水处理剂
- CAS号:
- 英文名:Water quality stabilizer
- 中文名:水处理剂
- CBNumber:CB11135878
- 分子式:
- 分子量:0
- MOL File:Mol file
水处理剂性质、用途与生产工艺
- 概述 水处理剂是工业用水、生活用水、废水处理过程中所需使用的化学药剂。经过这些化学药剂的使用,使水达到一定的质量要求。水处理剂的主要作用是控制水垢、污泥的形成,减少泡沫,减少与水接触的材料的腐蚀,除去水中悬浮固体和有毒物质, 除臭、脱色、软化和稳定水等。水处理剂可分为缓蚀剂、阻垢剂、清垢剂、絮凝剂、杀菌灭藻剂、清洗剂、预膜剂等。水处理剂的应用十分广泛,在化工、冶金、机械、轻工、纺织、印染、建筑、医药卫生等行业都有应用。
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水处理剂的类型与生产应用情况1
1. 缓蚀剂
能抑制或停止金属在侵蚀介质中腐蚀的物质称为缓蚀剂,水处理缓蚀剂主要分为三类:钝化膜型缓蚀剂、沉淀膜型缓蚀剂和有机吸附膜型缓蚀剂。
（1）钝化膜型缓蚀剂
钝化膜型缓蚀剂是将金属表面钝化,生成一层具有抗腐蚀性的氧化薄膜,从而达到缓蚀的目的。在水处理中,缓蚀剂应用面很广,作为水介质的缓蚀剂,有铬酸盐、锌盐、磷酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐、钼酸盐和钨酸盐等可用于铁、铝制剂的钝化,生成的钝化膜稳定性优良,而且可得十分光亮的钝化膜。铬酸盐因其重铬酸盐毒性大,国内外已很少使用。亚硝酸盐也因为有一定毒性,一般也只用于闭合循环冷却水系统使用。磷酸盐使用很普遍,但未来也面临环保限磷问题。钼酸盐是一种无毒缓蚀剂,其缺点是价格昂贵,用量大,因此国内外一直在进行复合配方的研究。钨酸盐缓蚀性能好,低毒,无环境污染,对铝材也有很好的缓蚀作用,但使用剂量偏大。国外对钨系水处理剂的开发大多采用磷—钨杂晶盐水处理剂,它特别适合在高氯根水中使用,对碳钢缓蚀率可达91.9%,而相同条件下磷系缓蚀率只能达到56.4%。我国钨资源丰富,产量居世界之首,因此钨系水处理剂在我国发展前景广阔。
（2）沉淀膜型缓蚀剂
沉淀膜型缓蚀剂是在金属表面上形成一层沉淀膜,而阻止金属的腐蚀。常用的无机沉淀膜型缓蚀剂有:聚磷酸盐类、硅酸盐类、硼酸盐类等。聚磷酸盐类是目前应用十分广泛的无机沉淀膜型缓蚀剂,它与钙、锌、锰等共存时能提高缓蚀性能,但由于在高温时易水解,常使设备产生蚀点。硅酸盐类多作饮用水的缓蚀剂,特别适用铜、镍设备的缓蚀。硼酸盐的化学稳定性好,毒性小,是很有前途的无机沉淀膜型缓蚀剂。近年来,有机沉淀膜型缓蚀剂的发展很快,如多元醇磷酸酯类、有机多元磷酸酯类等含磷的化合物,它们具有无毒,无污染,用量少,不易水解以及在高温、高pH值下稳定性好和一定的阻垢性而逐步受到重视。
（3）有机吸附膜型缓蚀剂
有机吸附膜型缓蚀剂的分子中含有吸附基和疏水基,吸附基吸附在金属表面,在金属表面形成一层吸附膜,使金属表面与腐蚀性介质隔开而达到缓蚀之目的。常用的吸附膜型有机缓蚀剂主要有:有机胺类、硫醇类、磺酸盐、脂肪酸类和木质素等。
2. 阻垢剂
能控制产生水垢和污垢的物质称为阻垢剂,工业上循环水和冷却水等使用过程中,易使水中所含杂质沉于设备表面而阻止它们的传热和传质过程,降低热效率,甚至产生事故和危险。20世纪70年代以来,我国在引进和消化吸收基础上开发和应用的水处理阻垢剂主要有两大类:即有机膦酸盐和水溶性聚合物。
（1）有机膦酸盐类
