1. Prólogo
Los agentes de tratamiento de agua son productos químicos esenciales en el tratamiento de agua industrial, agua doméstica y aguas residuales. Mediante el uso de estos productos químicos, el agua puede cumplir ciertos requisitos de calidad. Su función principal es controlar la formación de incrustaciones y lodos, reducir la espuma, reducir la corrosión de los materiales en contacto con el agua, eliminar sólidos suspendidos y sustancias tóxicas en el agua, desodorizar y decolorar y suavizar la calidad del agua. En la actualidad, debido al rápido aumento del consumo de agua en varios países del mundo, la formulación sucesiva de varias leyes de protección ambiental (leyes de purificación de agua) y requisitos cada vez más estrictos, varios agentes de tratamiento de agua de alta eficiencia están creciendo rápidamente. En nuestro país, la contradicción con la crisis del agua cada vez más grave es que la capacidad de producción de productos químicos para el tratamiento del agua es muy baja y no se puede garantizar la calidad. Existe una necesidad urgente de acelerar el desarrollo de productos químicos para el tratamiento del agua, una industria de materiales respetuosos con el medio ambiente. .
Los agentes de tratamiento de agua incluyen floculantes, inhibidores de corrosión, inhibidores de incrustaciones, bactericidas, dispersantes, agentes de limpieza, agentes de pre-película, agentes desespumantes, agentes decolorantes, agentes quelantes, desoxidantes y resinas intercambiadoras de iones. Este artículo presentará sistemáticamente floculantes y biocidas.
2. Coagulante
La clave de la tecnología de floculación es la selección del floculante. Los floculantes se pueden dividir en floculantes inorgánicos, orgánicos y microbianos.
2.1, Floculantes inorgánicos
Los floculantes inorgánicos de bajo peso molecular incluyen cloruro de aluminio, sulfato de aluminio, sulfato férrico y cloruro férrico. Su velocidad de agregación es lenta, los flóculos formados son pequeños y corrosivos, lo que plantea grandes problemas en el proceso de tratamiento del agua, siendo paulatinamente sustituido por floculantes poliméricos inorgánicos.
El floculante de polímero inorgánico es un nuevo tipo de agente de tratamiento de agua desarrollado sobre la base de sales de aluminio y sales de hierro tradicionales. Es económico y tiene un buen efecto de purificación del agua.
El cloruro de polialuminio (PAC) tiene un buen rendimiento de coagulación, partículas de alumbre grandes, dosis baja, alta eficiencia, sedimentación rápida y es aplicable a una amplia gama de calidades de agua. Se utiliza principalmente para la purificación de agua potable y el suministro de agua industrial. También se puede utilizar para eliminar hierro, manganeso, cromo, plomo, flúor, aceite y otros metales pesados en el agua, por lo que se puede utilizar para tratar una variedad de aguas residuales industriales.
El cloruro férrico de polialuminio (PAFC) es un nuevo tipo de agente purificador de agua de polímero inorgánico. La proporción de aluminio y hierro en el producto es ajustable para satisfacer las necesidades de diferentes calidades de agua. Se ha utilizado en el tratamiento de purificación de aguas residuales en las industrias petroquímica, siderúrgica, del carbón y otras. Los resultados muestran que el agente es un agente de purificación de agua nuevo, eficiente, estable, de alta calidad y de bajo costo con amplias perspectivas de aplicación. Algunas personas han llegado a la conclusión de que el efecto de purificación del agua del PAFC es ligeramente mejor que el del PAC, pero el costo de agregar PAFC es mucho menor que el del PAC.
El sulfato férrico polimérico tiene buenas propiedades de floculación y adsorción y se utiliza ampliamente en el tratamiento de agua cruda, agua potable, agua del grifo, agua industrial, aguas residuales industriales y aguas residuales domésticas. El sulfato de polialuminio es uno de los coagulantes más utilizados y se utiliza principalmente para la purificación de agua potable y agua industrial.
