工业水处理药剂产品概述

第一节 产品定义、性能及应用特点

1、产品定义

工业水处理药剂主要指工业水处理所用的化学药品，包括冷却水、锅炉水和油田用水等工业水处理用的阻垢剂、缓蚀剂、分散剂、杀菌灭藻剂、消泡剂、絮凝剂、除氧剂、污泥调节剂和螯合剂等。原水和污水处理用的凝聚剂和絮凝剂也包括在水处理药剂中。

2、产品性能及应用特点

工业水处理药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，除去水中的悬浮固体和有毒物质，除臭脱色，软化和稳定水质等。因此水处理药剂包括凝聚剂、絮凝剂、阻垢剂、缓蚀剂、分散剂、杀菌剂、清洗剂、预膜剂、消泡剂、脱色剂、螯合剂、除氧剂及离子交换树脂。

工业水处理药剂属于精细化工的范畴，相对于常用化学品，它具有精细化学品的许多特性，如生产规模一般不大，因此建厂设备投资少，产量小；产品品种多，品种的更新换代快；附加产值大；技术服务必不可少；各种产品，尤其是复配产品，具有很强的专用性。

水处理氧化金属表面生成一层连续致密的含有γ-Ｆｅ2Ｏ3的具有抗腐蚀作用的钝化薄膜，可在邻近区域扩散而达到缓蚀的目的。典型的是铬酸盐、亚硝酸盐。但由于二者的毒性现已基本不用，只亚硝酸盐还用于密闭循环冷却水中。取而代之的是钼酸盐、钨酸盐和钨杂多酸。该类缓蚀剂用量往往较大，因为如果加入量不够，不足以使阳极全部钝化，则腐蚀会集中在未钝化完全的部位进行，从而引起危险的点蚀。

水处理沉淀膜型缓蚀剂能与介质中的离子反应，在金属表面形成沉淀膜。虽然沉淀膜的厚度比钝化膜厚，但致密性、附着力较差，所以缓蚀效果不如钝化膜，但由于该类缓蚀剂用量小且价格便宜，其应用与研究尤其是含磷缓蚀剂的研究与应用最为活跃。硅酸盐作为缓蚀剂，其最大的优点是操作容易、没有危险、无毒、无害、价格低廉，但该类物质存在易于成垢、成垢后不易清除的缺点，且缓蚀效果不够理想，所以硅系缓蚀剂目前只在少数厂使用，还没有使用在浓缩倍数高或换热器热强度高的装置中。聚磷酸盐是目前应用最广泛最经济的缓蚀剂，常用的是六偏磷酸钠、三聚磷酸钠。该类缓水处理蚀剂用量小、成本低、无毒，并有阻垢功能。该类物质需要有一定的溶解氧，且有Ｃａ2+、Ｚｎ2+等离子共存时可提高其缓蚀性能。聚磷酸盐一个很大的问题是易于水解，水解后缓蚀性能下降，易形成Ｃａ3(ＰＯ4)2垢且难以去除。再者其水解产物作为微生物的营养源，促进了循环水的菌藻的滋生，对环境也会造成富营养化污染。有机膦酸盐与聚磷酸盐在许多方面相似，水处理抗水解性能大大优于聚磷酸盐，从而避免了聚磷酸盐使用的缺点，所以70～80年代以来发展极为迅速，已先后开发出氨基三甲叉膦酸(ＡＴＭＰ)、羟基乙叉二膦酸(ＨＥＤＰ)、乙二胺四甲叉瞵酸(ＥＤＴＭＰ)、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸(ＤＴＰＭＰ)、2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸(ＰＢＴＣＡ)等系列产品。该类产品已逐渐取代了聚磷酸盐。

水处理吸附膜型缓蚀剂为有机化合物，分子结构中同时含有吸附基和疏水基，吸附基在金属表面定向吸附后，疏水基在外围形成一层屏蔽或阻挡层，将金属表面与金属离子及溶解氧隔离，抑制了金属腐蚀。当金属表面清洁而呈现活性时，吸附膜表现出很好的防蚀效果，但如果金属表面有腐蚀产物覆着或有沉积物，就不能提供适宜的条件形成防蚀膜。