有机膦酸盐既是阴极型缓蚀剂,也是非化学当量螯合型阻垢剂,对钙、镁等两价离子不仅具有明显的低限制作用,而且对其它药剂还有协同作用,广泛用于冷却水处理中。主要有羟基亚乙基二膦酸盐(HEDP)、乙二胺四亚甲基膦酸盐(EDTMP)、氨基三亚甲基膦酸盐(ATMP)2-膦酰丁烷- 1,2,4三羧酸(PBTCA)及羟基膦酸羧酸(HPA)等。
ATMP、HEDP同属于第一代产品,对水中成垢离子有明显的低限制作用和螯合作用,但当遇到氧化剂时,作用效果有不同程度的降低,且前者的抗氧化性更差一些;PBTCA,HPA属第二代产品,国外于20世纪70年代开发成功,我国也于90年代开发成功,具有更强的抗氧化性和钙离子容忍度,即使在苛刻条件下也不易形成难溶性有机膦酸盐,适用于高强、高硬、高pH值的水质使用。
(2)水溶性聚合物
水溶性聚合物包括均聚物和共聚物。各类高效水溶性聚合物阻垢分散剂的出现,促成了磷系配方的成功开发,进而促进了碱性配方和全有机配方的发展。20世纪70年代初,首先开发成功聚丙烯(PAA),聚马来酸酐(HPMA)均聚物,其阻CaCO3垢性能良好,这是发展的第一阶段;随着磷系配方的发展,Ca3(PO4)2垢成为突出问题,上述两种均聚物对Ca3(PO4)2垢的抑制作用较差,因而开发了如丙烯酸/马来酸、丙烯酸/丙烯酸羟烷酯等二元共聚物,这类共聚物除抑制CaCO3外,还有优异的抑制Ca3(PO4)2垢能力,这是发展的第二阶段;随着碱性锌处理方案的开发及处理要求的不断提高,开发了带强极性基团的二元共聚物,如苯乙烯磺酸(SS)/马来酸共聚物、丙烯酸/2-丙烯酰胺- 2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚物等。此类共聚物的特点是不仅能抑制CaCO3、Ca3(PO4)2垢,而且对锌离子有着稳定作用,对Fe2O3和粘泥也有很好的分散性能,这是发展的第三阶段;新型三元共聚物或四元共聚物,如丙烯酸/烯磺酸/丙烯酰胺等的开发,其特点是阻垢性能进一步提高,特殊功能强,这是发展的第四阶段。
目前我国对含磷聚合物也有研究,并有少量品种投产(如含磷聚丙烯酸),但是总的来说,国内对含磷聚合物的开发刚起步,含磷丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸羟丙酯的共聚物等许多品种还有待开发。 -
水处理剂的类型与生产应用情况2
3. 阻垢缓蚀剂剂
阻垢缓蚀剂为阻垢剂与缓蚀剂的复配产品。根据具体的水质和管道、 设备材料情况， 阻垢缓蚀剂的配方存在较大差别。 目前应用较为广泛的配方以有机磷酸、 聚羧酸和有机杂环类化合物为主要成分。
4. 杀菌灭藻剂
由于水中含有大量的微生物,在使用水作为冷却水或是其它用途时,微生物易在器壁、管路聚集繁殖,使管道阻力增大,甚至堵塞,传热也会受到不同程度的影响。为了防止水在使用中带入微生物,对设备造成危害,常对水进行处理,以杀死微生物。这种用于杀灭和抑制微生物的水处理剂称为杀菌灭藻剂。可分为氧化性和非氧化性杀菌灭藻剂两大类。
（1）氧化性杀菌灭藻剂
在水处理中,氯气具有高效、快速、广谱、经济等优点,但在pH值大于8.5时,水温较高,浊度大,有机物杂质多的情况下,用氯气控制微生物粘泥,效果并不理想或很难控制,且易产生三氯甲烷等致癌物质。因此,产生了二氧化氯、臭氧、溴类杀生剂等氯气替代品。
