摘 要: 本文作者闡述了我國水處理藥劑發(fā)展面臨的機(jī)遇，分析了環(huán)保型水處理藥劑的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了新型環(huán)保型水處理藥劑的發(fā)展方向。

　　關(guān)鍵詞: 水處理藥劑,分析

　　1 我國水處理藥劑發(fā)展面臨的機(jī)遇

　　1.1 節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)和水循環(huán)利用的需求

　　水資源貧乏且重復(fù)利用率低一直是我國面臨的一大難題，尤其是近年來隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，用水量急劇上升，水污染加劇，水資源短缺問題日益突出。據(jù)有關(guān)資料顯示，2010 年，我國工業(yè)用水量約 1400 億 m3，其中約 70% 的工業(yè)用水為工業(yè)冷卻用水。為了節(jié)約冷卻水，工業(yè)上普遍采用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，使冷卻水重復(fù)使用。但在循環(huán)冷卻過程中，由于溶解鹽類的濃縮及大量溶解氧、塵土、孢子和細(xì)菌，致使循環(huán)水水質(zhì)惡化。此外，冷卻水在不斷循環(huán)使用過程中，使循環(huán)水系統(tǒng)容易產(chǎn)生腐蝕、結(jié)垢、菌藻以及微生物黏泥等問題。為了有效地控制上述危害，需要對(duì)工業(yè)冷卻水進(jìn)行高濁度、高硬度、高堿度處理，而利用水處理藥劑處理冷卻水是目前廣泛使用的方法。

　　1.2 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)不斷提高帶來的新需求

　　為改善我國流域水環(huán)境質(zhì)量，必須根本扭轉(zhuǎn)“有河皆干、有水皆污”、湖泊富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重、水華暴發(fā)等局面。近年來，我國重點(diǎn)污染防治區(qū)的地方政府相繼大幅提高了地方水污染排放標(biāo)準(zhǔn)。“十二五”期間，滇池、巢湖、太湖等重點(diǎn)流域城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)一步提高脫氮除磷水平。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高為新型環(huán)保水處理藥劑的研發(fā)指明了方向，為水處理藥劑的再次飛躍提供了新的契機(jī)。

　　1.3 水環(huán)境質(zhì)量改善的需求

　　《國家環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃》提出，“十二五”期間，將在控制 COD 的基礎(chǔ)上，將 NH3-N 作為水污染物總量控制的約束性指標(biāo)，這對(duì)流域水污染防治提出更高的要求。太湖、滇池和巢湖等重點(diǎn)流域在加強(qiáng)對(duì)主要污染物排放量進(jìn)行控制的同時(shí)，降低入湖 TN、TP 等污染負(fù)荷，改善流域水質(zhì)。但目前我國工業(yè)水處理中常用的緩釋阻垢劑仍以磷系為主，主要品種有: 聚磷酸鹽、磷酸酯、有機(jī)多元膦酸等，全國每年用于緩釋阻垢劑生產(chǎn)的磷有 10 萬 t。這些磷化合物最終進(jìn)入水體，造成湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化，水華暴發(fā)，發(fā)生海水赤潮等，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。因此，研究開發(fā)新型的低磷或無磷、無毒、可生物降解的綠色環(huán)保水處理劑勢(shì)在必行。

　　1.4 國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)的實(shí)施帶來巨大機(jī)遇

　　根據(jù)我國流域水環(huán)境質(zhì)量管理演變的規(guī)律和研究成果，現(xiàn)階段我國水環(huán)境管理正經(jīng)歷從總量控制向流域水質(zhì)目標(biāo)管理全面轉(zhuǎn)變。國家水體污染控制

　　與治理科技重大專項(xiàng)的實(shí)施，將構(gòu)建我國流域水染控制與治理技術(shù)體系和流域水環(huán)境綜合管理技術(shù)體系，這為新型高效環(huán)保水處理藥劑的研發(fā)提供了前所未有的科技支撐條件，為水處理藥劑發(fā)展的再次飛躍搭建了科技平臺(tái)。

　　2 環(huán)保型水處理藥劑的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　2.1 環(huán)保型緩蝕劑

　　環(huán)保型緩蝕劑主要包括鉬酸鹽類緩蝕劑、硅酸鹽類緩蝕劑、鎢系緩蝕劑、天然型緩蝕劑、微生物緩蝕劑等。緩蝕劑技術(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)、有效而通用性強(qiáng)的金屬防腐蝕方法，已在石油、化工、電力、能源等工業(yè)部門獲得廣泛的應(yīng)用。自從 1860 年英國宣布了第一個(gè)緩蝕劑專利，緩蝕劑經(jīng)歷了從無機(jī)共聚物到有機(jī)共聚物，從高磷、低磷到無磷，由單一使用到復(fù)配使用的發(fā)展歷程。為了減輕緩蝕劑對(duì)環(huán)境的危害，國內(nèi)外對(duì)環(huán)保型緩蝕劑進(jìn)行了廣泛的研究。

