水处理药剂种类及其研究现状与发展概述

2019-08-22

纯碱工业 2019年4期

(河北中科永和检测技术服务有限公司，河北石家庄 050036)

本文所述水处理药剂是指为了工业生活污水废水进行处理使其达到一定质量要求所加入的化学试剂，根据不同的目的和作用，水处理药剂包括：阻垢剂、缓蚀剂、杀菌剂、絮凝剂、离子交换剂、清洗剂、预膜剂、消泡剂和示踪药剂等多种不同类型的产品。本文分别对水处理药剂的作用、分类和研究现状进行了概述，并对其今后的研发方向进行了展望。

1 阻垢剂

1.1 阻垢剂的种类

阻垢剂有多种多样，一般按照阻垢剂研究的发展历程和阻垢剂分子中的官能团进行分类，主要分为以下四大类：①天然聚合物阻垢剂，②含磷聚合物阻垢剂，③共聚物阻垢剂，④绿色新型阻垢剂。其种类、举例及优缺点说明如表1所示。

1.2 阻垢剂的研究现状和发展方向

由表1的内容可知，目前天然聚合物阻垢剂的使用已经淘汰，而国内在上世纪九十年代以前，研究重点为含磷聚合物阻垢剂，在这之后以共聚物阻垢剂为主。马志等采用硫酸铵作为引发剂，在水作溶剂的条件下合成出了AA/MA/AMPS三元共聚物；荆国华等同样在水作溶剂的条件下以过氧化物为引发剂合成出了MA/AMPS/AMPP三元共聚物；孙哲等以同样方式采用过硫酸铵和次磷酸盐作为引发剂，合成出了MA/AMPS/AA/POCA共聚物，该共聚物有较好的阻钙结垢性能和一定的缓释性；夏明珠等以AA、AMPS等为原料，合成出了一种膦基-羧基-磺酸基共聚物，该共聚物对碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐、硅酸盐和锌盐等的沉积具有很好的阻垢效果，并且具有良好的分散性。

表1 阻垢剂种类及特点

由于磷元素能够造成水体富营养化，开发非磷或低磷、非氮和可降解的绿色阻垢剂已经成为工业上水处理行业的研究方向。复合配方的阻垢剂要比单一组成的药剂具有更好的阻垢性能，可通过开发此类型阻垢剂来弥补单一药剂的缺憾。

以任桂兰等合成出的马来酸酐/丙烯酸/氮川三甲叉膦酸共聚物阻垢产品为例，其生产过程采用一步合成，无需氮保，过程中无有害物质排放。该阻垢剂产品具有良好的缓蚀性、阻垢性、耐高温性、分散性、稳定性、含磷低、无污染、复配性等优点，适用于高碱、高硬、高pH水环境中，可以替代目前使用的氮川三甲叉膦酸阻垢剂。

2 缓蚀剂

2.1 缓蚀剂的种类

缓蚀剂的分类方法有很多，除了以缓蚀剂自身的化学组成分为无机和有机缓蚀剂外，也可根据上述缓蚀机理进行分类，如根据电化腐蚀控制部位和保护膜类型进行的分类。详细的缓蚀剂分类及其举例和主要用途如表2所示。

表2 缓蚀剂分类及用途

2.2 缓蚀剂的研究现状及发展方向

近些年来随着有机合成技术的进步，科学工作者们设计合成出很多新型结构的低聚物、缩聚物型缓蚀剂，不仅毒性低，缓蚀效果也很好，已成功应用于机械内腔、精密刀具、汽车零件等领域。

今后缓蚀剂领域的研究重点应是探索从植物、海水生物中分离提取和加工出新型缓蚀剂的有效成分；利用医药、食品和工农业副产品提取缓蚀剂有效成分，并进行复配或改性；以及运用量子化学理论进行高效多功能环保型和低聚型缓蚀剂的合成。

3 杀菌剂

3.1 杀菌剂的种类

杀菌剂按药剂的化学组成不同可分为氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂两大类，不同杀菌剂具有不同特点(详见表3)。

3.2 杀菌剂的研究现状及发展方向

正如表3所示，水处理杀菌剂的种类多，杀菌机理、效果和用途也各不相同，甚至一些杀菌剂的作用机理还需要进一步的试验研究。河北科技大学王奎涛课题组在二氧化氯作杀菌剂方面有较深入的研究，他们向现有杀菌剂中添加适宜表面活性剂来改进杀菌效果和杀菌剂综合性能，二氧化氯也已经被世卫组织定性为SI级安全、广谱、高效的杀菌剂，具有其独特的优势。

