水處理藥劑種類及其研究現狀與發展概述

(河北中科永和檢測技術服務有限公司，河北 石家莊 050036)

本文所述水處理藥劑是指為了工業生活污水廢水進行處理使其達到一定質量要求所加入的化學試劑，根據不同的目的和作用，水處理藥劑包括：阻垢劑、緩蝕劑、殺菌劑、絮凝劑、離子交換劑、清洗劑、預膜劑、消泡劑和示蹤藥劑等多種不同類型的產品。本文分別對水處理藥劑的作用、分類和研究現狀進行了概述，并對其今后的研發方向進行了展望。

1 阻垢劑

1.1 阻垢劑的種類

阻垢劑有多種多樣，一般按照阻垢劑研究的發展歷程和阻垢劑分子中的官能團進行分類，主要分為以下四大類：①天然聚合物阻垢劑，②含磷聚合物阻垢劑，③共聚物阻垢劑，④綠色新型阻垢劑。其種類、舉例及優缺點說明如表1所示。

1.2 阻垢劑的研究現狀和發展方向

由表1的內容可知，目前天然聚合物阻垢劑的使用已經淘汰，而國內在上世紀九十年代以前，研究重點為含磷聚合物阻垢劑，在這之后以共聚物阻垢劑為主。馬志等采用硫酸銨作為引發劑，在水作溶劑的條件下合成出了AA/MA/AMPS三元共聚物；荊國華等同樣在水作溶劑的條件下以過氧化物為引發劑合成出了MA/AMPS/AMPP三元共聚物；孫哲等以同樣方式采用過硫酸銨和次磷酸鹽作為引發劑，合成出了MA/AMPS/AA/POCA共聚物，該共聚物有較好的阻鈣結垢性能和一定的緩釋性；夏明珠等以AA、AMPS等為原料，合成出了一種膦基-羧基-磺酸基共聚物，該共聚物對碳酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽和鋅鹽等的沉積具有很好的阻垢效果，并且具有良好的分散性。

表1 阻垢劑種類及特點

由于磷元素能夠造成水體富營養化，開發非磷或低磷、非氮和可降解的綠色阻垢劑已經成為工業上水處理行業的研究方向。復合配方的阻垢劑要比單一組成的藥劑具有更好的阻垢性能，可通過開發此類型阻垢劑來彌補單一藥劑的缺憾。

以任桂蘭等合成出的馬來酸酐/丙烯酸/氮川三甲叉膦酸共聚物阻垢產品為例，其生產過程采用一步合成，無需氮保，過程中無有害物質排放。該阻垢劑產品具有良好的緩蝕性、阻垢性、耐高溫性、分散性、穩定性、含磷低、無污染、復配性等優點，適用于高堿、高硬、高pH水環境中，可以替代目前使用的氮川三甲叉膦酸阻垢劑。

2 緩蝕劑

2.1 緩蝕劑的種類

緩蝕劑的分類方法有很多，除了以緩蝕劑自身的化學組成分為無機和有機緩蝕劑外，也可根據上述緩蝕機理進行分類，如根據電化腐蝕控制部位和保護膜類型進行的分類。詳細的緩蝕劑分類及其舉例和主要用途如表2所示。

表2 緩蝕劑分類及用途

2.2 緩蝕劑的研究現狀及發展方向

近些年來隨著有機合成技術的進步，科學工作者們設計合成出很多新型結構的低聚物、縮聚物型緩蝕劑，不僅毒性低，緩蝕效果也很好，已成功應用于機械內腔、精密刀具、汽車零件等領域。

今后緩蝕劑領域的研究重點應是探索從植物、海水生物中分離提取和加工出新型緩蝕劑的有效成分；利用醫藥、食品和工農業副產品提取緩蝕劑有效成分，并進行復配或改性；以及運用量子化學理論進行高效多功能環保型和低聚型緩蝕劑的合成。

3 殺菌劑

3.1 殺菌劑的種類

殺菌劑按藥劑的化學組成不同可分為氧化性殺菌劑和非氧化性殺菌劑兩大類，不同殺菌劑具有不同特點(詳見表3)。

3.2 殺菌劑的研究現狀及發展方向

正如表3所示，水處理殺菌劑的種類多，殺菌機理、效果和用途也各不相同，甚至一些殺菌劑的作用機理還需要進一步的試驗研究。河北科技大學王奎濤課題組在二氧化氯作殺菌劑方面有較深入的研究，他們向現有殺菌劑中添加適宜表面活性劑來改進殺菌效果和殺菌劑綜合性能，二氧化氯也已經被世衛組織定性為SI級安全、廣譜、高效的殺菌劑，具有其獨特的優勢。

今后水處理殺菌劑領域的發展方向是開發具備廣譜、高效、低毒、環保、性價比高等特點的水處理殺菌劑。合理解決環境安全和殺菌效果之間存在的矛盾問題是該行業面臨的最大挑戰。目前，不溶性高分子固化類殺菌劑的研發成為熱潮，并同時開發具有協同作用的復配型殺菌劑。此外，新型綠色環保替代品是今后開發的方向。

