工业水处理论文

绿色水处理阻垢剂的开发与应用进展

摘要对工业水处理中常用阻垢剂的种类及性能进行了综述, 详细介绍了一种绿色水处理阻垢剂---聚天冬氨酸。同传统缓蚀阻垢剂相比，它的阻垢效用好，而且具有极高的生物降解性，属于绿色化学品。重点介绍了它的良好的应用性能和卓越的生物降解性能。提出了对它的研究领域和今后的发展方向。

关键词：阻垢剂聚天冬氨酸

Abstrac t The types and properties of scale inhibitors for industrial water were summarized，The green scale inhibitor，polyaspartic acid was detailedly presented．The scale effect of polyaspartic acid was better than traditional scale inhibitors．It is a kind of green chemicals and has high biodegradability．We introduced its good application properties and excellent biodegradability and put forward its research field and the future direction of development .

Key words：scale inhibitors polyaspartic acid biodegradability

引言阻垢剂是能够防止水垢和污垢产生或者抑制其沉积生长的化学药剂。其中聚合物阻垢剂具有优异的阻垢性能、低公害或无公害、用量少、良好的溶限效应和协同效应等优点，为高浓缩倍数的碱性水处理技术在工业上的实施提供了条件。

1.工业水处理阻垢剂概况

1.1阻垢剂的发展历程

20世纪60年代以来，有机磷酸缓蚀阻垢剂和共聚物阻垢剂一直是国内外阻垢剂研究开发的重点。60年代末到70年代初，聚丙烯酸和聚马来酸的问世使冷却水处理技术取得了突破性进展，并带动了一系列含有多种基团的二元、三元甚至四元共聚物的开发。70年代后期出现的含磷聚合物，其分子中同时含有=PO(OH)基和一COOH基，具有较好的阻垢能力并有一定的缓蚀作用，目前仍然受到关注。80年代，国外曾出现过含磺酸基团共聚物的开发热潮。但有机磷不能有效地抑制磷酸钙垢和锌垢，以及解决氧化铁沉淀问题，且本身易形成有机磷酸垢。特别是考虑到磷的污染性，环保部门已对磷的使用有了限制。随着人类环保意识日渐高涨，绿色阻垢剂成为21世纪水处理药剂的发展方向。聚天冬氨酸(Polyaspartic acid简称PASP)是开发成功的一种绿色阻垢剂，是公认的绿色聚合物和水处理剂的更新换代产品[1]。

1.2常用阻垢剂种类

目前，常用的防垢剂包括有机膦酸盐、低分子聚合物(均聚物和共聚物)、聚合磷酸盐和天然改性高分子等[2]。

1.2.1天然聚合物阻垢剂

20世纪60年代初尚未发展聚合物阻垢剂时，主要采用单宁、纤维素、淀粉、木质素、壳聚糖和腐植酸钠等简单加工的天然有机物作为阻垢分散剂。天然分散

剂在水处理应用中一般用量较大，约50～200 mg／L；且在高温、高压条件下易分解，易造成系统的有机污染，而且其阻垢和分散效果均不及合成的聚合物阻垢剂，现已很少使用。但由于天然分散剂具有来源方便、价格低廉、无公害，且具有分散污物的优点，目前在少量商品复合配方中仍有使用[3-5]。

1.2.2聚羧酸阻垢剂

聚羧酸阻垢剂由是一种、二种或多种单体聚合而成的阴离子型低相对分子质量的聚电解质，起阻垢作用的主要是聚合物的负离子，为Ca2+、Mg+、Fe3+、Cu2+、Zn2+等的优良螯合剂。按照合成单体的种类，聚羧酸阻垢剂有均聚物阻垢剂和共聚物阻垢剂两大类[6-8]。

1.2.2.1均聚物阻垢剂

20世纪70年代，开始使用聚合物聚丙烯酸(PAA)和聚马来酸(HPMA)，同时将具有优良缓蚀性能的有机膦酸盐作为阻垢分散剂使用，显示出良好的阻垢效果。PAA除具有良好的阻垢性能外，还能对非晶状的泥土、粉尘和腐蚀产物以及生物碎屑等起分散作用，应用广泛。马来酸(酐)由于含有的羧基数量较多，以它为单体的聚合物的稳定性及耐温性能均优于丙烯酸类共聚物，得到了快速的发展。

1.2.2.2共聚物阻垢剂

共聚物阻垢剂是20世纪80年代开发的、由多种单体共聚而成的一类新型无公害水处理剂，在分子中引入酰胺基、羟基、酯基、磺酸基、膦酸基等多种官能团，具有防止磷酸钙、硫酸钙、硫酸钡垢生成，分散氧化铁和粘土等作用，某些聚合物甚至还具有防腐、杀菌等多种功能。另外，同时还具有耐温性能优越、热稳定性好、无毒、无害、对生态环境无污染等优点，共聚物阻垢剂主要是以丙烯酸和马来酸为主体，而且与聚磷酸盐复配可收到显著的缓蚀和阻垢效果[9-12]。

1.2.3磷系阻垢剂

磷系阻垢剂最常见的是聚膦酸盐和有机膦酸。在有机膦酸中，氨基三甲叉膦酸(ATMP)和羟基亚乙基二膦酸(HEDP)是20世纪60年代开发的，至今仍在水处理中广泛使用。20世纪80年代研制了有机膦羧酸，有很高的钙容忍度和防垢分散性能。单纯用聚磷酸盐作阻垢剂在冷却水处理中已经逐渐被淘汰，取而代之的是复合磷酸盐、有机膦酸和其它低磷或无磷药剂配方[13,14]。

1.2.4磺酸类聚合物阻垢分散剂

20世纪80年代，随着环境对排污的限制和循环水浓缩倍数的提高，各种高性能的共聚物阻垢分散剂开始不断出现，尤其是含磺酸、磷酸和其它官能团的共聚物，因其优良的性能引起普遍关注。因磺酸基团属于亲水性基团，酸性较羧酸强，将其引入共聚物，可以有效地防止由于弱亲水性共聚物与水中离子反应，生成难溶性物质——钙凝胶，特别是对Ca3(PO4)2垢有较好的抑制作用，能有效地分散颗粒物、稳定金属离子[15,16]。