水處理藥劑的發(fā)展
1、前言
水處理劑是工業(yè)用水、生活用水、廢水處理過程中必需的化學藥劑,通過使用這些化學藥劑,可使水達到一定的質(zhì)量要求。它的主要作用是控制水垢和污泥的形成、減少泡沫、減少與水接觸的材料腐蝕、除去水中的懸浮固體和有毒物質(zhì)、除臭脫色、軟化水質(zhì)等。目前由于世界各國用水量急劇增加，同時各種環(huán)保法規(guī)（水凈化法）相繼制定，而且要求日益嚴格，所以對于各類高效的水處理藥劑增長很快。在我國，與日益嚴峻的水資源危機矛盾的是水處理藥劑的生產(chǎn)能力很低，質(zhì)量也得不到保證，所以加快我國水處理藥劑這一環(huán)保材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迫在眉睫。
水處理藥劑包括絮凝劑、緩蝕劑、阻垢劑、殺生劑、分散劑、清洗劑、預膜劑、消泡劑、脫色劑、螯合劑、除氧劑及離子交換樹脂等。本文將對絮凝劑和殺生劑作系統(tǒng)地介紹。
2、絮凝劑
絮凝技術(shù)的關(guān)鍵是絮凝劑的選擇。絮凝劑可分為無機、有機和微生物絮凝劑。
2.1、無機絮凝劑
無機低分子絮凝劑有氯化鋁、硫酸鋁、硫酸鐵、氯化鐵等。其聚集速度慢,形成的絮狀物小,腐蝕性強,在水處理過程中存在較大的問題,而逐漸被無機高分子絮凝劑所取代。
無機高分子絮凝劑是在傳統(tǒng)鋁鹽、鐵鹽的基礎上發(fā)展起來的一種新型的水處理劑,價格較低廉,凈水效果好。
聚合氯化鋁(PAC)的混凝性能好，生成的礬花大，投藥量少，效率高，沉降快，適合水質(zhì)范圍較寬。主要用于飲用水和工業(yè)給水的凈化。同時還能用于去除水中所含的鐵、錳、鉻、鉛等重金屬，以及氟化物和水中含油等，故可用于處理多種工業(yè)廢水。
聚合氯化鋁鐵（PAFC）是一種新型的無機高分子凈水劑，產(chǎn)品中鋁鐵二者的配比是可調(diào)的，以適應不同水質(zhì)的需求，已分別在石化、鋼鐵、煤炭工業(yè)等廢水的凈化處理中得到應用。結(jié)果表明，該藥劑質(zhì)優(yōu)、價廉，是一種新型、高效、穩(wěn)定的凈水劑，具有廣泛的應用前景。有人通過實驗比較得出PAFC的凈水效果稍好于PAC，但PAFC加藥成本比PAC少得多。
聚合硫酸鐵具有良好的絮凝和吸附作用，廣泛應用于原水，飲用水、自來水、工業(yè)用水、工業(yè)廢水及生活污水的處理。聚合硫酸鋁(PAS)是一種使用最廣的混凝劑，主要用于飲用水和工業(yè)用水的凈化處理。
聚硅酸鹽是在聚硅酸及傳統(tǒng)的鋁鹽、鐵鹽基礎上發(fā)展起來的。高度聚合的硅酸與金屬離子一起可產(chǎn)生良好的混凝效果。通過把金屬離子的電中和能力和聚硅酸的吸附架橋能力結(jié)合在一起,使復合產(chǎn)物具有較強的電中和與吸附架橋作用,達到更好的凈水效果。它們的絮凝脫穩(wěn)性能遠超過聚硅酸和聚金屬離子,同聚硅酸相比,不但提高了穩(wěn)定性,且增加了電中和能力;同聚金屬離子相比,則增強了粘結(jié)架橋性能。以聚合硅酸硫酸鋁（PASS）、聚硅氯化鋁（PASC）和硅鐵復合無機高分子絮凝劑為代表的復合無機高分子絮凝劑，成功應用在給水、工業(yè)廢水以及城市污水的各種流程中，現(xiàn)已成為主流絮凝劑。
但是，無機高分子絮凝劑的相對分子質(zhì)量和粒度以及絮凝架橋能力仍比有機絮凝劑差很多，且存在對進一步水解反應的不穩(wěn)定性問題。
2.2有機高分子絮凝劑
與無機絮凝劑相比,合成有機高分子絮凝劑用量少,絮凝速度快,受共存鹽類、介質(zhì)ｐＨ及環(huán)境溫度影響小,生成污泥量也少;而且有機高分子絮凝劑分子可帶—COO-、—NH—、SO3、—OH等親電基團,可具鏈狀、環(huán)狀等多種結(jié)構(gòu),利于污染物進入絮體,脫色性好。一般有機絮凝劑的色度去除較無機絮凝劑高20%左右.目前應用較為廣泛的是聚丙烯酰胺類。它能適應多種絮凝對象，用量少，效率高，生成的泥渣少，后處理容易。常與其它無機絮凝劑復配，如與氯化鋁的復配使用。
但合成高分子絮凝劑其單體或水解、降解產(chǎn)物常常有毒,如聚丙烯酰胺(PAM)的單體,有神經(jīng)毒性和致畸、致癌、致突變的“三致”效應。