　　2.2 環(huán)保型阻垢劑

　　環(huán)保型阻垢劑主要包括天然阻垢劑、有機(jī)磷酸酯類阻垢劑、有機(jī)膦酸類阻垢劑、馬來酸酐類共聚物、烷基環(huán)氧羧酸類阻垢劑、聚環(huán)氧琥珀酸( PESA) 、聚天冬氨酸( PASP) 。阻垢劑通過對(duì)水中金屬離子的螯合、對(duì)微晶的吸附分散和晶格畸變等作用，阻止水中致垢鹽類在設(shè)備表面沉積。阻垢劑正向應(yīng)用藥劑的復(fù)合化(既能充分發(fā)揮單一藥劑突出的性能，又能彌補(bǔ)單一藥劑結(jié)構(gòu)上的缺憾，可適當(dāng)降低有效藥劑的含磷量)，單一藥劑的無磷或低磷化、非氮和可生物降解的方向發(fā)展。

　　2.3 環(huán)保型殺菌劑

　　環(huán)保型殺菌劑主要包括二氧化氯、溴類殺菌劑等氧化性殺菌劑，異噻唑啉酮、戊二醛戊二醛等非氧化性殺菌劑，季銨鹽，復(fù)合非氧化性殺菌劑等。水處理殺菌劑是能抑制水中菌藻和微生物的滋長(zhǎng)，防止形成微生物粘泥而對(duì)系統(tǒng)造成危害的化學(xué)藥品。殺菌劑正向無氯或低氯化、安全低殘留、低至突變、復(fù)合效率高等的方向發(fā)展。

　　2.4 環(huán)保型絮凝劑

　　環(huán)保型絮凝劑主要包括聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚合硅酸鋁等無機(jī)高分子，聚丙烯酰胺、聚胺、聚合季銨鹽等有機(jī)高分子絮凝劑，微生物絮凝劑，多元復(fù)合絮凝劑等。絮凝劑主要包括無機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑和微生物絮凝劑等，經(jīng)歷了原始天然產(chǎn)物絮凝劑→傳統(tǒng)無機(jī)絮凝劑→無機(jī)高分子絮凝劑→合成有機(jī)高分子絮凝劑→天然有機(jī)高分子絮凝劑→微生物絮凝劑的發(fā)展歷程。萬俊杰等研究出 A3 菌產(chǎn)絮凝劑處理靛藍(lán)廢水在最佳公益條件下的脫色率達(dá)80%; 賈大偉等研究了3 種復(fù)合絮凝劑的處理效果，其中，PAC + PDADMAC 復(fù)合投加對(duì)冊(cè)田水庫水的濁度、色度、TOC 具有很好的去除效果，去除率分別高達(dá) 93%，90%和 71%。

　　3 新型環(huán)保型水處理藥劑的發(fā)展方向

　　創(chuàng)新是水處理藥劑可持續(xù)發(fā)展的原動(dòng)力，綠色化是未來水處理藥劑發(fā)展的方向，開發(fā)研制適合我國環(huán)境保護(hù)要求的低磷、非氮、可生物降解、無毒無害、低成本的綠色水處理藥劑，將成為我國未來水處理藥劑發(fā)展的方向。

　　3.1 有機(jī)高分子絮凝劑及多元復(fù)合絮凝劑

　　近代混凝理論創(chuàng)新可劃分為 3 個(gè)主要發(fā)展階段: 繼早期 Schuldz-Hardy 規(guī)則根據(jù)經(jīng)典膠體化學(xué)的Guoy-Chapman 雙電層模型建立的 DLVO 理論、網(wǎng)掃絮凝模式( sweep coagulation) 、吸附架橋模型( bridgemodel) ?；炷碚撜J(rèn)為混凝過程中主要存在壓縮雙

　　電層、吸附電中和、黏結(jié)架橋和卷掃絮凝 4 種機(jī)理，這為絮凝劑由傳統(tǒng)無機(jī)絮凝劑發(fā)展為環(huán)保型無機(jī)高分子絮凝劑奠定了理論基礎(chǔ)。不同理論所對(duì)應(yīng)的藥劑分類詳見表 1。

