阻垢杀菌常用药剂的应用研究

王增科 余嵘 刘扬

摘      要： 结垢、腐蚀和细菌繁殖是循环冷却水系统中的三个主要问题，这些问题的出现会给生产带来很多不利影响。根据以往文献报道，综述了工业循环冷却水化学药剂的阻垢及杀菌技术进展，对阻垢剂和杀菌剂在应用过程中的改性、复配和合成阻垢杀菌共聚物三种主要方式进行总结，并进一步论述了药剂中活性基团间的相互作用。探求循环冷却水系统中的结垢、腐蚀、微生物繁殖等问题产生的规律，分析并总结解决问题的方法，为工业生产使用的相关水处理剂设计配方或合成药剂提供借鉴。

关  键  词：循环冷却水;阻垢;杀菌;共聚物

中图分类号：TQ 455       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）12-2930-04

Abstract： Fouling， corrosion and bacterial growth are three major problems in circulating cooling water systems， and these problems have many adverse influences on production. In this paper， based on the previous literature reports， the progress of scale inhibition and sterilization technology of industrial circulating cooling water was reviewed， the modification and compounding of scale inhibitors and fungicides were summarized as well as synthesizing scale inhibition bactericidal copolymers in the application process. The interaction between reactive groups in the agent was further discussed. The rules of scaling， corrosion and microbial reproduction in circulating cooling water systems were investigated， the methods to solve the problems were analyzed and summarized， which could provide reference for the design of relevant water treatment agent formulations or industrial production of synthetic agents.

Key words： Circulating cooling water; Scale inhibition; Sterilization; Copolymer

循环冷却水主要用于生产过程中设备的冷却降温，但 循环水系统在运行过程中易发生腐蚀、结垢、微生物滋生繁殖等问题，甚至造成设备管道的腐蚀穿孔，危害极大[1，2]。结垢和腐蚀是相互关联的，金属离子和微生物粘结反应，在系统中产生结垢和腐蚀，腐蚀产物又促进细菌繁殖形成微生物污垢，从而造成设备及管道的损坏、生产的停顿，甚至更为严重的经济损失。要解决冷却水系统中的这些问题，必须进行综合治理[3]。循环冷却水水质稳定技术是当今水工业研究的一大热点，并已取得了很大进展。水处理剂的开发及利用得到了广泛研究，并有文献报导，其中将阻垢和杀菌两种功能复配或集成一体的阻垢杀菌技术逐渐的被人们重视[4，5]。

本文主要对阻垢、杀菌的应用进展及先进技术进行综述。

1  冷却水阻垢杀菌研究概况

在工業循环冷却水中对腐蚀、结垢、微生物滋生繁殖等问题使用的杀菌剂和阻垢剂种类多样、费用高。此外，有些水处理剂之间存在协同或抑制的相互作用，虽然有些单剂使用效果好，但结合使用就出现相互抑制，导致使用效率下降。早期，有文献关于杀菌剂、阻垢剂的研究多局限于单剂性能的评价，由于研究手段不足，出现了杀菌剂和阻垢剂分别单独使用效果好，两者结合后效果很差的情形。随着技术的进步，对杀菌和阻垢协同性能评价及相关配伍性、相溶性进行深入研究，减小了两者结合后削弱彼此功能的缺陷，如刘芳[6]考察了在当循环冷却水中十四烷基二甲基苄基氯化铵、聚天冬氨酸（PASP）与氨基三亚甲基膦酸（ATMP）和锌盐的质量浓度分别为40、20、80、2 mg/L时，其阻垢和杀菌率均可达到91%以上。四者也具有较好的协同效果，而且复配剂中使用聚天冬氨酸时，加入锌盐可以减少聚天冬氨酸的用量。这有利于在工业循环冷却水质处理剂的科学使用药剂，增加处理效果和减少费用。

2  阻垢杀菌作用研究进展

水处理剂中杀菌及阻垢功能组分可供选择的阻垢剂和杀菌剂范围较广，阻垢剂从20世纪60年代的木质素磺酸、70年代的丙烯酸类聚合物阻垢剂到80年代多元羧酸共聚物，尤其是90年代以含磺酸、羧酸、膦酸和其他官能团单体的多元共聚物因其优良的阻垢性能引起普遍关注。从20世纪早期的无机物系列杀菌剂到60年代中期的有机化合物和含氯的酚系化合物，如有机汞化合物、有机锡化合物等。我国对工业杀菌剂的研究始于20世纪60年代，80年代初期广泛应用。目前国内工业用杀菌剂已达将近百种，普遍应用于油田污水注水、石油化工、热电、钢铁、医药等其他领域的循环冷却水系统中[7]。在阻垢杀菌剂作用的研究应用过程中，比较突出的主要有三种方式：对一些高分子聚合物进行改性，以提升阻垢杀菌性能;对有机聚合物进行复配，增加阻垢杀菌的协同效果;以及合成新的共聚物充分发挥官能团的作用。

水处理剂往往是多种多样复合使用的，以实现高效率和多功能。单一化学阻垢剂有许多缺点，如用量大，单一效果，易产生耐药性[33]。为了增加水处理药剂的多功能性，一些研究人员将研究集中在阻垢缓蚀剂之间的协同作用，但很少有研究关注阻垢剂和杀菌剂的化合物[34]。

对高分子聚合物进行改性使其增加杀菌性，目前已有对腐殖酸和PAM进行改性，其中赵鑫[9]改性的腐殖酸的阻垢杀菌具有协同作用;复配时有些杀菌剂会降解阻垢剂分子，从机理上来讲有些杀菌剂带的正离子会与阻垢剂中起阻垢作用的负离子产生静电吸附，抑制阻垢活性使阻垢效果下降，但依然有些药剂复配后能保持较好的阻垢效果甚至发生协同作用，如FangLiu[15]复配药剂发生了协同作用，因此有些药剂之间作用值得研究。

总之设计共聚物具有杀菌阻垢效果研究难度较大，就目前而言合成的阻垢杀菌剂效果不算太好且研究也较少，可能是由于阻垢杀菌带正负电荷的官能团会相互吸附，减弱共聚物原有的阻垢杀菌效果。

4  处理阻垢杀菌剂的总结和展望

从20世纪90年代的改性天然高分子聚合物到如今的合成阻垢杀菌剂的文献来看，虽然在一些文献中能找到阻垢杀菌融合使两者的效率会有影响，但并不大。而且在一些文献还能发现阻垢杀菌发生协同作用，这可能是不同的药剂中所带的离子数量不同，相互作用增加了原功能作用。今后研发工作的重点是提升水处理剂的综合性能，对合成阻垢剂设计之前应考虑使阻垢剂过氧化、季铵化等手段;复配时用已有造价较低及效率高的阻垢剂和杀菌剂进行研究，使阻垢杀菌功能能发生协同作用，以便使其能更好地适应新形势下水处理剂的发展趋势。

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