2.3微生物絮凝劑
微生物絮凝劑是利用生物技術(shù),從微生物或其分泌物提取、純化而獲得的一種安全、高效、能自然降解的新型水處理劑,至今發(fā)現(xiàn)具有絮凝性的微生物已超過17種,包括霉菌、細菌、放線菌和酵母菌等。它分為：
(1)直接利用微生物細胞的絮凝劑，如某些細菌、霉菌、放線菌和酵母，他們大量存在于土壤、活性污泥和沉積物中；
(2)利用微生物細胞壁提取物的絮凝劑，如酵母細胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白質(zhì)和N-乙酰葡萄糖胺等成分；
(3)利用微生物細胞代謝產(chǎn)物的絮凝劑，微生物細胞分泌到細胞外的代謝產(chǎn)物是細胞的莢膜和粘液質(zhì)，除水外，其主要成分為多糖及少量多肽、蛋白質(zhì)、脂類及其復合物。其中多糖在某種程度上可用做絮凝劑。
迄今為止，發(fā)現(xiàn)的絮凝效果最好的微生物絮凝劑是紅平諾卡氏菌NOC-1？捎糜谛螽a(chǎn)廢水處理,膨脹污泥的沉降及紙漿廢水(黑液)顏料廢水等有色廢水的脫色,效果顯著。
雖然，對微生物絮凝劑的研究屢有報道，但大多處于實驗室研究階段，未走向工業(yè)應用。我國這方面的起步較晚，目前的研究僅限于菌種篩選。
成都生物研究所分離篩選初步獲得6株微生物絮凝劑產(chǎn)生菌,用其發(fā)酵離心上清液對造紙黑液,皮革廢水,偶氮染料廢水,硫化染料廢水,電鍍廢水,彩印制板廢水,石油化工廢水,造幣廢水及藍黑水,碳素墨水等進行的絮凝試驗表明,廢水固液分離效果良好,COD去除率55%—98%,懸浮物,色度、濁度去除率90%以上。
上海大學環(huán)境科學系在污水處理廠的回流污泥及底泥中分離,篩選出3株絮凝劑產(chǎn)生菌.該菌株所產(chǎn)培養(yǎng)液可使土壤懸液濁度去除率達99%以上,使堿性染料廢水COD去除率為70%左右,色度去除為92%左右。
目前，絮凝劑正向價廉實用、無毒高效的方向發(fā)展。有機高分子絮凝劑將逐漸取代目前被廣泛使用的無機絮凝劑，另一方面，微生物絮凝劑具有使用穩(wěn)定性、安全性、高效性及低耗性。是當今最具發(fā)展前途的絮凝之一。所以，未來的發(fā)展不僅要開發(fā)新型廉價高效的微生物絮凝劑，還要研究微生物絮凝劑與其他絮凝劑的配合使用。已有試驗表明，二者配合使用，可以互補， 不僅可以提高絮凝效率，而且還可降低投加量。
3、殺生劑
殺生劑是在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，用以殺死微生物（菌藻）以阻止其大量繁殖致使冷卻水系統(tǒng)中的金屬設備發(fā)生腐蝕及事故，影響正常運行的水處理藥劑。根據(jù)殺生機制分為氧化性殺生劑和非氧化性殺生劑。
3.1氧化性殺生劑
氯氣是一種強氧化性殺生劑,其殺菌力強,價格低廉,使用較簡單,是當今應用最廣泛的殺生劑之一。但不適于堿性水處理。另外,它可能與水中有機物生成致癌物三鹵甲烷,因而限制了它的應用。于是溴類、臭氧、二氧化氯相繼為人們所重視。
溴類殺生劑主要有溴化鈉、溴化海因、活性溴、溴化丙酰胺等。溴化丙酰胺是近年來開發(fā)出的一類氧化性殺生劑,其中2,2-二溴-3-氮川丙酰胺是一種非常有效的廣譜殺生劑。隨著冷卻水pH值和溫度的升高,它的半衰期迅速變短,對環(huán)境污染小。
臭氧具有十分優(yōu)良的殺菌活性,剝離粘泥作用較強,同時還兼具緩蝕阻垢作用,用它處理循環(huán)冷卻水,其濃縮倍數(shù)可達30～50。但由于成本較高,目前還未被廣泛采用。