El ácido polisilícico se desarrolla a base de ácido polisilícico y las tradicionales sales de aluminio y sales de hierro. El ácido silícico altamente polimerizado puede producir buenos efectos de coagulación junto con los iones metálicos. Al combinar la capacidad de neutralización eléctrica de los iones metálicos y la capacidad de adsorción y puente del ácido polisilícico, el producto compuesto tiene fuertes efectos de neutralización eléctrica y puente de adsorción, logrando mejores efectos de purificación del agua. Su rendimiento de desestabilización de la floculación supera con creces el del ácido polisilícico y los iones polimetálicos. En comparación con los polisilicatos, no sólo mejoran la estabilidad sino que también aumentan la capacidad de electroneutralización. En comparación con los iones multimetálicos, se mejoran las propiedades de enlace y puenteo. Los floculantes de polímeros inorgánicos compuestos, representados por sulfato de polisilicato de aluminio (PASS), cloruro de silicato de polialuminio (PASC) y floculantes de polímeros inorgánicos compuestos de ferrosilicio, se han utilizado con éxito en el suministro de agua, aguas residuales industriales y aguas residuales urbanas. floculante.
Sin embargo, el peso molecular relativo, el tamaño de las partículas y la capacidad de puenteo de floculación de los floculantes poliméricos inorgánicos siguen siendo mucho peores que los de los floculantes orgánicos, y las reacciones de hidrólisis adicionales son inestables.
2.2 Floculantes de polímeros orgánicos
En comparación con los floculantes inorgánicos, los floculantes de polímeros orgánicos sintéticos utilizan menos cantidad y tienen una velocidad de floculación rápida. Se ven afectados por la sal, el pH medio y la temperatura ambiente. menos lodos. Además, las moléculas floculantes de polímeros orgánicos pueden transportar grupos electrófilos como -COO, -NH-, -SO3 y -OH, y tienen diversas estructuras, como estructuras en cadena y cíclicas, que favorecen la entrada de contaminantes en el flóculo y la decoloración. El efecto es bueno. En términos generales, la tasa de eliminación de croma de los floculantes orgánicos es aproximadamente un 20% mayor que la de los floculantes inorgánicos. Actualmente la poliacrilamida se utiliza ampliamente.
Puede adaptarse a una variedad de objetos de floculación, con menor dosificación, alta eficiencia, menos lodo producido y fácil posprocesamiento. A menudo se mezcla con otros floculantes inorgánicos como el cloruro de aluminio.
Sin embargo, los monómeros o productos de degradación de la hidrólisis de los floculantes de polímeros sintéticos suelen ser tóxicos. Por ejemplo, los monómeros de poliacrilamida (PAM) son neurotóxicos y teratogénicos, cancerígenos y mutagénicos.
2.3 Floculante microbiano
El floculante microbiano es un nuevo agente de tratamiento de agua seguro, eficiente y naturalmente degradable, extraído y purificado a partir de microorganismos o sus secreciones mediante biotecnología. Hasta la fecha se han descubierto más de 17 especies de microorganismos floculantes, entre mohos, bacterias, actinomicetos y levaduras. Se divide en:
(1) Los floculantes derivados de células microbianas, como algunas bacterias, mohos, actinomicetos y levaduras, están presentes en grandes cantidades en el suelo, lodos activados y sedimentos;
(2) Floculantes extraídos de las paredes celulares microbianas, como glucano, manano, proteína, N-acetilglucosamina y otros componentes de las paredes celulares de levadura;
(3) Utilización Es un floculante para los productos metabólicos. de las células microbianas. Los productos metabólicos secretados fuera de las células por las células microbianas son la membrana celular y el moco. Además del agua, sus principales componentes son los polisacáridos y una pequeña cantidad de péptidos, proteínas, lípidos y sus complejos. Entre ellos, los polisacáridos se pueden utilizar como floculantes hasta cierto punto.