今后水处理杀菌剂领域的发展方向是开发具备广谱、高效、低毒、环保、性价比高等特点的水处理杀菌剂。合理解决环境安全和杀菌效果之间存在的矛盾问题是该行业面临的最大挑战。目前，不溶性高分子固化类杀菌剂的研发成为热潮，并同时开发具有协同作用的复配型杀菌剂。此外，新型绿色环保替代品是今后开发的方向。

表3 杀菌剂种类及优缺点

4 絮凝剂

4.1 絮凝剂的种类

絮凝剂根据其组成不同主要分为以下四类：①无机絮凝剂，②有机高分子絮凝剂，③微生物絮凝剂，④复合絮凝剂。不同种类的絮凝剂范畴中又有具体的种类繁多的研究，详见表4所示。

4.2 絮凝剂的研究现状及发展方向

除了表4中给出的各种絮凝剂研究种类和产品之外，河北胜尔邦环保科技有限公司党酉胜博士团队开发的三元复合型无机高分子絮凝剂——YS系列高效絮凝剂，作为净水剂其生产工艺为国内前沿，为高新科技产品，各项指标均达到或超过国家质量标准，该絮凝剂产品填补了国内空白，是传统絮凝剂最适宜的更新换代品。

对于絮凝剂的研究，今后的发展方向重点有如下两方面：第一，微生物絮凝剂以其独特的生物优势具有广阔开发和应用前景，找寻廉价易得的絮凝剂产生菌培养底物，以期降低絮凝剂的生产成本；第二，在考虑成本的前提下，加大复合絮凝剂的应用推广力度，开展低毒、无毒、高生态安全复合絮凝剂的研究，减少二次污染，实现可持续发展。

表4 絮凝剂种类及产品列举

5 离子交换剂

离子交换剂主要分为无机的和有机的离子交换剂，无机离子交换剂研究较早，而目前研究和使用较多的是有机离子交换剂，大多为合成树脂，带有能够交换离子的活性基团(官能团)，具有网状结构，属于不溶性高分子化合物，通常呈球形颗粒状，使用后可再生。离子交换剂的分类如表5所示。

表5 离子交换剂分类及举例

离子交换树脂在今后发展的关键性问题是其强度与寿命的研究，以期开发出成本低、耐用性好、结构稳定、能耐反复再生的产品。

6 清洗剂

清洗剂种类繁多，首先可根据其组成物质分为无机清洗剂和有机清洗剂两大类。而根据所针对的设备材质不同和具体污垢不同，清洗剂又分为：酸洗剂、氨洗剂、碱洗剂和溶剂型清洗剂四类。

酸洗剂一般包括盐酸、硫酸、氨基磺酸、氢氟酸、柠檬酸、羟基醋酸、甲酸、草酸、乙二胺四醋酸等，越强的酸对水垢的溶解效果就越好，但要考虑对设备的损伤。氨洗剂通常选用1～3%的氨水，通常还要向其中加入过硫酸铵、过碳酸铵、亚硝酸钠等氧化剂配合使用，以提高氨洗效率。碱洗剂通常包括苛性钠、纯碱、磷酸钠、亚硫酸钠、联氨等，同样的，为了提高碱洗效率往往需要再加入一定量表面活性剂和双氧水。溶剂型清洗剂以前多采用汽油，现在改为有机氯化物、有机氟化物，此类清洗剂操作方便，稳定性好，可循环使用。

7 预膜剂

预膜处理是使碳钢等金属设备表面免遭腐蚀的重要手段之一。目前生产和使用较多的预膜剂主要有：聚磷酸盐/锌盐预膜剂、有机清洗预膜剂、表面活性剂-聚磷酸盐清洗预膜剂等。预膜剂使用后，设备在正常操作过程中应伴随使用缓蚀剂，这样可起到维持、修补保护膜，节约药剂费用的作用。

8 消泡剂

8.1 消泡剂的分类

消泡剂有油型、溶液型、乳液型、粉末型和复合型几种，各种消泡剂均应具备以下特点：①消泡作用强，用量少；②不改变加入体系的基本性质；③表面张力小；④与表面的平衡性好；⑤扩散和渗透性好；⑥耐热性好；⑦化学性质稳定，不易氧化；⑧气体溶解和透过性好；⑨在起泡性溶液中溶解度小；⑩无生理活性，安全性高。同时具备上述十余种特性的消泡剂是不存在的，一种消泡剂只能对特定一种或几种体系起作用。各种消泡剂及使用领域如表6所示。