摘要：探討了CRG系列水處理劑的緩釋機(jī)理和特性以及影響釋放速率的主要因素，分析了其緩蝕、阻垢和抑制菌藻的原理以及便于維護(hù)管理的獨(dú)特性能，介紹了其在循環(huán)冷卻水、鍋爐給水和生活飲用水處理等方面的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：水處理劑；CRG；控制釋放

水處理工藝中常投加一定濃度的化學(xué)藥劑以達(dá)到緩蝕、阻垢、殺菌、滅藻等目的，但管理上存在著水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作量大、投藥次數(shù)多、藥劑量難以把握等問(wèn)題，影響了處理效果。采用控制釋放技術(shù)的CRG(Controlled-Release Glass)水處理劑，可以有效地解決這類(lèi)問(wèn)題，具有良好的應(yīng)用前景。

1 控制釋放技術(shù)與CRG

70年代人們發(fā)現(xiàn)，調(diào)整配方可以制備化學(xué)穩(wěn)定性不同、溶解速率不同的CRG水處理劑，可在幾小時(shí)到幾年的時(shí)間內(nèi)溶解完畢而不留殘?jiān)�，并將摻在其中的活性物質(zhì)以精確設(shè)計(jì)的速率釋放出來(lái)。

控制釋放技術(shù)是在預(yù)期的時(shí)間內(nèi)，采取某些措施來(lái)控制某種活性物質(zhì)在體系中的釋放速率，以維持體系中該物質(zhì)濃度在有效范圍內(nèi)的方法。與傳統(tǒng)投加方法相比，它具有藥物的釋放速率可預(yù)測(cè)、可精確設(shè)計(jì)，藥物的有效時(shí)間長(zhǎng)、效果好、減少了藥物的消耗量等優(yōu)點(diǎn)。特別是對(duì)于半衰期較短的藥物，能大大減小藥物及其降解產(chǎn)物因濃度過(guò)高而引起的毒副作用。采用控制釋放技術(shù)，則不必頻繁投藥和監(jiān)測(cè)，減少了維護(hù)和管理的工作量。

1.1 CRG的緩釋機(jī)理

CRG具有“可溶蝕整體”(erodible monolithic)型控制釋放體系的特征，在這一簡(jiǎn)單、理想的系統(tǒng)中，活性物質(zhì)與CRG組分以固溶體的形式“捆綁”成為一個(gè)均相整體，當(dāng)其在環(huán)境介質(zhì)中發(fā)生溶蝕時(shí)，活性物質(zhì)得到“松綁”釋放。通�；钚晕镔|(zhì)在固溶體內(nèi)部的擴(kuò)散作用可以忽略不計(jì)，其釋放的速率只受CRG表面溶蝕過(guò)程的速率控制。

1.2 影響CRG釋放速率的因素

構(gòu)成CRG中陰離子網(wǎng)絡(luò)骨架的非金屬氧化物的組成，對(duì)其化學(xué)穩(wěn)定性有很大的影響。通常Si—O —Si鍵比P— O —P鍵或P— O —Si鍵穩(wěn)定性好，因此硅酸鹽CRG的溶蝕速率較低，釋放的時(shí)間較長(zhǎng)。在各類(lèi)金屬氧化物中，堿土金屬氧化物的引入使不同的陰離子長(zhǎng)鏈之間以非橋氧交聯(lián)，從而使CRG的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度都大大加強(qiáng)、溶蝕速率降低；三價(jià)金屬氧化物的引入可使CRG的溶蝕速率更低。

溶解介質(zhì)的性質(zhì)對(duì)CRG的溶解速率有影響。含堿性氧化物較高的CRG溶解后使水溶液的pH值升高，與溶液中積累的CRG溶解產(chǎn)物一起，對(duì)CRG本身的表面溶蝕產(chǎn)生有促進(jìn)作用的正反饋，這是硅酸鹽溶解過(guò)程的特性之一。通常CRG的溶解速率在pH=7.0左右時(shí)最低，磷酸鹽CRG的溶解速率隨溶液pH值的降低而迅速增大，硅酸鹽CRG的溶解速率隨溶液pH值的升高而迅速增大。