二氧化氯由于不产生对人体有害的三氯化物,大量用于自来水和食品加工设备的消毒,其杀菌能力是氯气的2.5倍,且有用量少、作用快、持续时间长、pH范围广等优点,特别适用于碱性处理。臭氧的杀菌作用早已被人们所认可,它是仅次于F2的第二强氧化剂,比氯氧化作用迅速,且氧化也更彻底,不留任何余味和有害残留物。我国自20世纪70年代以来,在用臭氧进行自来水和处理工业废水(如炼油、印染、胶片制作等废水)方面也取得了一些进展。溴类杀菌灭藻剂因在碱性或高pH值水中或有氨存在的情况下,仍具有杀生能力强,毒性小、易于降解、对环境影响小等优点,越来越受到人们的重视。国外产品主要有溴氯二甲基海因、溴氯甲乙基海因、二溴二甲基海因等。我国尚属开发阶段,未大规模工业化生产和使用。
（2）非氧化性杀菌灭藻剂
一种杀菌灭藻剂使用一段时间后,微生物往往能对其产生抗氧性,影响其控制效果。因此在氧化性剂使用一段时间后,往往冲击式投加非氧化性剂,以达到控制的目的。应用较早的非氧化性杀菌灭藻剂有氯酚类、季胺盐类、有机胺类等。氯酚类由于含有苯环,毒性大,难降解,对环境有毒害作用,因此逐渐被淘汰;有机胺类如二硫氰基甲烷对水的pH值十分敏感,碱性条件下不宜使用,而且毒性也较大,其应用也受到限制;季胺类盐由于本身毒性较低,使用范围宽,价格便宜,因而目前被广泛应用,但微生物对季胺类盐易产生抗药性,且泡沫较多,故人们又开始研制季磷盐、戊二醛、异噻唑啉酮等新型非氧化性杀菌灭藻剂。
5. 絮凝剂
絮凝剂在水处理中具有重要的作用。它可以用来降低水的浊度、色度等感观指标,去除多种高分子有机物、某些重金属和放射性物质。低分子无机盐类絮凝剂主要有铝盐和铁盐,目前工业应用很少。无机高分子絮凝剂与传统的铁盐比,具有凝聚性好、絮凝体形成速度快、密集、质量大、沉降速度快等优点,而且比有机高分子絮凝剂价格低廉。它在技术上经历了从单一品种到多品种、从单组分到多组分、从一般功能到特殊功能或多功能的发展过程,品种有聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚氯硫酸铁、聚合氯化硫酸铁铝等。有机高分子混凝剂投加量少,一般在2×10- 6以下,效果好,形成的絮体大,而且强度大,不易破碎,不增加泥量,降低热值,无腐蚀性。常用的有机絮凝剂有:聚丙烯酞胺、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸盐等,其中聚丙烯酞胺的应用最多,占有机高分子絮凝剂的80%左右。而这一类絮凝剂由于存在着生物降解难、残留单体有毒等问题,限制了它的应用。复合型絮凝剂能克服使单一絮凝剂的许多不足,适应范围广,对有色废水、多种工业废水,都有良好的净水效果,脱污泥性能好,pH使用范围大。然而复合型絮凝剂在有机合成制备上,手续复杂,成本较高,并有可能存在二次污染。目前,复合絮凝剂由工业化生产和使用的品种还比较少,应用比较成功的有TS系列无机复合型高效混凝剂和CAF复合型絮凝剂。今后的研究应用,应着眼于优化絮凝剂的制备工艺,改进产品的性能和稳定性;同时根据特定的水质成分,开发相应的絮凝剂品种和配方;并结合高效混合反应器和智能化投药监控技术,进一步提高絮凝效果。复合型混凝剂以其高效价廉的优势,必将迅速发展。对于天然高分子,需解决其电荷密度小、分子量低、不稳定、溶解性不好等问题,今后可发展性能更优的絮凝剂。
6. 清洗剂
水处理剂中的清洗剂主要是指循环水系统的清洗剂， 包括除油污型、 除锈除垢型、 除黏泥型、预膜前清洗及其他。 设备和管道在安装或运行过程中，难免会有油污、 锈蚀、 黏泥等留在系统中，严重影响设备寿命和换热效率，因此要定期对系统进行清洗。 水处理剂清洗剂一般由多种成分复配生产， 其主要成分包括表面活性剂、 无机酸、有机酸、 螯合剂 （如乙二胺四乙酸）、 碱洗剂等，还包括较高浓度的杀生剂和缓蚀剂。 表面活性剂主要用于去除油污， 杀生剂主要用于黏泥剥离，酸洗主要为了清除锈蚀。 不同的清洗剂配方可满足不同的清洗目的。 清洗剂中， 阴离子和非离子表面活性剂无腐蚀性， 用量呈不断上升的趋势。
