表面活性剂在废水处理中的应用 11页

表面活性剂在废水处理中的应用暨南大学本科生课程设计(论文)书学生姓名???学号99999999课程名称表面活性剂指导教师99999学院生命科学技术学院学系化学系专业应用化学暨南大学教务处2011年6月21日11n表面活性剂在废水处理中的应用摘要本文以不同类型表面活性剂介紹，其中两性表面活性剂中比较特殊的一种，它在同一分子链节上兼具阴离子、阳离子2种基团。在不同介质条件下，其所带离子类型可能不同，适于处理带不同电荷的污染物。它的另一优点是适用范围广，酸性介质、碱性介质中均可应用。对废水中乳浊液、各类污泥、各种胶态分散液等均有较好的絮凝及污泥脱水功效。介紹不同类型阳离子、两性有机高分子、改性类两性、阴离子和非离子型表面活性剂。那些对矿石原料分解及矿浆的固液分离，表现出了两性絮凝剂中阴、阳离子基团在废水处理中的协同作用。部分水解聚丙烯酰胺在其长链分子中导入部分亲水性羧基，使其原来卷曲的分子链伸展成线型结构，以充分显露其极性基团，而具有较高的絮凝作用，被广泛用于废水处理中。但絮凝颗粒物体积较小、沉降速度较慢、固液分离困难。关键词:表面活性剂;废水处理。11n表面活性剂在废水处理中的应用Abstract:Thisarticleintroducedbythedifferenttypesurfaceactiveagent,intheamphotericsurfaceactiveagentthequitespecialonekind,ithasboththeanion,thepositiveiontwogroupsandbasesontheidenticalmolecularchainlink.Underthedifferentambientcondition,itspossiblyhastheiontypedifferent,issuitablefortoprocessthebeltdifferentelectricchargethepollutant.Itsanothermeritistheapplicablescopeisbroad,intheacidicmedium,thealkalinitymediummayapply.Tothewastewaterintheemulsion,eachkindofsludge,eachkindofcolloidaldispersionfluidandsoonhasthegoodflocculationandthesludgedewateringeffect.Introducesthedifferenttypepositiveion,thebothsexesorganichighpolymer,modificationclassbothsexes,theanionandthenon-ionicsurfaceactiveagent.Thesetotheorerawmaterialdecompositionandthepulpliquid-solidseparation,displayedintheamphotericflocculantcloudy,thepositiveiongroupsandbasesinthewastewaterdisposalsynergism.ThepartiallyhydrolyzedpolyacrylamideamideentersthepartialwateraffinitycarboxylgroupinitslongchainmemberIntermediate-range,causesitsoriginalcurlthemolecularchaintoextendthelinearstructure,byrevealsitspolargroupfully,buthasthehighflocculation,widelyusesinthewastewaterdisposal.Buttheflocculationparticlesvolumeissmall,thesettlingratetobeslow,theliquid-solidseparationdifficulty.Keywords:Surfaceactiveagent;Wastewaterdisposal11n表面活性剂在废水处理中的应用目录摘要…………………………………………………………………………………4Abstract:…………………………………………………………………………41.