溫度對(duì)控制釋放速率的影響可用Arrhenius定律來(lái)描述，通常溫度每升高10℃，釋放速度加快約1倍。

將CRG的表面溶蝕過(guò)程看作非均相反應(yīng)，則CRG的釋放量與CRG顆粒的表面積成正比，因此CRG的幾何形狀和尺寸變化導(dǎo)致表面積減少時(shí)，釋放量將減小。為解決此類(lèi)問(wèn)題，可采用將CRG制成不同的幾何形狀或在其中增加孔道的方法加以解決，這樣隨著溶蝕過(guò)程的進(jìn)行，顆粒表面積的減少可以得到補(bǔ)償。

2 CRG水處理劑

2.1 緩蝕、阻垢、殺菌機(jī)理

一些CRG的主要成分硅酸鹽或磷酸鹽是良好的緩蝕劑，在水中釋放出來(lái)的硅酸根或聚磷酸根離子能在金屬的表面生成一層極薄的保護(hù)膜，阻擋溶解氧的擴(kuò)散，抑制腐蝕的發(fā)生。極小濃度的聚磷酸根能與水中的Ca2+、Mg2+形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而大大提高碳酸鈣等難溶性鹽類(lèi)在水中的溶解度，增大了水中Ca2+、Mg2+的允許濃度，達(dá)到阻垢的目的。

含Ag2O、CuO或ZnO等成分的CRG溶解時(shí)，釋放出極微量的金屬離子，能迅速地被吸附在細(xì)菌機(jī)體中酶蛋白的巰基上，使其喪失活性，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。在Ag+、Cu2+、Zn2+中，Ag+的殺菌活性最強(qiáng)，Cu2+殺滅藻類(lèi)的性能最優(yōu)。

2.2 藥劑安全性

一方面，水處理劑的濃度太低，則達(dá)不到預(yù)期的緩蝕、阻垢或殺菌效果；另一方面，水處理劑濃度太高會(huì)造成浪費(fèi)且其本身及降解產(chǎn)物可能具有一定的毒性，因而存在安全性問(wèn)題，特別是對(duì)于與人類(lèi)健康密切相關(guān)的生活飲用水，安全是第一位的。采用控制釋放的CRG水處理劑，可將其濃度控制在預(yù)期的范圍內(nèi)，不會(huì)因濃度過(guò)高而造成安全性問(wèn)題。

2.3 優(yōu)點(diǎn)

① CRG水處理劑為固體狀態(tài)，與通常用的液狀水處理劑相比，可降低運(yùn)輸、搬運(yùn)和貯存成本。

② CRG在水中緩慢溶解，在一定溫度和水流的情況下，溶解過(guò)程可精確控制在一定時(shí)間內(nèi)完成，實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的投藥周期。

③ 固體狀態(tài)的CRG性質(zhì)穩(wěn)定，貯存期間不會(huì)分解變質(zhì)，其降解過(guò)程發(fā)生在溶解之后。

④ CRG水處理劑可由100%的活性成分組成，對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害。溶解完畢后不會(huì)殘留不溶物，不影響水質(zhì)的感官指標(biāo)。

3 CRG的應(yīng)用

3.1 循環(huán)冷卻水處理

工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中存在腐蝕、結(jié)垢和菌藻等問(wèn)題，影響設(shè)備的使用壽命和系統(tǒng)的能耗。大型工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)穩(wěn)定處理，通常采用連續(xù)投加水處理劑和嚴(yán)格控制濃縮倍數(shù)的方法進(jìn)行，除藥劑消耗外，更大的成本來(lái)自于日常監(jiān)測(cè)和維護(hù)管理等工作。對(duì)于眾多的中、小型如中央空調(diào)系統(tǒng)冷卻水，由于缺少專(zhuān)業(yè)的水質(zhì)處理，通常存在設(shè)備腐蝕、結(jié)垢嚴(yán)重和菌藻大量繁殖，維修、清洗和能耗各項(xiàng)費(fèi)用大等問(wèn)題，迫切需要既能達(dá)到化學(xué)處理效果，又便于操作和維護(hù)的“傻瓜”型緩蝕、阻垢水質(zhì)穩(wěn)定劑，因此采用控制釋放技術(shù)的CRG水處理劑大有用武之地。

楊國(guó)華等［1］將緩蝕劑、阻垢劑和殺菌劑等水處理劑與賦形劑的固體粉末，混和均勻后壓制成片劑，外表再涂以非水溶性的高分子薄膜制成的包衣水處理劑，具有緩慢釋放的特點(diǎn)。藥劑用完后空膜會(huì)浮于水面，可以達(dá)到自動(dòng)加藥和便于管理的目的。