二氧化氯對細胞壁有較強的吸引和穿透能力,它對冷卻水中存在的主要危害菌種如異養(yǎng)菌、鐵細菌、硫酸鹽還原菌等都有很好的殺滅作用。它的特點是用量少、高效、快速、藥效持續(xù)時間長。如2mg/L的二氧化氯作用30s后就能殺死近100%的微生物;在pH為8.6,活菌數(shù)達71萬個/ml的水中投加0.5mg/L的二氧化氯作用12h后,對異養(yǎng)菌的殺菌率保持在99%以上。另外,它能不受pH的影響,不與水中氨、有機胺類及酚類反應；不僅能殺死微生物，而且能分解殘留的細胞結(jié)構(gòu)，具有殺孢子和殺病毒的作用；適用于堿性水處理,對環(huán)境沒有威脅。在我國，以前由于它的不穩(wěn)定性限制了其推廣應用。近年來,一些廠家已先后批量生產(chǎn)穩(wěn)定性二氧化氯,南京某公司還推出了化學法二氧化氯發(fā)生器,其設計獨特,操作簡便,安全可靠。用二氧化氯取代氯氣作為工業(yè)循環(huán)冷卻水的殺生劑具有很多的優(yōu)越性，特別是對于合成氨廠，化工廠和煉油廠的冷卻水系統(tǒng)，由于系統(tǒng)中有機物和氨的含量高，需氯量大，pH值偏堿性，用二氧化氯取代氯氣可以取得更好的經(jīng)濟、環(huán)境效益。
3.2非氧化性殺生劑
非氧化性殺生劑種類較多,應用較早的氯酚類因毒性大,易污染水體,漸漸被棄之不用。有機胺類使用也極少。
二硫氰基甲烷是使用較早的有機硫化物殺生劑。對于抑制藻類、真菌和細菌,尤其是硫酸鹽還原菌十分有效。但不適宜在堿性冷卻水系統(tǒng)中使用。
異噻唑啉酮是一類較新的有機硫化物殺生劑。該類殺生劑是通過斷開細菌和藻類蛋白質(zhì)的鍵而起殺生作用的,濃度為0.5mg/L時,即能有效地抑制冷卻水系統(tǒng)中的藻類、真菌和細菌,具有廣譜高效、作用時間長(0.5mg/L的加入量,使用5周后仍有效)、低毒、pH使用范圍廣、配伍性混溶性好、不起泡沫,并能阻止粘泥生成等優(yōu)點。國外已廣泛應用于冷卻水處理中。
季銨鹽殺生劑因其成本低,毒性小,且兼具緩蝕性。故得到廣泛的應用,但使用中還存在易產(chǎn)生抗藥性、費用增加，起泡，加重腐蝕等問題。鑒于此,新合成的十六烷基辛基二甲基溴化銨(168)和十六烷基癸基二甲基溴化銨(1610)兩種雙烷基季銨鹽,改變了季銨鹽的表面活性和分子穩(wěn)定性,它產(chǎn)生的泡沫少,殺生活性也得以提高。
戊二醛具有高效廣譜的殺菌滅藻作用,對生物粘泥也有一定的剝離作用。美國聯(lián)合碳化物公司生產(chǎn)了系列戊二醛水處理殺生劑A515、A525、A530等,試驗證明,A515對異養(yǎng)菌等具有明顯的殺生作用,且藥效持續(xù)時間長,72h后殺菌率仍有90%以上;它適用于堿性水處理,與磷系藥劑具有良好的配伍性。武漢某公司近年推出戊二醛系列用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng),效果明顯。在對冷卻水的推薦使用濃度下,戊二醛幾乎沒有毒性,它的水溶液本身會發(fā)生生物降解。隨著社會環(huán)保意識的加強,戊二醛類殺生劑將大有發(fā)展前途。
開發(fā)新型殺生劑，要考慮價格、毒性,使用安全性,貯存穩(wěn)定性、微生物耐藥性等因素外，還應考慮殺生劑的復配間的協(xié)同效應,復配在一起,既能增強殺生能力,又能降低加藥量。
4、水處理藥劑的發(fā)展方向
4.1專用水處理藥劑的開發(fā)
為了滿足不同廢水系統(tǒng)(如造紙廢水、印染廢水、食品加工廢水等)的需要，專用性強，針對某一類化學物質(zhì)的品種的研制與開發(fā)勢在必行。
4.2多功能水處理藥劑的開發(fā)
多功能水處理劑是水處理藥劑研究的一個重要方面，這類新型水處理技術(shù)的出現(xiàn)，將開拓水處理劑的生產(chǎn)和應用范圍，對化學法處理工業(yè)水的發(fā)展有重大的促進作用。
這方面的研究主要有：緩蝕-阻垢劑、絮凝-緩蝕劑、絮凝-殺菌劑、絮凝-殺菌-緩蝕劑、絮凝-緩蝕-阻垢劑等。
4.3綠色水處理藥劑的發(fā)展
水處理藥劑綠色化發(fā)展中，無毒、無害、易生物降解都是方向。最典型的綠色水處理藥劑是近年來國內(nèi)外開發(fā)的分散阻垢劑聚天冬氨酸（PASP）。PASP是合成的一種生物高分子。有良好的生物相溶性和可生物降解性。毒理學的研究揭示出聚天冬氨酸（PASP）無毒、無敏感或無突變的效果。
4.4高性價比的水處理藥劑的開發(fā)
目前高性能的藥劑價格普遍偏高,可通過尋找價廉易得的原料研制出高性能產(chǎn)品,也可通過加強對復配技術(shù)的研究,即添加廉價輔助劑,減少藥劑的實際用量，同時保持凈水效能而達降低成本的目的。
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