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水处理剂的现状及发展前景

水处理剂的现状及发展前景

水处理剂的现状及发展前景
    随着水资源滥用、地下水深度污染加剧,十八大从政策面也加大生态环保管控力度,促进了新型水处理剂的研究开发,新技术的不断出现和产业化规模的扩大。新型水处理剂化学品的研究正向高效、低毒、无公害方面发展。其发展动向及现状分析如下:
水处理剂市场概况
水处理剂市场由市政水处理市场和工业水处理市场组成。市政水处理市场包括饮用水和城市废水处理工业水处理市场包括冷却水和蒸汽发电厂、商业/公共机构的建筑、设备用水以及工厂排放废水的处理。 专用水处理剂是指活性炭、离子交换树脂、有机聚合物絮凝剂和缓蚀剂、阻垢剂、杀生剂、消泡剂、燃烧助剂等配方化学品。 各种水处理剂的主要作用是抑制垢、污泥和粘泥生成减少泡沫降低与水接触材料的腐蚀控制PH除去悬浮固体澄清除去颜色和臭味软化和矿化水。
水处理剂的现状
在工业冷却水中为了控制腐蚀、结垢及微生物黏泥等而添加的化学品称为水处理剂或水处理剂习惯上也称为水质稳定剂。水处理技术在发展的初期和中期添加的水处理剂一般都是简单的无机化合物如石灰、二氧化碳、硫酸、氯气、磷酸盐等。这些无机化合物大都是工业原料价廉而易得。然而单纯使用无机化合物水处理效果受到一定的限制因此在生产上就逐步地发展成和某些天然的有机化合物复合使用来达到水质控制的目的。如单宁、淀粉、木质素等都是很早就使用的天然有机水处理剂。
20世纪60年代初为了有效地达到缓蚀、阻垢和杀菌的目的更好地控制排污水所造成的污染和公害逐步发展和使用了新型的有机缓蚀剂、有机阻垢剂和有机杀菌剂。总的趋势是越来越多的无机化合物逐步被有机化合物所取代某些无机水处理剂往往也只有和有机水处理剂复合使用才更有效。目前合成和新发展的有机水处理剂都是合成产物而且几乎已完全代替了原来应用的天然有机化合物。许多行之有效的合成表面活性剂也逐渐被应用到水处理领域作为杀菌灭藻的水处理剂和污泥剥离水处理剂。 目前国内循环冷却水系统大都采用磷系复合配方其主要优点是无毒和使用浓度较低然而磷系缓蚀阻垢剂可以充当水中细菌和藻类的营养成分引起水源的富营养化。随着社会的进步和人类环保意识的增强只有那些没有污染或能很快被生物降解、价格又很低廉的高效绿色水处理剂才是受人们欢迎的真正的新型水处理剂。
水处理剂发展的方向
应该指出水处理剂的发展绝不是孤立进行的。它与机理的研究、合成工艺与测试方法的变革甚*分子设计理论等方面的发展密切相关相互促进。水处理剂要能在工业上大规模应用必须考虑水处理剂的污染问题和成本问题。只有那些没有污染或能很快被生物降解、价格又很低廉的高效多功能水处理剂如阳离子改性单宁具有阻垢、缓蚀、絮凝等多种功能才是受人们欢迎的真正的新型水处理剂。因此可以预计不久将有更多的、更有效的环境友好型的新型缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂污泥剥离剂被开发出来并得到更广泛的应用。今后水处理剂的发展可能有如下动向。
新型合成水处理剂的开发
新型水处理剂研究的方向主要有两个方面:一是研制性能更好的缓蚀剂、阻垢剂、污泥剥离剂、杀菌剂或清洗剂;二是合成兼具以上两种或多种性能的水处理剂。这两个方面的探讨重点都在有机化合物方面这是因为目前的有机合成水平已经基本上能够设计和合成出理想的具有特定结构的新型有机化合物从而有希望筛选出合乎理想的、适合于水质控制以及废水处理的新型水处理剂。
以合成的产品代替天然产物或以化合物代替混合物或是对产品规格提出更高、更严格的要求是新型水处理剂的方向。应用于水质控制的水处理剂现在有一些仍然还是天然产物有些水处理剂的组成并不十分严格因而它们的性能和效果也就不十分稳定。例如:淀粉、木质素、栲胶含单宁的天然产物曾长期作为阻垢分散剂使用。这些天然产物的组成不稳定效果也不同已逐渐被人工合成的有机化合物所代替。某些水处理剂虽然是化工厂的合成产品但它们实际上是混合物高分子聚合物都是不同相对分子质量的混合物。具有*佳阻垢作用的往往仅为一定相对分子质量范围内的产品。随着对缓蚀阻垢机理的深入研究就有可能对这些产品的相对分子质量提出确切的要求。另外有机合成工业的发展已有可能在合成生产过程中控制聚合物相对分子质量的大小因而能获得更为理想的产品来满足水质控制的严格要求。