　　近年來，隨著有機(jī)高分子絮凝劑的吸附架橋、吸附電中和、聚合物-顆粒物表面絡(luò)合物形成的耗散絮凝( depletion flocculation) 等機(jī)理的形成，以及對(duì)聚電解質(zhì)絡(luò)合絮凝機(jī)理和吸附膠束絮凝等難降解有機(jī)物強(qiáng)化絮凝機(jī)理的研究，為有機(jī)高分子絮凝劑及多元復(fù)合絮凝劑的研制和應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)，一批新型高效環(huán)保型有機(jī)高分子絮凝劑及多元復(fù)合絮凝劑得以研制，實(shí)現(xiàn)了水處理藥劑的新突破。

　　3.2 綠色水處理藥劑

　　1992 年，里約熱內(nèi)盧聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會(huì)提出了“綠色科技”的概念。1995 年 3 月 l6 日，美國總統(tǒng)克林頓宣布設(shè)立“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”，首先提出了“綠色化學(xué)”的概念。隨后，Anastas 等提出了綠色化學(xué)的 12 條基本原則，即①防止廢物的生成，比讓其生成后再處理更好; ②設(shè)計(jì)的合成方法應(yīng)使生產(chǎn)過程中所采用的原料最大量地進(jìn)人產(chǎn)品中;③設(shè)計(jì)的合成方法中，原料、中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)品均應(yīng)盡可能對(duì)人體健康和環(huán)境無毒、無害( 包括極小毒性和無毒) ; ④設(shè)計(jì)的化工產(chǎn)品必須具有高效的功能，同時(shí)也要減少其毒性; ⑤應(yīng)盡可能避免使用溶劑、分離試劑等助劑，如不可避免，也要選用無毒無害的助劑; ⑥設(shè)計(jì)的合成方法應(yīng)適應(yīng)常溫常壓; ⑦在技術(shù)可行和經(jīng)濟(jì)合理的前提下，采用可再生資源代替消 耗 性 資 源; ⑧ 盡 量 不 用 不 必 要 的 衍 生 物( derivatization) ，如限制性基團(tuán)、保護(hù)/去保護(hù)作用、臨時(shí)調(diào)變物理/化學(xué)工藝; ⑨合成方法中要采用比使用化學(xué)計(jì)量( stoichiometric) 助劑更優(yōu)越的高選擇性催化劑。綠色水處理藥劑的發(fā)展經(jīng)歷了由天然

　　高分子綠色水處理劑到人工合成型高分子綠色水處理藥劑的過程。常見的天然高分子綠色水處理劑有木質(zhì)素、淀粉、丹寧及衍生物等。人工合成型高分子綠色水處理藥劑主要有烷基環(huán)氧羧酸鹽、聚天冬氨酸和聚環(huán)氧琥珀酸類。研制具有高阻垢性能、良好生物降解性、無毒、無磷或低磷的新型綠色水處理藥劑是 21 世紀(jì)水處理藥劑發(fā)展的方向。

　　3.3 多元復(fù)合水處理藥劑

　　多元復(fù)合水處理藥劑是一類具有一劑多效的水處理藥劑，如聚硅酸與鋁鹽復(fù)合絮凝劑，就是一類新型無機(jī)高分子混凝劑，是在活化硅酸(即聚硅酸) 及鋁鹽混凝劑的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的聚硅酸與鋁鹽的復(fù)合產(chǎn)物，同時(shí)具有電中和作用和吸附架橋作用。該類混凝劑具有混凝效果好、價(jià)格便宜、處理后水中的殘留鋁量低等優(yōu)點(diǎn)。又如聚鹵代醇噻啉季銨鹽絮凝劑，具有絮凝能力強(qiáng)的特點(diǎn)，特別適用于選礦作業(yè)中礦石與水的分離，同時(shí)還具有一定的殺菌和緩釋作用。多元復(fù)合水處理藥劑一劑多效的特點(diǎn)，吸引越來越多的研究者從事其制備工藝的研究及應(yīng)用開發(fā)。

　　3.4 納米材料、微生物絮凝劑等新型高效水處理藥劑

　　納米材料具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等，作為一種新型高效水處理藥劑而被寄予厚望。目前，采用納米 TiO2光催化降解毒害有機(jī)物、碳納米管改性去除重金屬等的研究已取得突破性進(jìn)展，為納米材料水處理藥劑的研發(fā)開創(chuàng)了先例。

　　總之，在混凝理論不斷創(chuàng)新的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)上，水處理藥劑將向綠色水處理藥劑、多元復(fù)合水處理藥劑和納米材料、微生物絮凝劑等新型高效水處理藥劑的方向高速發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn):

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　　[2]吳宇峰，曾凡亮. 綠色化學(xué)品與無磷阻垢緩釋劑[J]. 化工時(shí)刊，2010，19(7).