作基本类似,为保证反应过程的安全性,酸和氯酸钠或次氯酸钠都配成水溶液,也都是要加入过量的酸,以提高氯酸钠或次氯酸钠的转化率。生成的ClO2溶液可按照合适的投加量直接加到水中进行消毒。

国内市场上有许多使用电解法生产二氧化氯的设备,但实际上,这些设备制造的所谓二氧化氯至多是二氧化氯和氯的复合物,不可能彻底解决氯类消毒剂会产生氯代烃的问题,而且已经有使用复合二氧化氯时发生爆炸的事例。


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