绪论…………………………………………………………………………………52.废水处理中常用种类………………………………………………………………82.1阳离子高分子絮凝剂………………………………………………………82.2两性有机高分子絮凝剂……………………………………………………82.3.改性类两性水处理剂………………………………………………………92.4阴离子型高分子絮凝剂……………………………………………………92.5非离子型絮凝剂……………………………………………………………93.结论………………………………………………………………………………104.参考文献…………………………………………………………………………1111n表面活性剂在废水处理中的应用1.绪论我国是一个缺水的国家，人均占有的水量仅为世界人均水量的1/4，而且随着经济的迅猛发展，用水量急剧增加，产生的废水量也相应增加，必须经过处理达标后才能排放，从节水和环保两方面考虑，废水处理是一个迫在眉睫的问题。由于表面活性剂可以使体系的界面性质和状态发生改变，因此从广义上讲可将表面活性剂称为在加入少量时就能明显改变体系的界面性质和状态的物质。它是由性质不同的两部分组成的，一部分是由疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团，另一部分为亲水疏油的极性基团。由于它的两性分子结构特征，才使这种分子具有一部分可溶于水，而另一部分易自水中逃逸的双重性，结果造成表面活性剂分子在其水溶液中很容易被吸附于气—水(或油—水)界面上形成独特定向排列的单分子膜。由于表面活性剂具有上述独特的结构和性质而被广泛的应用在各行各业的废水处理中。随着社会的发展和人们生活水平的提高,人们对环境质量的要求愈来愈高,污水排放的标准越来越严,使得传统的废水处理技术很难满足高的要求。而且传统的废水处理多数只有负的经济效益,使许多企业承受着较大的废水处理费用。同时经济的发展也带来了水资源的日趋短缺,客观上要求废水能够循环再利用。在社会效益和经济效益最大化的要求下,各种新型的、改良的高效废水处理技术应运而生。表面活性剂是一种易于富集于界面,并对界面性质产生明显影响的一类物质。表面活性剂作为一种“负载型”功能助剂,在工农业生产的各个领域得到了广泛应用[1]。特别是近些年,表面活性剂在废水处理中的应用越来越受到人们的广泛关注。目前,表面活性剂主要是利用胶束增强超滤法和液膜法来除去水中的重金属离子和有机废物。鉴于丙烯酰胺(AM)具有优良的水溶性，适于水溶液聚合；丙烯酸(AA)除具有较高的反应活性和较好的水溶性外，能使共聚物嵌入适量羧基，使其在碱性废水中强化增黏、增稠效果；甲基丙烯酰氧乙基二甲基辛基溴化铵(ADMOAB)具有表面活性，含有疏水基团从而使共聚物的溶液行为产生疏水缔合作用，形成网络结构从而增大共聚物在废水处理中的絮凝效果。因此三元共聚物可以提高在废水处理中的絮凝、脱水效果，并且可以使废水化学需氧量(COD)显著减少，污泥脱水的效果明显增加。11n表面活性剂在废水处理中的应用两性表面活性剂比较常见的有两性壳聚糖和两性淀粉。两性壳聚糖以甲壳素为原料，在碱性条件下与氯乙酸反应引入羧甲基，同时进行水解脱乙酰基，制成既可溶解于稀酸、稀碱，又可溶解于水的羧甲基壳聚糖。壳聚糖可广泛应用于冶金和含重金属工业废水的处理，只用5ppm壳聚糖，即可以使废水的生化需氧量(BOD)减少80%-85%，磷酸盐低于0.5×10-6。两性淀粉的制备是利用淀粉葡萄糖甙中羟基的反应活性，将其分别与阴、阳离子醚化剂进行反应。两性淀粉可用作造纸添加剂和涂料粘结剂以及金属离子螯合剂，据报道两性淀粉螯合剂对阴、阳金属离子均有很强的吸附能力和较高的吸附容量，可处理多种重金属离子或混合离子溶液，且螯合树脂可再生反复使用，可用于矿物或冶金工业提取金属离子或污水处理。