浙江大學(xué)與浙江德安新技術(shù)發(fā)展有限公司聯(lián)合研制的系列CRG水處理劑已批量生產(chǎn)。其中，商品名為“銹垢凈”的產(chǎn)品具有緩蝕、阻垢和殺菌滅藻三種功能，適合中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)處理，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.2 鍋爐給水處理

結(jié)垢和腐蝕是威脅低壓鍋爐安全運(yùn)行的主要因素，劉振法等［2］以SiO2、聚磷酸鹽為原料，研制成適合低壓鍋爐給水處理的緩溶型磷酸鹽水處理劑。應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果表明，該產(chǎn)品緩蝕阻垢效果非常明顯，加藥管理極為方便，且費(fèi)用低廉。

3.3 生活冷熱水處理

許多生活供水系統(tǒng)尤其是熱水管網(wǎng)，常存在嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題，導(dǎo)致“紅水”現(xiàn)象的產(chǎn)生。一些地方水質(zhì)硬度大，導(dǎo)致管路結(jié)垢甚至堵塞，需要進(jìn)行緩蝕阻垢處理。德國(guó)Giulini公司生產(chǎn)的商品名為Siliphos的直徑約為20mm的緩溶玻璃狀小球，已在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷(xiāo)售。Siliphos的主要成分是聚磷酸鹽和硅酸鹽，適合于生活飲用水管網(wǎng)的緩蝕阻垢。

英國(guó)Aqua-Dial公司生產(chǎn)一種家用的商品名為Combi-care Compact的阻垢器，是將小顆粒CRG水處理劑裝在一只可更換的一次性密封藥罐內(nèi)，安裝在自來(lái)水管道上，利用微弱的節(jié)流作用使極少量水經(jīng)旁路流進(jìn)藥罐，將CRG溶解帶出，與主管道中的自來(lái)水流混合稀釋?zhuān)_(dá)到按比例加藥的目的。安裝這種阻垢器可有效防止熱水器銅管的結(jié)垢。

一定成分組成的CRG水處理劑，也可以用于飲用水的除氟，其效果和機(jī)理值得進(jìn)一步研究。

3.4 CRG殺菌劑

以次氯酸鹽為主要成分壓制而成的氯錠已經(jīng)商品化，可用于水系統(tǒng)的殺菌滅藻［3］，通常一只藥錠的溶解時(shí)間為1～2d。在CRG原料中引入Ag+，Cu2+或Zn2+成分后可得到CRG殺菌劑，具有殺菌持久、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)［4］。有人將它與磷酸鹽的緩蝕阻垢作用相配合，制成多功能水處理劑用于循環(huán)冷卻水的處理，達(dá)到良好的殺菌滅藻效果。調(diào)整配方可使CRG中Ag+釋放濃度＜0.05mg/L，可制成飲用水的緩蝕殺菌劑，投放在高層建筑的水箱中長(zhǎng)期緩慢溶解，既可減輕管網(wǎng)的腐蝕，又可以控制水的二次污染；單純的CRG殺菌劑對(duì)皮膚無(wú)刺激，可用于游泳池水的殺菌消毒。

4 結(jié)論

CRG水處理劑是一種簡(jiǎn)單理想的控制釋放體系，其表面的溶蝕過(guò)程是藥劑釋放速率的控制步驟，其釋放特性可通過(guò)成分來(lái)調(diào)節(jié)。在一定溫度和介質(zhì)等外部條件下，藥劑的釋放量只與CRG顆粒的表面積有關(guān)。

水處理劑的日常監(jiān)測(cè)和維護(hù)管理比藥劑本身的性能和質(zhì)量更重要。采用控制釋放技術(shù)的CRG水處理劑，既可改善水質(zhì)處理的效果，又將分析監(jiān)測(cè)、操作和管理等的工作量減到最低程度，在水處理領(lǐng)域有著廣泛的用途，具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：
［1］楊國(guó)華，徐國(guó)強(qiáng)，汪祖模.水處理片劑的研制［J］.化學(xué)世界，1989，(4)：174-176.
［2］劉振法，王育琳，籍寶霞.緩溶磷酸鹽水處理劑的研制及在鍋爐水處理中的應(yīng)用［J］.工業(yè)水處理，1998，18(5)：11-12.
［3］金熙，項(xiàng)成林，齊冬子.工業(yè)水處理技術(shù)問(wèn)答及常用數(shù)據(jù)(第二版)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997.
［4］張文鉦，張羽天.載銀飲水殺菌技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)［J］.化工新型材料，1999，27(12)：33-34.
 

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