水处理药剂配方分析技术

1背景
长期以来，人们都认为水是取之不尽用之不竭的。实际上我国617个城市中，有300个城市缺水，50多个城市严重缺水。有180个城市平均日缺水1200万m3，相当于全国城市公共自来水供水能力的1/5。我国废水总量1997年为416亿t，其中工业废水为227亿t，生活废水为189亿t。工业废水的处理率为78.9%，达标率为54.4%。生活废水的处理率只有20%。全国约有1/3的工业废水和4/5的生活废水未经过处理直接排入江、河、湖、海，使水环境遭到严重污染。据环保部门监测，全国城镇每天至少有1亿t污水未经处理就直接排入水体。我国仅沿海城市和工厂直接排入的污水每年达86亿t，主要有害物质146万t，污染物含量超过了水体的自然净化能力，海洋成了巨大的垃圾站。

2什么是化学水处理技术

在工业用水中，冷却水占的比例最大，约占60%—70%，因此节约冷却水就成为工业节水最紧迫的任务。冷却水循环使用后，大大节约了用水量。但由于冷却水不断蒸发，水中盐类被浓缩，加上冷却水与大气接触，溶解氧与细菌含量大大增加，导致循环冷却水出现严重的结垢、腐蚀和菌藻滋生三大弊病，使热交换率大为降低，检修频繁，威胁生产正常进行。为此，必须在冷却水中加入阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂及与其配套的清洗剂、预膜剂、分散剂、消泡剂、絮凝剂等。这种加入化学药剂以防止循环水结垢、腐蚀、菌藻滋生的一套技术叫做化学水处理技术，它包括预处理、清洗、酸洗、预膜、正常投加、杀菌等工序。污水处理中的一级处理使用凝聚剂和絮凝剂也是回收利用污水的重要手段。化学水处理技术是当前国内外公认的工业节水最普遍的有效手段。

3水处理剂的类型

3.1缓蚀剂：

一类以适当浓度和形式投加在水中后，可以防止或减缓水对金属材料或设备腐蚀的化学品，具有效果好、用量少、使用方便等特点。缓蚀剂的类别和品种很多，按其化合物的种类，可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。按其抑制的反应是阳极反应、阴极反应或两者兼而有之，可分为阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂或混合型缓蚀剂。缓蚀剂还可以按照在金属表面形成保护膜的机理而分成钝化膜型、沉淀膜型和吸附膜型等。在水处理中常用的钝化膜型缓蚀剂如铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐等；常用的沉淀膜型缓蚀剂有聚合磷酸盐、锌盐等；常用的吸附膜型缓蚀剂如有机胺等。

3.2阻垢分散剂：

最早的阻垢分散剂是聚丙烯酸（钠），它对碳酸钙垢有良好的阻垢性能，但对磷酸钙沉积的抑制作用极低。此类聚羧酸型阻垢剂不仅有凝聚和分散作用，还有使晶体在生长过程中发生晶格歪曲的作用，从而阻碍了金属传热面上垢层的牢固沉积。后来发现丙烯酸共聚物对二者抑制能力极佳，因而逐渐取代了聚丙烯酸（钠）。有机多元膦酸盐是阴离子型缓蚀剂，也是非化学当量螯合型阻垢剂，对钙、镁、锌、铁等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。有机膦酸酯属于阳离子型缓蚀剂，阻垢机理主要是晶格畸变。它是一种对金属铁的缓蚀剂，但也有控制钙垢的作用；用量比膦酸盐要小并能水解，因此不存在药剂量的积累和排污问题，水解产物可以被生物降解。

自20世纪80年代以来，人们相继开发了磺酸基团和磷酸基团共聚物的新产品，它们具有很好的阻垢和分散能力，并有一定的缓蚀作用。

3.3阻垢剂：

又称防垢剂，指一类能抑制水中钙、镁等成垢盐类形成水垢的化学品。有天然阻垢剂如单宁、木质素衍生物等；无机阻垢剂如六偏磷酸钠、三聚磷酸钠等；有机、高分子类阻垢剂，其中以高分子类阻垢剂效果最好，具有发展前途。在水处理中应用较多的有机、高分子类阻垢剂有两类：①有机膦酸类如 EDTMP（乙二胺四亚甲基膦酸）、HEDP（羟基次乙基二膦酸）等；②聚羧酸，如聚丙烯酸盐、水解聚马来酸酐等。这两类阻垢剂的阻垢作用，通常是通过晶格畸变，以及分散-凝聚作用而实现的，在油田水、锅炉水以及工业冷却水等系统应用较广。

3.4杀菌剂：

又称杀菌灭藻剂或污泥剥离剂、抗污泥剂等，指一类用于抑制水中菌藻等微生物滋长，以防止形成微生物粘泥的化学品。通常分为氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂两类。氧化性杀菌剂，如常用的氯气、次氯酸钠、漂白粉（主要成分次氯酸钙）、二氧化氯等；非氧化性杀菌剂中效果好、应用比较广泛的是能破坏细菌的细胞壁和细胞质的化学品，如季铵盐等。季铵盐中如氯化十二烷基二甲基苄基铵或溴化十二烷基二甲基苄基铵等，往往兼具杀菌、剥离、缓蚀等多种作用，有发展前途，现已应用于油田水、工业冷却水等方面。

3.5絮凝剂：

一类用于除去或降低水中浊度或悬浮物，加快水中杂质和污泥沉降速度的化学品。絮凝剂中最早应用的是无机絮凝剂，如明矾、三氯化铁等。有机和高分子絮凝剂是今后广泛用于给水和废水处理中的絮凝剂。可分为阴离子型絮凝剂，如羧甲基纤维素、聚丙烯酸钠等；阳离子型絮凝剂，如聚乙烯胺等；还有非离子型絮凝剂，如聚丙烯酰胺等。它们的絮凝作用主要是通过电荷中和、吸附架桥作用来实现的。

3.6净化剂：

油田水处理中应用的一种专用的化学品，能除去含油污水中的机械杂质和油，其作用除了上述絮凝剂所起的分离悬浮固体或机械杂质以外，还具有油水分离的净化作用。因此，这种净化剂中除含有一般絮凝剂成分如铝盐、聚丙烯酰胺等以外，常含有一些表面活性剂。对于净化剂的净化效果，一般采用薄膜过滤器加以测定，用滤膜因数（见过滤）的大小表示净化效果的好坏

3.7清洗剂：

一类具有清洗作用的化学品。在水处理的预处理步骤中，常常需要用一些化学品清洗金属设备表面的沉积物，如腐蚀产物和水垢以及微生物粘泥等。根据清洗的不同要求，清洗剂可以分为酸洗剂如盐酸、硫酸、氢氟酸、柠檬酸等；钝化剂如苯甲酸钠等。所用的磺化琥珀酸二（α-乙基己酯）钠盐，则是一种表面活性剂，作为专用清洗剂，用于清洗金属表面的油污和浮锈等杂质。

3.8预膜剂：

在水处理的预处理步骤中，能在金属表面预先形成保护膜的一类化学品。预膜的目的有两个：一是在使用化学品抑制腐蚀的初期提高投加的浓度；二是采用一种专用的预膜剂，以便在正常操作中投加少量的缓蚀剂，便可维持和修补保护膜，节约药剂和费用。常用的预膜剂有六偏磷酸钠加锌盐、三聚磷酸