El floculante microbiano con mejor efecto de floculación hasta el momento es Nocardia rhodopsin NOC-1. Puede utilizarse para el tratamiento de aguas residuales de ganado y aves de corral, la sedimentación de lodos expandidos y la decoloración de aguas residuales coloreadas, como aguas residuales de pulpa (licor negro) y aguas residuales de pigmentos, con efectos notables.
Aunque se han informado con frecuencia sobre investigaciones sobre floculantes microbianos, la mayoría de ellos se encuentran en la etapa de investigación de laboratorio y aún no se han aplicado a la industria. Mi país empezó tarde en este sentido y la investigación actual se limita a la detección de cepas.
El Instituto de Biología de Chengdu ha aislado y examinado inicialmente 6 cepas de bacterias microbianas productoras de floculantes. Para realizar experimentos de floculación se utilizó el sobrenadante centrífugo de fermentación de licor negro de fabricación de papel, aguas residuales de cuero, aguas residuales de tintes azoicos, aguas residuales de tintes de azufre, aguas residuales de galvanoplastia, aguas residuales de planchas de impresión en color, aguas residuales petroquímicas, aguas residuales de acuñación, agua azul y negra y tinta de carbón. Los resultados muestran que el efecto de separación sólido-líquido de las aguas residuales es bueno, la tasa de eliminación de DQO es del 55% al 98% y las tasas de eliminación de sólidos suspendidos, color y turbidez están por encima del 90%.
El Departamento de Ciencias Ambientales de la Universidad de Shanghai aisló tres cepas productoras de floculantes de los lodos de retorno y del fondo de la planta de tratamiento de aguas residuales. La solución de cultivo producida por esta cepa tiene una tasa de eliminación de turbidez de más del 99 % en suspensión del suelo, una tasa de eliminación de DQO de aproximadamente el 70 % en aguas residuales de tintes alcalinos y una tasa de eliminación de croma de aproximadamente el 92 %.
En la actualidad, los floculantes se están desarrollando hacia productos de bajo costo, prácticos, no tóxicos y eficientes. Los floculantes de polímeros orgánicos reemplazarán gradualmente a los floculantes inorgánicos ampliamente utilizados actualmente. Por otro lado, los floculantes microbianos tienen las ventajas de estabilidad, seguridad, alta eficiencia y bajo consumo. Es uno de los floculantes más prometedores. Por lo tanto, el desarrollo futuro no solo debe desarrollar nuevos floculantes microbianos baratos y eficientes, sino también estudiar el uso sinérgico de floculantes microbianos y otros floculantes. Los experimentos existentes muestran que los dos pueden complementarse cuando se usan juntos, lo que no solo puede mejorar la eficiencia de la floculación, sino también reducir la dosis.
3. Pesticidas
El biocida es un agente de tratamiento de agua utilizado en sistemas de circulación de agua de refrigeración para matar microorganismos (bacterias y algas) y evitar que se multipliquen y causen corrosión y accidentes en equipos metálicos. en el sistema de agua de refrigeración afectan el funcionamiento normal. Según el mecanismo de destrucción, se pueden dividir en biocidas oxidantes y biocidas no oxidantes.
3.1 Agente antimicrobiano oxidante
El cloro es un fuerte biocida oxidante con fuerte poder bactericida, de bajo precio y fácil de usar. Es uno de los fungicidas más utilizados en la actualidad. Pero no apto para tratamiento de agua alcalina. Además, puede formar trihalometanos cancerígenos con la materia orgánica del agua, limitando su aplicación. Como resultado, el bromo, el ozono y el dióxido de cloro han recibido atención uno tras otro.
Los pesticidas con bromo incluyen principalmente bromuro de sodio, bromuro de hidantoína, bromo activo y bromuro de propionamida. La bromuro propionamida es un biocida oxidante desarrollado en los últimos años, entre los que destaca la 2,2-dibromo-3-azapropionamida como un biocida de amplio espectro muy eficaz. A medida que aumentan el valor del pH y la temperatura del agua de refrigeración, la vida media se acorta rápidamente y causa menos contaminación ambiental.