7. 预膜剂
预膜剂的主要作用是在循环水系统清洗后，在管道表面成膜， 从而阻止腐蚀的发生。 预膜剂一般为高浓度的阻垢缓蚀剂。 常用的预膜剂以聚磷酸盐、 有机膦和 MBT 等有机杂环类化合物为主要成分。
8. 其他
其他水处理剂包括消泡剂、 氯增效剂、 p H 调节剂、 脱氧剂、 螯合剂等产品。 这些产品在水处理领域的消费量仅占其总消费量的很小一部分。 -
水处理剂的合成方法
1. 阻垢剂
（1）羟基乙叉二膦酸：
（2）氨基三甲叉膦酸
（3）乙二胺四甲叉膦酸
2. 缓蚀剂
（1）PBTCA
国内殷德宏等以亚磷酸二乙酯与顺丁烯二酸二乙酯，以及丙烯酸乙酯为原料，在强碱性催化条件下，用一步法合成PBTCA。该反应条件温和、工艺流程简单、无毒。
（2）HPA -
绿色水处理剂研究进展
水处理剂的绿色化就是水处理剂生产用原材料和转化试剂的绿色化、水处理剂生产反应方式的绿色化、水处理剂生产反应条件的绿色化。
1. 阻垢剂
在所有水处理剂中,阻垢剂的绿色化进展最快。阻垢剂主要通过螯合金属,吸附分散微晶和晶格畸变作用,从而阻止水中致垢盐类在设备表面沉积。高聚物阻垢剂的研究显得极为活跃,可分为丙烯酸类、马来酸类、马来酸/丙烯酸类、磺酸类和含磷类聚合物阻垢剂等。目前国内主要使用的聚羧酸类阻垢剂虽具有低剂量效应、毒性小、价廉且阻垢效果好等优点,但由于在水中它易形成聚丙烯酸钙,当Ca2+浓度高时,效果更差且生物降解性差,因此,已逐渐被能够生物降解的绿色阻垢剂聚天冬氨酸等代替。聚天冬氨酸型水处理剂主要包括聚天冬氨酸及其钠盐和酯,是以从自然界中提取且制备过程清洁无污染的天冬氨酸或马来酸酐为原料制成,其特点是具有生物降解性和较高的阻垢性及对钙的高容忍度。
（1）聚天冬氨酸
（2）聚丙烯酸类共聚物
（3）聚马来酸类共聚物
（4）烷基环氧羧酸盐
2. 缓蚀剂
缓蚀剂主要有无机和有机缓蚀剂。缓蚀剂的发展从最初的铬酸盐、聚磷酸盐到现在的有机系列有机膦酸盐,从高磷、含金属的配方到低磷、全有机配方,从单一配方到复合配方,正朝着多品种、高效率、低毒性等方向发展。有机膦酸类是阴极型缓蚀剂,其共聚物同时含有磷酰基和羧基,兼具阻垢、分散、缓蚀功能,无毒,不会造成二次污染,不需加酸调节pH值,药剂不易水解,耐高温且操作简化安全。
（1）聚环氧琥珀酸
3. 絮凝剂
絮凝剂是水处理剂中用量最大的一种药剂,可分为无机、高分子、复合型等种类,其中高分子絮凝剂又分为合成与天然两大类。一般而言,合成高分子絮凝剂易于通过分子设计和合成手段剪裁分子结构从而可以根据应用需求调控其性能,但其在处理后的水溶液中残留物难生物降解,从而产生二次污染。因此,絮凝剂的绿色化应主要着眼于天然高分子絮凝剂上。根据来源,天然高分子絮凝剂可分为:多糖类、甲壳素类及微生物絮凝剂类。
（1）多糖类
多糖类物质因为剪切稳定性、生物可降解性及其接枝产物比直链合成聚合物如PAM具有更大空间位阻的特性而成为研究热门，同时由于其原料易得,可取自农、林产品如淀粉、纤维素、木质素、单宁等而具有良好的经济性。