水处理剂间的复配增效技术研究
目前使用的水处理药剂几乎都是具有不同功能水处理剂的复合产品。这主要是因为每种水处理剂都有一定的局限性同时也是为了充分地利用各种水处理剂之间的协同效应。复合配方不仅在目前而且在今后一个相当长的时期内都是非常重要的。但是复合配方对各种水处理剂组分的要求也将日益严格配方的组成应尽可能简化。 华东理工大学霍宇凝等对聚天冬氨酸与氧化淀粉复配物的阻垢性能进行了研究结果表明:复配物阻垢性能较单纯的聚天冬氨酸优异可适用于高钙、高 pH、高温的水系统中并可在水系统中长时间停留。在冷却水系统锌盐ZnSO4是一种常用的单剂其和铬酸盐等钝化膜型缓蚀剂以及多元膦酸、聚羧酸等有机缓蚀剂复配使用可以降低它们的使用量并可以防止磷酸盐、硅酸盐和硫酸盐使用量过多而生成的沉淀。通过对缓蚀剂复配增效机理的研究可以降低对环境毒性大的缓蚀剂使用量一定程度上减轻它们的危害性。目前国内外都在致力于开发采用多元羧酸、羟基羧酸、不饱和羧酸、含磺酸基高分子共聚物、氨基酸和多糖等单剂的全有机系复合水处理药剂。
水处理剂的分子结构设计以及与其性能的相关性研究
有机水处理剂具有相对分子质量较大、结构复杂的特点。其结构上的特点往往是它们所以能具有缓蚀、阻垢和杀菌性能的内在因素。一个化合物的性能和它的结构之间具有必然的联系。因此要设计和选用新型的有机水处理剂它的结构问题是首先必须考虑的重要问题。
事实上过去从有机化合物中筛选合适的水处理剂时已经利用了有机化合物可以衍生而使结构变化从而改变其性能的特点。例如常在酸性溶液中使用的许多胺类水处理剂看来似乎结构复杂多样但实际上它们与十八胺的结构有共同之处同属胺类。其中的氮原子大多具有碱性。就结构不同的个别化合物而言其烃基基团的不同可大可小可简单可复杂使各个化合物的物理性质和化学性质产生差异。作为缓蚀剂它们不同的溶解性能和表面活性决定了它们的应用特点和适用范围。水处理剂研究工作者就是通过掌握分子结构与性质变化之间的规律设计不同的分子结构获得不同性质的化合物。在聚羧酸盐的开发中也可以找到相似的例子。较早发现了具有良好阻垢作用的聚丙烯酸以后又从类似的结构中发现了聚马来酸在某些情况下它具有更好的阻垢作用。更进一步改变聚羧酸的结构利用马来酸的反式异构体富马酸反丁烯二酸与丙烯磺酸钠共聚这就使所得到的共聚物不仅具有磺酸钠基团—SO3Na而且羧基也并不完全在分子的一侧。这种高分子共聚物据报道兼具阻垢和缓蚀双重作用。
多功能水处理剂的研究
开发具有缓蚀、阻垢和杀菌三种性能中的两种或全部性能的新型水处理剂一直是水处理剂研究工作者的努力方向。事实上已经使用的水处理剂中就有不少这种情况如水解聚马来酸酐就是一种。又例如季铵盐也兼具缓蚀和杀菌的作用。有机磷酸盐也兼有缓蚀与阻垢的性能。有人进一步把以上两类化合物的结构结合起来探索它们是否具有更多样化的性能。如将EDTMP的结构变成高分子的季铵盐形式。如: 这个化合物既具有原来EDTMP的多元膦酸形式又具有季铵盐的结构是高分子化合物因此原设计者预计其可能具有缓蚀、阻垢和杀菌的特性。据报道这些化合物的确兼具缓蚀、阻垢和对某些细菌的抑制杀灭作用。绿色水处理剂的发展无磷、非氮并具有良好生物降解性能的合成高分子水处理剂聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸是国际公认的两种绿色水处理剂。
水处理剂化学品的环境友好化
环境友好化不仅体现在无磷配方、抑制高效性、能独立标记、成本低等方面,更应该表现出良好的生物降解性、对人类、水产品微毒或无毒等特点。以保护生态环境为目标,更好的融会贯通十八大生态文明的会旨。
目前相对成熟的绿色环保型水处理剂产品有聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸,二者已被国际公认绿色水处理药剂。