El ozono tiene una excelente actividad bactericida, fuertes propiedades de descamación y limo, y también tiene efectos de inhibición de la corrosión y las incrustaciones. Cuando se utiliza para tratar agua de refrigeración en circulación, el factor de concentración puede alcanzar de 30 a 50 veces. Sin embargo, debido a su elevado coste, no se utiliza mucho en la actualidad.
El dióxido de cloro tiene una gran capacidad para adsorber y penetrar las paredes celulares, y tiene un buen efecto letal sobre las principales bacterias dañinas en el agua de refrigeración, como bacterias heterótrofas, bacterias de hierro, bacterias reductoras de sulfato, etc. Se caracteriza por una dosis baja, alta eficacia, efecto rápido y larga duración del efecto. Por ejemplo, 2 mg/L de dióxido de cloro pueden matar casi el 100 % de los microorganismos después de 30 segundos; en agua con un pH de 8,6 y un recuento de bacterias viables de 765438 ± 0,000/ml, se pueden agregar 0,5 mg/L de dióxido de cloro para 65438 ±. 0,2 h, la tasa de destrucción de bacterias heterótrofas se mantiene por encima del 99%. Además, no se ve afectado por el valor del pH y no reacciona con el amoníaco, las aminas orgánicas y los fenoles del agua. No sólo puede matar microorganismos, sino también descomponer estructuras celulares residuales y tiene la función de matar esporas y virus; es adecuado para el tratamiento de agua alcalina y no representa ninguna amenaza para el medio ambiente; En nuestro país su inestabilidad limita su aplicación. En los últimos años, algunos fabricantes han producido en masa dióxido de cloro estable y una empresa en Nanjing también ha lanzado un generador químico de dióxido de cloro con un diseño único, operación simple, seguridad y confiabilidad. Existen muchas ventajas al utilizar dióxido de cloro en lugar de cloro como biocida en agua de refrigeración circulante industrial, especialmente para sistemas de agua de refrigeración en plantas de amoníaco, plantas químicas y refinerías. Debido al alto contenido de materia orgánica y amoníaco en el sistema, la demanda de cloro es grande y el valor del pH es alcalino, el uso de dióxido de cloro en lugar de cloro puede lograr mejores beneficios económicos y ambientales.
3.2 Biocidas no oxidantes
Existen muchos tipos de biocidas no oxidantes. Los clorofenoles utilizados anteriormente se han ido abandonando debido a su alta toxicidad y su fácil contaminación de las masas de agua. Rara vez se utilizan aminas orgánicas.
El ditiocianometano es un fungicida de sulfuro orgánico anterior. Es muy eficaz contra algas, hongos y bacterias, especialmente bacterias reductoras de sulfato. Pero no es adecuado para sistemas de agua de refrigeración alcalina.
La isotiazolinona es un fungicida de sulfuro orgánico más nuevo. Este biocida mata las bacterias rompiendo los enlaces entre las bacterias y las proteínas de las algas. Cuando la concentración es de 0,5 mg/L, puede inhibir eficazmente las algas, hongos y bacterias en el sistema de agua de refrigeración. Tiene un amplio espectro y alta eficiencia, un tiempo de acción prolongado (aún eficaz después de 5 semanas de uso a 0,5 mg/L). baja toxicidad, amplio rango de pH, tiene las ventajas de buena compatibilidad y miscibilidad, sin formación de espuma y prevención de la formación de limo. Ha sido ampliamente utilizado en el tratamiento de agua de refrigeración en el extranjero.
Los biocidas de sales de amonio cuaternario tienen un bajo coste, baja toxicidad y efecto inhibidor de la corrosión. Por lo tanto, se usa ampliamente, pero todavía existen problemas como resistencia a los medicamentos, aumento de costo, formación de ampollas y aumento de la corrosión durante el uso. En vista de esto, dos sales de dialquil amonio cuaternario recientemente sintetizadas, el bromuro de cetil octil dimetil amonio (168) y el bromuro de cetil decil dimetil amonio (1610), han cambiado las sales de amonio cuaternario. La actividad superficial y la estabilidad molecular producen menos espuma y son bactericidas. Se mejora la actividad.
