我國是水資源短缺和污染比較嚴(yán)重的國家之一，從全國情況看，目前各行業(yè)缺水嚴(yán)重，已造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)環(huán)境問題。節(jié)約用水、治理污水和開發(fā)新水源具有同等重要的意義。大力發(fā)展水處理化學(xué)品對(duì)節(jié)約用水、治理污水起著重要的作用。
水處理藥劑是工業(yè)用水、生活用水、廢水處理過程中所必需使用的化學(xué)藥劑。經(jīng)過這些化學(xué)藥劑的使用，使水達(dá)到一定的質(zhì)量要求。水處理藥劑的主要作用是控制水垢、污泥的形成，減少泡沫，減少與水接觸的材料的腐蝕，除去水中的懸浮固體和有毒物質(zhì)，除臭脫色，軟化和穩(wěn)定水質(zhì)等。因此水處理藥劑包括凝聚劑、絮凝劑、阻垢劑、緩蝕劑、分散劑、殺菌劑、清洗劑、預(yù)膜劑、消泡劑、脫色劑、螯合劑、除氧劑及離子交換樹脂。
水處理藥劑屬于精細(xì)化工的范疇，相對(duì)于常用化學(xué)品，它具有精細(xì)化學(xué)品的許多特性，如生產(chǎn)規(guī)模一般不大，因此建廠設(shè)備投資少，產(chǎn)量小;產(chǎn)品品種多，品種的更新?lián)Q代快;附加產(chǎn)值大;技術(shù)服務(wù)必不可少;各種產(chǎn)品，尤其是復(fù)配產(chǎn)品，具有很強(qiáng)的專用性。
我國水處理藥劑是在70年代引進(jìn)大化肥裝置后才引起重視和逐步發(fā)展起來的;此后，自行研制開發(fā)了一系列水處理藥劑。目前，我國水處理藥劑的品種主要有阻垢劑、緩蝕劑、殺菌滅藻劑、清洗劑、預(yù)膜劑、無機(jī)凝聚劑、有機(jī)絮凝劑等幾大類。
1、阻垢劑
1970年代以來，我國在引進(jìn)和消化吸收基礎(chǔ)上開發(fā)和應(yīng)用的水處理阻垢劑主要有兩類，一類是有機(jī)膦酸鹽如HEDP(羥基亞乙基二膦酸鹽)、EDTMP(乙二胺四亞甲基膦酸鹽)、ATMP(氨基三亞甲基膦酸鹽)及多氨基多醚基四亞甲基磷酸(PAPEMP)等。一類是聚羧酸及磺酸鹽共聚物如PAA(聚丙烯酸)、HPMA(聚馬來酸酐)、AA/AMPS多元共聚物等水溶性聚合物。在水溶性聚合物或共聚物中，還有一個(gè)分支如膦酸基羧酸共聚物(POCA)、丙烯酸-有機(jī)膦-磺酸鹽共聚物，即含/磷聚合物。另一類是聚環(huán)氧琥珀酸(PESA)、聚天冬氨酸(PASP)等代表的無磷聚合物。
2、緩蝕劑
無機(jī)鹽類是相當(dāng)重要的一類緩蝕劑品種。目前采用的鉻系、磷系、鋅系、硅系、鉬系、鎢系和全有機(jī)配方，分別指在配方中采用了鉻酸鹽、磷酸鹽、鋅鹽、硅酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽和有機(jī)膦酸鹽，特別指出的是鉻系雖然緩蝕效果好，但是由于劇毒，對(duì)環(huán)境污染大，目前已經(jīng)被主流棄用。鋅系、鉬系是目前水處理緩蝕劑的主流用法。鉬系由于無毒環(huán)保，目前在半敞開半密閉系統(tǒng)如冶金行業(yè)結(jié)晶器半密閉系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。全有機(jī)配方則不采用無機(jī)鹽，特別是重金屬無機(jī)鹽，以降低藥劑對(duì)環(huán)境的污染。在全有機(jī)配方中常以有機(jī)膦酸鹽作緩蝕劑。芳香唑類是用于銅及其合金的緩蝕劑，國內(nèi)常用的是苯并三氮唑和巰基苯并三唑，但是主流的配方采用的是強(qiáng)堿溶法，與其它水處理藥劑配伍性差，且不能與水任意性互溶是其缺點(diǎn)。目前隨著水處理技術(shù)的進(jìn)步，市面上已經(jīng)出現(xiàn)全有機(jī)的銅緩蝕劑，與水處理藥劑配伍性好，PH值接近中性范圍，可以與水以任意比例互溶。