表3 殺菌劑種類及優缺點

4 絮凝劑

4.1 絮凝劑的種類

絮凝劑根據其組成不同主要分為以下四類：①無機絮凝劑，②有機高分子絮凝劑，③微生物絮凝劑，④復合絮凝劑。不同種類的絮凝劑范疇中又有具體的種類繁多的研究，詳見表4所示。

4.2 絮凝劑的研究現狀及發展方向

除了表4中給出的各種絮凝劑研究種類和產品之外，河北勝爾邦環?？萍加邢薰军h酉勝博士團隊開發的三元復合型無機高分子絮凝劑——YS系列高效絮凝劑，作為凈水劑其生產工藝為國內前沿，為高新科技產品，各項指標均達到或超過國家質量標準，該絮凝劑產品填補了國內空白，是傳統絮凝劑最適宜的更新換代品。

對于絮凝劑的研究，今后的發展方向重點有如下兩方面：第一，微生物絮凝劑以其獨特的生物優勢具有廣闊開發和應用前景，找尋廉價易得的絮凝劑產生菌培養底物，以期降低絮凝劑的生產成本；第二，在考慮成本的前提下，加大復合絮凝劑的應用推廣力度，開展低毒、無毒、高生態安全復合絮凝劑的研究，減少二次污染，實現可持續發展。

表4 絮凝劑種類及產品列舉

5 離子交換劑

離子交換劑主要分為無機的和有機的離子交換劑，無機離子交換劑研究較早，而目前研究和使用較多的是有機離子交換劑，大多為合成樹脂，帶有能夠交換離子的活性基團(官能團)，具有網狀結構，屬于不溶性高分子化合物，通常呈球形顆粒狀，使用后可再生。離子交換劑的分類如表5所示。

表5 離子交換劑分類及舉例

離子交換樹脂在今后發展的關鍵性問題是其強度與壽命的研究，以期開發出成本低、耐用性好、結構穩定、能耐反復再生的產品。

6 清洗劑

清洗劑種類繁多，首先可根據其組成物質分為無機清洗劑和有機清洗劑兩大類。而根據所針對的設備材質不同和具體污垢不同，清洗劑又分為：酸洗劑、氨洗劑、堿洗劑和溶劑型清洗劑四類。

酸洗劑一般包括鹽酸、硫酸、氨基磺酸、氫氟酸、檸檬酸、羥基醋酸、甲酸、草酸、乙二胺四醋酸等，越強的酸對水垢的溶解效果就越好，但要考慮對設備的損傷。氨洗劑通常選用1～3%的氨水，通常還要向其中加入過硫酸銨、過碳酸銨、亞硝酸鈉等氧化劑配合使用，以提高氨洗效率。堿洗劑通常包括苛性鈉、純堿、磷酸鈉、亞硫酸鈉、聯氨等，同樣的，為了提高堿洗效率往往需要再加入一定量表面活性劑和雙氧水。溶劑型清洗劑以前多采用汽油，現在改為有機氯化物、有機氟化物，此類清洗劑操作方便，穩定性好，可循環使用。

7 預膜劑

預膜處理是使碳鋼等金屬設備表面免遭腐蝕的重要手段之一。目前生產和使用較多的預膜劑主要有：聚磷酸鹽/鋅鹽預膜劑、有機清洗預膜劑、表面活性劑-聚磷酸鹽清洗預膜劑等。預膜劑使用后，設備在正常操作過程中應伴隨使用緩蝕劑，這樣可起到維持、修補保護膜，節約藥劑費用的作用。

8 消泡劑

8.1 消泡劑的分類

消泡劑有油型、溶液型、乳液型、粉末型和復合型幾種，各種消泡劑均應具備以下特點：①消泡作用強，用量少；②不改變加入體系的基本性質；③表面張力??；④與表面的平衡性好；⑤擴散和滲透性好；⑥耐熱性好；⑦化學性質穩定，不易氧化；⑧氣體溶解和透過性好；⑨在起泡性溶液中溶解度??；⑩無生理活性，安全性高。同時具備上述十余種特性的消泡劑是不存在的，一種消泡劑只能對特定一種或幾種體系起作用。各種消泡劑及使用領域如表6所示。

8.2 消泡劑的研究現狀和發展方向

聚醚類改性硅油消泡劑在國內仍處于研發階段，產品稀缺。此種消泡劑可迅速溶解于水中，既可以單獨使用，又可以與其它水處理劑復配使用。聚醚類消泡劑穩定性好，不易發生破乳漂油現象，不產生沉淀，是消泡劑領域的新品種，亦是消泡劑研發的方向。

9 示蹤藥劑

示蹤藥劑(tracer agent)是為了觀測和研究某物質在特定過程中行蹤和性質而加入的一種標記物質，該標記物應在過程中與被示劑物完全相同或差別極小，對體系不產生顯著影響，且容易被探測。示蹤劑的使用可對處理后的水質進行準確評價，實現水處理系統的自動檢測與控制，具有很好的應用前景。

10 展 望

水處理藥劑的種類繁多，產品各異，雖然目前來看我國水處理藥劑行業與歐美等發達國家有一定差距，但外國水處理研發與市場趨于飽和的現狀也是我國在該方面研究和發展的機遇，相信我國水處理藥劑在研發和市場方面在面對巨大挑戰同時一定會有更大的進展。

表6 消泡劑種類及用途