两性表面活性剂具有原料来源丰富、无毒、可生化降解、制备工艺简单、成本较低、价格便宜等优点，加上分子结构多样、分子内活性基团可选择性大，改性工艺制备结构多样，可以作为不同使用目的的两性高分子絮凝剂。我国动植物资源丰富，这类两性水处理剂将有着良好的应用前景。通过以上对两性表面活性剂在水处理应用中的介绍，我们可以看出其在水处理中发挥了重要的作用。利用两性表面活性剂来研究开发处理效果好、操作费用低的废水处理技术，为越来越多的学者提供了广阔的前景。因此我们要充分发挥两性表面活性剂在废水处理的作用。表面活性剂由极性的亲水基团和非极性的亲油基团两部分组成。将表面活性剂加到水中后,部分表面活性剂分子将富集在溶液的表面。当浓度进一步增大、超过临界胶束浓度(cmc)时,剩余的表面活性剂分子将在溶液内聚集,形成疏水基向内,亲水基向外的聚集体,即胶束。这种胶束通常由几十到几百个表面活性剂分子组成,其“相对分子质量”相当大,粒径在5nm~10nm。利用表面活性剂的胶束粒子来吸附废水中的离子或增溶有机物,由于带有或含有金属离子或有机物的胶束无法通过超滤膜而使金属离子或有机物被截留[11-12],实现与废水的分离。其原理如图1所示。11n表面活性剂在废水处理中的应用11n表面活性剂在废水处理中的应用2.废水处理中常用种类2.1阳离子高分子絮凝剂现代化工业和现代化生活使排水中的有机质的质量分数大大增加,对于一些含有有机物或胶体的水体系,由于其微粒表面带负电荷,只是非离子或阴离子型高分子絮凝剂用于这类废水处理不能获得满意的效果,而阳离子高分子絮凝剂是一种水溶性高分子聚电解质,分子链上带有正电荷活性基团,它可以与水中的微粒起电荷中和及吸附架桥作用,从而使体系中的微粒脱稳、絮凝而有助于沉降和过滤脱水[4]。它可以有效地降低水中悬浮固体的质量分数,降低水的浊度,并有使病毒沉降和降低水中三卤甲烷前体物的作用,使水中的总含碳量(TOC)降低。阳离子高分子表面活性剂作为絮凝剂,主要应用于工业上的固液分离过程,包括沉降、澄清、浓缩及污泥脱水等工艺,应用的主要行业有:城市污水处理、造纸工业、食品加工业、石油化工、冶金工业、选矿工业、染色工业和制糖工业及各种工业的废水处理[5]。用在城市污水及肉类、禽类、食品加工废水处理过程中的污泥沉淀及污泥脱水上,通过其所含的正电荷基团对污泥中的负电荷有机胶体电性中和作用及高分子优异的架桥凝聚功能,促使胶体颗粒聚集成大块絮状物,从其悬浮液中分离出来。效果明显,投加量少。在造纸工业中可用作纸张助留剂、助滤剂,能极大地提高成品纸质量,节约成本,提高造纸厂的生产能力。2.1.1天然高分子改性阳离子型絮凝剂天然高分子改性阳离子型絮凝剂具有无毒、可生物降解、价廉等优点,近年来得到国内外学者的重视。其中用于废水处理的有改性阳离子淀粉的衍生物、木质素衍生物、甲壳素衍生物等。阳离子淀粉在工业废水处理中是优良的高分子絮凝剂和阴离子交换剂。做絮凝剂时可以吸附带负电荷的有机或无机悬浮物质;做阴离子交换剂时可以有效地除去废水中的铬酸盐、重铬酸盐、亚铁氰化物、高锰酸盐等,其交换容量与阳离子化的取代度有关,当交换失活后可再生重复使用。对甲壳素的改性研究在许多国家也取得很大进展,对甲壳素进行适当的分子改造,脱除其乙酰基,得到壳聚糖,它是一种很好的阳离子絮凝剂。2.2两性有机高分子絮凝剂两性高分子絮凝剂在同一高分子链节上兼具阴离子、阳离子2种基团。在不同介质条件下,其所带离子类型可能不同,适于处理带不同电荷的污染物[6]。它的另一优点是适用范围广,酸性介质、碱性介质中均可应用。对废水中由阴离子表面活性剂所稳定的分散液、乳浊液、各类污泥、各种胶态分散液,均有较好的絮凝及污泥脱水功效。该产品还可作为堵水调剖剂[7]。在油田堵水调剖作业中显示了优良的性能,是近年来新发展起来的堵水调剖剂。11n表面活性剂在废水处理中的应用2.3改性类两性水处理剂改性类两性高分子水处理剂具有原料来源丰富、无毒、可生化降解、制备工艺简单、成本较低、价格便宜等优点,加上天然高分子本身结构多样、分子内活性基团可选择性大,易于采用不同的改性工艺制备结构多样、适应不同使用目的的两性高分子絮凝剂[8]。