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

　　關鍵詞: 水處理藥劑,分析

　　1 我國水處理藥劑發(fā)展面臨的機遇

　　1.1 節(jié)能減排、清潔生產和水循環(huán)利用的需求

　　水資源貧乏且重復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濟的迅速發(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。據有關資料顯示，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、孢子和細菌，致使循環(huán)水水質惡化。此外，冷卻水在不斷循環(huán)使用過程中，使循環(huán)水系統(tǒng)容易產生腐蝕、結垢、菌藻以及微生物黏泥等問題。為了有效地控制上述危害，需要對工業(yè)冷卻水進行高濁度、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)境標準不斷提高帶來的新需求

　　為改善我國流域水環(huán)境質量，必須根本扭轉“有河皆干、有水皆污”、湖泊富營養(yǎng)化嚴重、水華暴發(fā)等局面。近年來，我國重點污染防治區(qū)的地方政府相繼大幅提高了地方水污染排放標準。“十二五”期間，滇池、巢湖、太湖等重點流域城鎮(zhèn)污水處理廠進一步提高脫氮除磷水平。環(huán)境標準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。

　　1.3 水環(huán)境質量改善的需求

　　《國家環(huán)境保護“十二五”規(guī)劃》提出，“十二五”期間，將在控制 COD 的基礎上，將 NH3-N 作為水污染物總量控制的約束性指標，這對流域水污染防治提出更高的要求。太湖、滇池和巢湖等重點流域在加強對主要污染物排放量進行控制的同時，降低入湖 TN、TP 等污染負荷，改善流域水質。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、有機多元膦酸等，全國每年用于緩釋阻垢劑生產的磷有 10 萬 t。這些磷化合物最終進入水體，造成湖泊水體富營養(yǎng)化，水華暴發(fā)，發(fā)生海水赤潮等，嚴重破壞生態(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)保水處理劑勢在必行。

　　1.4 國家水體污染控制與治理科技重大專項的實施帶來巨大機遇

　　根據我國流域水環(huán)境質量管理演變的規(guī)律和研究成果，現階段我國水環(huán)境管理正經歷從總量控制向流域水質目標管理全面轉變。國家水體污染控制

　　與治理科技重大專項的實施，將構建我國流域水染控制與治理技術體系和流域水環(huán)境綜合管理技術體系，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。

　　2 環(huán)保型水處理藥劑的應用現狀

　　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。緩蝕劑技術作為一種經濟、有效而通用性強的金屬防腐蝕方法，已在石油、化工、電力、能源等工業(yè)部門獲得廣泛的應用。自從 1860 年英國宣布了第一個緩蝕劑專利，緩蝕劑經歷了從無機共聚物到有機共聚物，從高磷、低磷到無磷，由單一使用到復配使用的發(fā)展歷程。為了減輕緩蝕劑對環(huán)境的危害，國內外對環(huán)保型緩蝕劑進行了廣泛的研究。

　　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、有機磷酸酯類阻垢劑、有機膦酸類阻垢劑、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) 。阻垢劑通過對水中金屬離子的螯合、對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備表面沉積。阻垢劑正向應用藥劑的復合化(既能充分發(fā)揮單一藥劑突出的性能，又能彌補單一藥劑結構上的缺憾，可適當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，防止形成微生物粘泥而對系統(tǒng)造成危害的化學藥品。殺菌劑正向無氯或低氯化、安全低殘留、低至突變、復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、聚合硅酸鋁等無機高分子，聚丙烯酰胺、聚胺、聚合季銨鹽等有機高分子絮凝劑，微生物絮凝劑，多元復合絮凝劑等。絮凝劑主要包括無機絮凝劑、有機絮凝劑和微生物絮凝劑等，經歷了原始天然產物絮凝劑→傳統(tǒng)無機絮凝劑→無機高分子絮凝劑→合成有機高分子絮凝劑→天然有機高分子絮凝劑→微生物絮凝劑的發(fā)展歷程。萬俊杰等研究出 A3 菌產絮凝劑處理靛藍廢水在最佳公益條件下的脫色率達80%; 賈大偉等研究了3 種復合絮凝劑的處理效果，其中，PAC + PDADMAC 復合投加對冊田水庫水的濁度、色度、TOC 具有很好的去除效果，去除率分別高達 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 有機高分子絮凝劑及多元復合絮凝劑

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

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

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

　　3.2 綠色水處理藥劑

　　1992 年，里約熱內盧聯合國環(huán)境與發(fā)展大會提出了“綠色科技”的概念。1995 年 3 月 l6 日，美國總統(tǒng)克林頓宣布設立“總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎”，首先提出了“綠色化學”的概念。隨后，Anastas 等提出了綠色化學的 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設計的合成方法應使生產過程中所采用的原料最大量地進人產品中;③設計的合成方法中，原料、中間產物和最終產品均應盡可能對人體健康和環(huán)境無毒、無害( 包括極小毒性和無毒) ; ④設計的化工產品必須具有高效的功能，同時也要減少其毒性; ⑤應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設計的合成方法應適應常溫常壓; ⑦在技術可行和經濟合理的前提下，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、保護/去保護作用、臨時調變物理/化學工藝; ⑨合成方法中要采用比使用化學計量( 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 世紀水處理藥劑發(fā)展的方向。

　　3.3 多元復合水處理藥劑

　　多元復合水處理藥劑是一類具有一劑多效的水處理藥劑，如聚硅酸與鋁鹽復合絮凝劑，就是一類新型無機高分子混凝劑，是在活化硅酸(即聚硅酸) 及鋁鹽混凝劑的基礎上發(fā)展起來的聚硅酸與鋁鹽的復合產物，同時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、價格便宜、處理后水中的殘留鋁量低等優(yōu)點。又如聚鹵代醇噻啉季銨鹽絮凝劑，具有絮凝能力強的特點，特別適用于選礦作業(yè)中礦石與水的分離，同時還具有一定的殺菌和緩釋作用。多元復合水處理藥劑一劑多效的特點，吸引越來越多的研究者從事其制備工藝的研究及應用開發(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、表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等，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物、碳納米管改性去除重金屬等的研究已取得突破性進展，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)新的堅實基礎上，水處理藥劑將向綠色水處理藥劑、多元復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:

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