3、殺菌滅藻劑
目前常用的水處理殺菌滅藻劑主要有兩大類，即氧化型殺菌劑和非氧化型殺菌劑。氧化型殺菌劑中應(yīng)用最廣泛的是氯及其制品，如漂水等，近年來ClO2和氯胺、臭氧的應(yīng)用有所增加。
特別指出的是溴化物的應(yīng)用開始得到重視，如有機(jī)溴類、液體強(qiáng)力溴殺菌滅藻劑、固體活性溴殺菌滅藻劑，殺菌能力強(qiáng)，在低劑量下有較高的殺生活性，殺菌速率比氯快，在相同條件下，4分鐘可使細(xì)菌的致死量達(dá)4個(gè)數(shù)量級(jí)，這對(duì)需要快速殺生的場(chǎng)合及沖擊處理循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是非常有效的殺菌劑。在堿性水中，當(dāng)水系統(tǒng)PH大于8.0時(shí)，它比氯具有更強(qiáng)的殺菌效率。在含氨和含氮的水系統(tǒng)，特別在合成氨廠的水系統(tǒng)，有氨泄露時(shí)，氯與氨反應(yīng)生成氯胺，則使氯的殺菌效率降低，而用溴化物殺菌劑，其殺菌效率不降低。與水系統(tǒng)中所用的一些水質(zhì)處理劑相溶性好，對(duì)緩蝕阻垢的效果影響不大。對(duì)青苔等藻類具有良好的殺滅作用。
另一類為非氧化型殺菌劑，目前國內(nèi)使用較普遍的是季銨鹽如1227、1427、異噻類殺菌劑。二硫氰基甲烷和戊二醛是另外兩類常用的非氧化型殺菌劑。值得指出的是，目前隨著水處理技術(shù)的發(fā)展，非氧化型殺菌劑復(fù)配產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，產(chǎn)生出如強(qiáng)力殺菌粘泥剝離劑類產(chǎn)品，對(duì)異養(yǎng)菌、軍團(tuán)菌、鐵細(xì)菌、硫酸鹽還原菌和藻類有良好的殺滅作用。在油田、冶金、焦化、電力、中央空調(diào)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
4、清洗劑
目前常用的清洗劑有無機(jī)類的有鹽酸、硝酸、硫酸，有機(jī)類的有氨基磺酸、檸檬酸等，無機(jī)類清洗劑由于對(duì)設(shè)備腐蝕性強(qiáng)，易產(chǎn)生氫脆，而被主流棄用。有機(jī)類清洗劑復(fù)配緩蝕劑成為清洗的主流做法。主要由有機(jī)酸、無機(jī)聚合物及緩蝕劑配制而成，具有易溶于水，反應(yīng)迅速快，清洗時(shí)間短，效果顯著等特點(diǎn)，在清洗過程中不會(huì)如無機(jī)酸那樣造成對(duì)設(shè)備的腐蝕損害，尤其不易產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，對(duì)碳鋼、銅、鋁材緩蝕效果好。可廣泛應(yīng)用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)清洗及中央空調(diào)、船舶、淡水器、復(fù)水器、鍋爐換熱器，內(nèi)燃機(jī)組等水冷設(shè)備的除垢、除銹的清洗。
目前針對(duì)新系統(tǒng)的復(fù)合藥劑如油垢清洗劑的廣泛應(yīng)用，由于有較強(qiáng)的滲透、乳化、去油污能力，不含無機(jī)酸、堿，對(duì)設(shè)備無腐蝕優(yōu)點(diǎn)，對(duì)含油量大的系統(tǒng)，如油田循環(huán)水，冶金連鑄二冷水、層流水、多介質(zhì)高速過濾器及所有工業(yè)循環(huán)水新系統(tǒng)除油效、防止濾料板結(jié)果良好。當(dāng)然不同廠家由于配方的不同效果相差大。