我国动植物资源丰富,这类两性水处理剂将有着良好的应用前景。2.4阴离子型高分子絮凝剂阴离子聚丙烯酰胺(简称A-PAM),易溶于水,几乎不溶于有机溶剂,在中性和碱性介质中呈高聚合物电解质的特征,对盐类电解质敏感,与高价金属离子能交联成不溶性的凝胶体。阴离子型PAM作为絮凝剂用于选矿、冶金、洗煤、食品行业固液分离。作为絮凝剂,在油田广泛应用。一般投加量为1～10mg/L,还可与铝盐配合使用,效果更好。对不同的悬浮固体粒子的水悬浮液,应采用不同型号的A-PAM,在油田的最主要用途是作为三次采油的注水增稠剂。2.5非离子型絮凝剂非离子型聚丙烯酰胺是通过其高分子的长链把污水中的许多细小颗粒或油珠吸附后缠在一起而形成架桥。它是一种絮凝能力非常强的絮凝剂,它的絮凝速度比阴离子型PAM快。在油田含油污水处理时,通常与铝盐配合使用[9]。使用前要通过实验确定其最佳用量,用量过低,不起作用,用量过高,反而起反作用。这是因为超过一定浓度,PAM不但不起絮凝作用,反而起分散稳定作用。加药时应使用较低的浓度,以保证混合均匀。非离子型PAM作为高选择性的絮凝剂,用于使用膨润土的低固相钻井泥浆中,因为它可以絮凝被钻下的岩屑,而使膨润土仍然保持分散状态。11n表面活性剂在废水处理中的应用3.结论高分子表面活性剂在水处理中有着广泛的应用,尤其是阳离子高分子絮凝剂和两性高分子絮凝剂因其独特的结构和性质更是日益受到人们的重视,有着广阔的开发和应用前景。相信随着不同的类型的面活性剂基础下研究不断加强,新型高效表面活性剂、超滤膜以及液膜材料的不断出现[10],胶束增强超滤法和液膜法的应用范围将越来越广,将成为废水处理和环境保护中的高新技术而被工业界广泛应用。11n表面活性剂在废水处理中的应用参考文献[1]Mallon,JosephJ,Farinato.Cationicwater2solublepolymerprecipitationinsaltsolution[P].US:6013708,2000-01-11.[2]李卓美.一种新型阳离子聚丙烯酰胺[J].广州化工,1995,23(4):60-63.[3]杨旭,赵立志.非离子絮凝剂的研制[J].重庆环境科学,1995,17(5):17-19.[4]王雅琼,陈秉铨,赵丽君,等.阳离子絮凝剂的制备及絮凝性能[J].水处理技术,1994,20(5),294-297.[5]张祥丹.阳离子型及两性絮凝剂现状与发展方向[J].工业水处增刊李晶晶,等:高分子表面活性剂在废水处理中的应用·111·理,2001,21(1):2-4.[7]杨福廷.AM-AA-ADMOAB共聚物的合成及其水溶液的黏度性能[J].精细化工,2001,18(4):215-217.[8]严瑞.水处理剂中间体的现状和发展[J].化工进展,1999(6):14-16.[9]李明玉,牛谦,方建章,等.表面活性剂对液膜分离传质性能的影响[J].膜科学与技术,2004,24(2):15-18.[10]RAPPERTM,DRAXLERJ,MARRR.Liquid-membrane-permeationanditsexperiencesinpilotplantandindustrialscale[J].SeparationScienceandTechnology,1988,23(12):1659-1666.[11]KULKARNIPS,MAHAJANIVV.Applicationofemulsionliquidmembrane(ELM)processforenrichmentofmolybdenumfromaqueoussolutions[J].JMembraneScience,2001(201):123-135.[12]SCAMEHORNJF,HARWELLJH.Surfactantscienceseries:Vo.l33Surfactant-basedseparationprocesses[M].NewYork:MarcelDek-ker,1989.11