El glutaraldehído tiene efectos bactericidas y matadores de algas de amplio espectro y alta eficiencia, y también tiene un cierto efecto exfoliante sobre la mucosidad biológica. Union Carbide produce una serie de biocidas de glutaraldehído A515, A525, A530, etc. Los experimentos han demostrado que el A515 tiene un efecto letal significativo sobre las bacterias heterótrofas y su eficacia dura mucho tiempo. La tasa de esterilización sigue siendo superior al 90% después de 72 horas. Adecuado para el tratamiento de agua alcalina y tiene buena compatibilidad con productos químicos que contienen fósforo. En los últimos años, una empresa de Wuhan ha introducido series de glutaraldehído para su uso en sistemas de circulación de agua de refrigeración, con resultados evidentes. En las concentraciones recomendadas de agua de refrigeración, el glutaraldehído prácticamente no es tóxico y la propia solución acuosa se biodegradará. Con el fortalecimiento de la conciencia social sobre la protección del medio ambiente, los biocidas de glutaraldehído tendrán amplias perspectivas de desarrollo.
Para desarrollar nuevos biocidas, no sólo debemos considerar factores como el precio, la toxicidad, la seguridad de uso, la estabilidad de almacenamiento, la resistencia microbiana, etc., sino también considerar la sinergia entre las combinaciones de biocidas, que no solo pueden Mejora la capacidad de matar y puede reducir la dosis del medicamento.
4. La dirección del desarrollo de productos químicos para el tratamiento del agua
4.1 Desarrollo de agentes especiales para el tratamiento del agua
Para satisfacer las necesidades de diferentes sistemas de aguas residuales (como las aguas residuales de la fabricación de papel). , aguas residuales de impresión y teñido, aguas residuales de procesamiento de alimentos, etc.). ), es imperativo desarrollar una variedad de determinadas sustancias químicas con una fuerte especificidad.
4.2 Desarrollo de agentes de tratamiento de agua multifuncionales
Los agentes de tratamiento de agua multifuncionales son un aspecto importante de la investigación de agentes de tratamiento de agua. El surgimiento de esta nueva tecnología de tratamiento de agua ampliará el alcance de producción y aplicación de agentes de tratamiento de agua y promoverá en gran medida el desarrollo del tratamiento químico del agua industrial.
La investigación en esta área incluye principalmente: inhibidores de corrosión e incrustaciones, inhibidores de floculación-corrosión, floculación-bactericidas, floculación-bactericidas-inhibidores de corrosión, floculación-inhibidores de corrosión e incrustaciones, etc.
4.3 Desarrollo de agentes ecológicos para el tratamiento del agua
En el desarrollo ecológico de productos químicos para el tratamiento del agua, las direcciones son no tóxicas, inofensivas y biodegradables. El agente de tratamiento de agua verde más típico es el ácido poliaspártico inhibidor de incrustaciones dispersas (PASP) desarrollado en el país y en el extranjero en los últimos años. PASP es un biopolímero sintético. Tiene buena biocompatibilidad y biodegradabilidad. Los estudios toxicológicos han demostrado que el ácido poliaspártico (PASP) no es tóxico, sensible ni mutagénico.
4.4 Desarrollar productos químicos rentables para el tratamiento del agua
Actualmente, los precios de los productos químicos de alto rendimiento son generalmente altos. Podemos desarrollar productos de alto rendimiento buscando materias primas baratas y fácilmente disponibles, y también podemos fortalecer la investigación sobre tecnología de compuestos, es decir, agregar aditivos baratos para reducir la dosis real de productos químicos y mantener la eficiencia de la purificación del agua, reduciendo así los costos. .