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工业循环水处理剂研究进展与展望

来源:未知   作者:admin   时间:2016-06-16  浏览:

 1 工业循环水处理剂简介

  工业生产中,通过换热作用使物料或者介质冷却降温是一道重要工序,在这一工序中,水由于其稳定的物理化学性能、高热容、来源广泛且价格低廉得到了广泛应用。随着经济的不断发展,全球性水资源问题已越来越严峻,我国工业用水已占城市水资源使用量的80%,而冷却水用水量占工业水量的60%以上,因而减少冷却水使用对于缓解水资源问题具有重要意义。

  从70年代末,通过引进国外先进的冷却水理念,我国冷却水模式逐渐由直流冷却转变为循环冷却。循环冷却通过排水的重复利用,有效的减少了水资源的浪费,但同时也会造成冷却水中物质的浓缩,从而对设备产生结垢、腐蚀和生物滋生等危害。该问题的推动了工业循环水处理剂的产生和发展。作为精细化工产品的重要分支,水处理剂已成为循环水控制的主流产品,本文将从水处理剂的发展、应用和研究等方面进行论述,并对未来的发展趋势进行展望。 

 2 国内外发展现状

  2.1国外发展现状

  早期循环冷却水处理剂常采用天然物质,如木质素磺酸、亚硝酸盐、铬酸盐等,随着化工技术的不断发展,人工合成水处理剂逐渐成为主流。近几年,世界循环水处理剂的增长一直保持在5%以上,并形成了一些全球性的水处理剂厂商如Nalco、GE-Betz、Kurita、Bayer、BASF等,国际化与规模化已成为水处理剂生产商的发展趋势。2.2中国发展现状

  20世纪70年代,我国逐步引进循环水和水处理剂,到21世纪初,我国已有水处理剂厂家200多家,年产值6亿元以上,国有化产品已基本满足国内需要,并部分出口南美等地区,部分产品已达到国际先进水平。

工业循环水处理剂研究进展与展望

  

3 主要产品及应用研究进展

  3.1阻垢剂

  继早期的天然阻垢剂之后,研究人员开发了聚磷酸系列阻垢分散剂[1],其中无机盐包括六偏磷酸钠和三聚磷酸钠,但无机磷酸盐存在易水解产生正磷酸盐导致磷酸盐钙垢。有机磷酸盐包括ATMP(氨基三亚甲基膦酸盐)、EDTMP(乙二胺四甲基膦酸盐)、HEDP(羟基亚乙基二膦酸盐)等[2],有机膦酸处理剂的不足主要是对磷酸钙垢和氧化铁垢抑制能力不好。自20世纪80年代以

  后,有机磷酸(盐)、低分子量丙烯酸聚合物和共聚物的使用已成为配方的首选,代表性产品如Betz的丙烯酸和丙烯酸-2-羟基丙酯共聚物和苯乙烯-马来酸酐共聚物,Nalco的AA-VS-VA乙烯磺酸单体共聚物,Rohm-Hass的AA-EA-AMPS共聚物,Kurita的丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物等[3]。国内共聚物水处理剂的研究也较多,开发了诸如丙烯酸-丙烯酰胺-烯丙基磺酸钠、衣康酸-丙烯酸、马来酸酐-丙烯酰胺等共聚物水处理剂。3.2缓蚀剂

  缓蚀剂在循环冷却水中主要用于抑制金属腐蚀,最早应用的是无机缓蚀剂,包括铬系、磷系、铝系配方等,其中磷系水处理配方仍然占有相当重要的地位。有机缓蚀剂主要包括有机膦酸盐、多元醇酸酯、PBTC(磷羧酸)、HPA(羟基磷酸基乙酸)、BZT(苯并三氮唑)、TTA(甲苯三氮唑)、甲乙基酮肟等。20世纪70年代以后随着对水处理剂环保要求的提高,低磷非金属缓蚀剂逐渐被重视和开发,如Geffers公司开发的PBTCA(2-膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸)等[4]。3.3杀菌剂

  杀菌剂在循环冷却水中用于抑制生物黏泥、藻类的滋生,主要分为氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂。氧化性杀菌剂有氯系:氯气,次氯酸盐、二聚氯化异氰酸盐、三聚氯化异氰酸盐、二氧化氯等;溴系:次溴酸盐、溴胺、溴气等;无机氮硫类等。非氧化性杀菌剂包括异噻唑啉酮、戊二醛、季铵盐、季磷盐等。近年来,溴系杀菌剂由于广泛pH范围和低毒性,已得到众多研究人员的重视[5]。 

 4 发展趋势

  随着环保需求的不断提高,新型循环水处理剂在向低毒、低污染、高效等方面发展。

  4.1缓蚀阻垢分散剂

  目前,有机膦酸和共聚物处理剂仍是市场的主流,但随着水资源利用率的不断提高,循环水中盐浓度不断提高,种类也日趋复杂,因而未来的缓蚀阻垢分散剂不仅需要在高含盐量水中起到缓蚀作用,同时要具有更高的阻垢效果,同时其稳定性也需要进一步提高。

  21世纪之后,环境友好缓蚀阻垢剂的开发已成为研究热点。Betz开发的无磷水处理剂PESA(聚环氧琥珀酸)具有良好的生物降解性能[6],同时保留了较高的阻垢效果,

  能够适应高钙高碱度水质,但对于磷酸钙、硅酸钙的阻垢性能需要提高。

  无毒,易降解的PASP(聚天冬氨酸)的开发曾获得美国“总统绿色化学挑战奖”,其对成垢离子具有优异的螯合性能,因而在其合成及应用方面的研究很多。作为聚氨基酸的一种,PASP很可能成为替代聚丙烯酸类水处理的产品,目前国外Bayer,Donlar等公司已开始生产PASP水处理剂,在国内也已有工业化的生产[7]。4.2杀菌剂

  环境友好型高效、低毒药剂是杀菌剂的研究趋势。近年来,由于Cl2的持续毒性作用,使得低毒的溴系杀菌剂、ClO2得到了更为广泛的应用,同时新产品的开发也在不断进行,其中国外已出现诸如癸硫代乙胺盐酸盐、癸硫代异壬基二甲基氯化按、四羟甲基硫酸磷等新产品。随着回用水的大量使用,循环冷却水中BOD、N、P量也在不断增加,因而更加高效的杀菌剂也将成为热点。 

 5 展望

  21世纪的主题是绿色,水资源的危机推动水回用的发展,工业循环水必将面临着节水与资源化的双重压力,这对循环水处理剂既提出了更高的要求,同时也刺激了其产业发展。低磷、无磷、低金属、易降解水处理剂将会是未来水处理剂的研究热点,同时具有阻垢、缓蚀、杀菌作用的复合型水处理剂也会成为重要的开发方向。