要实现絮凝功能,多糖类物质一般需要经过改性以改善其溶解性和增加其絮凝能力。在众多的天然改性高分子絮凝剂中,淀粉改性絮凝剂的研究和开发尤为引人注目。淀粉分子结构中带有羟基,通过对这些羟基的酯化、醚化、氧化、交联等反应,可对淀粉改性;淀粉还能与丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等人工合成高分子单体进行接枝共聚反应,从而使共聚物兼具天然高分子和合成高分子的优点。由于淀粉具有来源广泛、价格低廉、降解彻底、环境友好的特点,因此,具有较好的发展前景。我国近十年来在改性淀粉絮凝剂研究方面取得了一定的进展,通过淀粉官能团的化学转化和接枝共聚反应,开发出了一系列无毒、低成本而又具有良好絮凝效果的淀粉絮凝剂并开始应用于高矿化度含油废水的处理上,并取得了良好的效果。但是,在生产过程中由于改性所使用的产品大部分为有机溶剂,会给环境带来新的污染,对人体健康也会造成一定的影响,因此,淀粉类絮凝剂的清洁化生产工艺显得更为重要。
（2）甲壳素类
甲壳素是自然界中含量仅次于纤维素的第二大天然有机高分子化合物,是许多甲壳类动物外壳的主要成分,也存在于某些植物,如菌、藻类的细胞壁中,质量百分数一般为30%～ 60%,是一种十分丰富的自然资源。由于这类物质分子中含有酰胺基、氨基、羟基,因此,具有絮凝吸附等功能,其最大优势体现在对食品加工废水的处理中。壳聚糖是甲壳素脱乙酰化的产物,它可使各种食品加工废水中的固形体悬浮物减少70%～ 98%。近年的研究还发现,其对重金属离子具有很强的去除能力。但由于其游离的氨基可接受质子和盐,故在酸性水溶液中可溶解而流失,使其应用受到限制,因此,一般对其进行改性使用。通过改性使它兼具有电中和絮凝和吸附絮凝的双重作用,并借助高分子链的吸附和架桥作用而产生絮凝沉降,用于除去水体中的无机悬浮固体、处理蔬菜及罐头生产废水、回收蛋白质及污泥脱水等;它还可有效地去除废水中的有机农药、多氯联苯及废水中石油等污染物。近年来甲壳素及壳聚糖的应用研究部分已进入了实用阶段并逐步实现了商品化。
（3）微生物絮凝剂
利用生物技术通过微生物的发酵、抽提、精制而制得微生物絮凝剂,是一种无毒的生物高分子化合物,包括机能性蛋白质和机能性多糖类物质,其并不是使微生物产生絮凝,而是构成微生物的多糖荚膜。其絮凝性是一种伴生性状，其絮凝性主要由位于染色体上和染色体外的絮凝遗传基因决定,这些絮凝基因由多个基因控制,絮凝基因经过修饰和校正基因的修正后,才可有效表达絮凝能力。
微生物絮凝剂可广泛应用于给水、畜产、焦化、建材、染料、纸浆废水处理和消除膨胀污泥等方面。目前研究得较为深入的有酱油曲霉素、拟青霉素微生物、红平红球菌等。我国已在利用废弃物产生微生物絮凝剂的开发与应用方面取得了一些进展。利用混合菌株产生的生物絮凝剂易被微生物降解,克服了常规的无机絮凝剂和有机絮凝剂对人体有害和易产生二次污染等缺点,且具有高效、无毒、絮凝对象广泛、除浊脱色效果独特等优点，但培养液的温度、pH值对絮凝剂产生菌的产率和活性有很大影响,不同金属离子对微生物絮凝剂的活性具有抑制或促进作用。
（4）树胶及其衍生物
树胶是亲水的胶体物质 ( 亲脂的胶体物质通常称为树脂 )，来自于树皮受到创伤时自动分泌出的胶体液，或它们的籽实、茎叶或根块中含有的能形成胶体的物质。大多数树胶都是由不同单糖相连所构成的多糖 ( 也称聚糖 ) 高分子物质，少数是蛋白胶 ( 如明胶等 )。单宁是一类含有很多酚羟基而聚合度不同的物质，对碳酸钙和硫酸钙都有较好的稳定作用，是因为它能与 Ca2+、Mg2+等离子形成溶解度较大的鳌合物。腐殖酸钠是复杂的高分子羧酸盐混合物，可抑制碳酸钙晶体的生长。
以上关于水处理剂的类型与生产应用情况，合成方法等信息由Chemicalbook的吴秋月编辑整理。 -
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水处理剂上下游产品信息
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