值得指出的是，目前隨著水處理技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)特殊系統(tǒng)的中性清洗劑在水處理行業(yè)的應(yīng)用，其主要由無機(jī)表面活性、螯合劑等組成，可在中性或微酸性條件下進(jìn)行系統(tǒng)化學(xué)清洗。通過分散、螯合作用，將銹餾等剝離下來，以細(xì)小微粒形式排出系統(tǒng)外，因此可避免大銹餾脫落，影響風(fēng)機(jī)盤管以及水冷器水流暢通。對(duì)碳鋼的腐蝕率小于2g/m2˙h，同時(shí)對(duì)碳鋼表面形成三氧化二鐵保護(hù)膜，無需進(jìn)行二次預(yù)膜處理，做到清洗、預(yù)膜同步完成。成功解決了許多特殊系統(tǒng)如風(fēng)機(jī)盤管、小型加熱爐、各行業(yè)小型密閉水系統(tǒng)的清洗預(yù)膜難題。
同樣開式循環(huán)水系統(tǒng)清洗預(yù)膜劑在國外如納爾科N-330的基礎(chǔ)上，進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，其主要由聚磷酸鹽和非離子型表面活性劑及其它助劑等組成，具有易溶于水，能迅速除去熱交換設(shè)備中的油污等有機(jī)物和初期鐵銹、污垢，使金屬表面清潔處于活化狀態(tài)，然后在活化的金屬表面形成一層均勻牢固的防蝕膜，因此具有清洗、預(yù)膜二者同時(shí)進(jìn)行的特點(diǎn)。解決了新建開式循環(huán)水系統(tǒng)、含油開式循環(huán)水系統(tǒng)特殊清洗的要求。
5、預(yù)膜劑
目前常用的預(yù)膜劑由六偏磷酸鈉、鋅鹽及添加劑等組成，能與水中二價(jià)金屬離子螯合，生成薄而致密的防蝕膜，具有成膜速度快、補(bǔ)膜效果好、低毒無公害等特點(diǎn)，是一種理想的陰極型緩蝕劑和預(yù)膜劑。由于常用的預(yù)膜劑是固體，水溶性差，投加比較困難，經(jīng)過水處理工作者的研發(fā)，目前市場(chǎng)上已經(jīng)有高效水溶性預(yù)膜劑產(chǎn)品的出現(xiàn)。溶解六偏磷酸鈉高達(dá)35%以上，成功解決了六偏磷酸鈉難溶的難題。
6、無機(jī)凝聚劑
作為低分子的無機(jī)凝聚劑，硫酸鋁、硫酸亞鐵和三氯化鐵在水處理中仍具有較大的市場(chǎng)。無機(jī)高分子凝聚劑是一類新型的水處理藥劑。近幾年，無機(jī)凝聚劑發(fā)展迅速，目前主要品種有聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)、聚合硫酸鐵(PFS)和聚合氯化鐵(PFC)幾種。復(fù)合型無機(jī)高分子凝聚劑的開發(fā)是近年來發(fā)展的明顯趨勢(shì)，開發(fā)的復(fù)合品種很多，如陰離子復(fù)合型(如PAC中引入SO42-、PFS中引入氯根等)，陽離子復(fù)合型(如PAC中引入Fe3 等)，多種離子復(fù)合型(鐵、硫酸根、氯根的復(fù)合)，無機(jī)-有機(jī)復(fù)合型(PAC與聚丙烯酰胺復(fù)合)等，如聚合氯化硫酸鐵、聚合鋁硅、聚合鋁磷，聚合鋁鐵等。
7、有機(jī)絮凝劑
有機(jī)絮凝劑中分為4類：合成高分子絮凝劑、天然高分子改性絮凝劑、微生物絮凝劑和多功能水處理藥劑。合成高分子絮凝劑主要是聚丙烯酰胺(PAM)及其衍生物。天然高分子改性絮凝劑包括淀粉、纖維素、含膠植物、多糖類和蛋白質(zhì)等類別的衍生物，目前產(chǎn)量約占高分子絮凝劑總量的20%，微生物絮凝劑是指利用某些微生物分泌的高分子物質(zhì)作絮凝劑。特別指出的是，目前我國的有機(jī)高分子絮凝劑合成水平與國外如SNF、巴斯夫相差水平大。需要水處理研發(fā)人員的進(jìn)一步努力。