有机膦酸是一类具有Ｃ-Ｐ键的化合物，分子中含有与碳原子直接相连的磷酸基，60年代开始用于冷却水化学处理，直到现在成为水处理药剂最广泛应用和研究最多的系列。该系列已形成四代产品:ＨＥＤＰ(ＡＴＭＰ)→ＰＢＴＣＡ→ＨＰＡＡ→(ＰＡＰＥＭＰＰＯＣＡ)<7>。现主要应用的还是第一代和第二代产品，第三代和第四代产品也已研究出来和商品化。膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸(ＰＢＴＣＡ)ＰＢＴＣＡ分子中同时引人了-ＰＯ3Ｈ2基团和-ＣＯ2Ｈ基团，水处理具有独特的缓蚀阻垢性能。其缓蚀效果优于ＨＥＤＰ、ＡＴＭＰ等第一代产品<8>，且稳定性能高，适合在高温、高硬度、高浓缩倍数的冷却水系统中使用。此外，ＰＢＴＣＡ具有优异的稳定锌离子作用，即使在ｐＨ=95的环境下也可以使锌离子稳定在水中而不产生Ｚｎ(ＯＨ)2沉淀，还有ＰＢＴＣＡ耐氧化性优于第一代产品。羟基膦基乙酸(ＨＰＡ)。ＨＰＡ<Ｈ2Ｏ3ＰＣＨ(ＯＨ)ＣＯＯＨ>是Ｃｉｂａ-Ｇｅｉｇｙ公司开发的一种新型膦羧酸。ＨＰＡ与ＨＥＤＰ、ＰＢＴＣＡ相比，缓蚀能力大大提高。它能适用于软水，低硬度水中，在低浓度下有很好的缓蚀效果，毒性低，相溶性好，与Ｚｎ2+复配增效作用明显，可比得上Ｃｒ6+/Ｚｎ2+复配。ＨＰＡ是目前缓蚀性能最好的膦系产品。水处理缓蚀剂从最初的铬酸盐、聚磷酸盐到有机膦酸盐；从高磷、含金属的配方到低磷、全有机配方；从单一的铬系、磷系配方到钼系、钨系、硅系、全有机系等配方，显示出水处理缓蚀剂正朝着多品种、高效率、低毒性等方向发展，并且近几年来在新品种、新配方的发展研究中取得了许多可喜的成果。

磷系缓蚀剂污染环境，促进冷却水中藻类的生长，导致磷垢、赤潮等现象，因此，禁磷和限磷的呼声越来越高，现在，世界许多国家和地区都相继采取了禁磷和限磷的措施。因而开发非磷缓蚀剂已经引起人们的重视，近年来也取得了相应的成果。1烷基环氧羧酸酯(ＡＥＣ)。ＡＥＣ是水处理集团开发的ＣｏｎｔｉｎｕｕｍＡＥＣ中的一组分。Ｂｅｔｓ认为Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ具有极高的安全和环保性能，允许在高浓缩倍数下运行而不引起与浓缩倍数有关的问题，因而减少了操作费用。ＡＥＣ是唯一的非三价磷沉积物控制剂，可提供比膦酸盐更好的结垢控制，也是一个不会在高钙含量水中沉淀的非三价磷酸钙抑制剂。由于ＡＥＣ的引入，使总磷排放量减少了30%～50%，是解决高ＰＨ值循环冷却水系统腐蚀和结垢问题的全新方法。

臭氧处理冷却水的技术就在美国、日本和西欧等一些发达国家兴起。臭氧是一种强氧化剂，与铬酸盐相似能在金属表面上形成一层γ-Ｆｅ2Ｏ3氧化膜，降低腐蚀速度，且臭氧的强杀生作用，有效地控制了循环水中微生物的生长，减轻了生物污垢及其引起的垢下腐蚀。并且臭氧氧化垢层基质中的有机物成分，使垢层变松脱落，起到了阻垢的作用。因此臭氧作为单一使用的水处理剂，操作简单、排污量少、既能节水、节能又不存在二次污染，对循环冷却水的缓蚀、阻垢、杀菌藻等方面均有良好的效果，是一种彻底绿色的水处理技术。

第二节 发展历程

我国水处理技术起始于50年代，从原苏联引进化工技术的同时已开始使用无机磷酸盐作水处理剂。70年代在引进大化肥装置同时开始引进水处理技术，主要是引进美国贝兹公司的技术，80年代初又从美国Nalco公司引进了磷酸酯水处理技术和从日本栗田公司引进T-225碱水处理配方。

在此基础上，我国处行开发了国产化的水处理技术和水处理剂，污水处理技术从60年代一级处理开始，目前大多采用二级处理，絮凝剂和凝聚剂从50年代即已开始生产，但在60年代才应用于工业生产，80年代开发了许多新型药剂。

我国有机絮凝剂的生产以聚丙烯酰胺系列产品为主，品种以非离子和阴离子型为主，阳离子型产品很少。其中产量较大，品种较多的生产厂是广州南中塑料厂。

到2000年，各种水处理剂除个别品种在制备技术上有所突破外，现已生产应用的品种仍占主导地位。各类品种的平均年增长率将在5％-6％左右。

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