水处理药剂的发展趋势

关键词:水处理药剂 絮凝剂
日期:2010年12月17日 来源:佰科

绿色水处理药剂发展趋势

按照可持续发展的要求,水处理技术的绿色化进程将会加快,开发研制适合环境保护需求的低磷、非氮和可生物降解的多功能绿色水处理药剂将成为工业水处理领域中最主流的研究方向。

(1)生产过程绿色化

绿色化学的思路是从根本上消除污染源,使废物不再产生或得到控制,从源头彻底控制污染。因此,在研制绿色水处理药剂的生产工艺中,应该努力实现生产过程的绿色化,在生产过程中控制污染物的产生。生产过程的绿色化主要体现在采用可以减少或消除对人体健康或环境有害的原料、产物、副产物、溶剂、试剂等的使用或产生的化学工艺和方法。

①分子结构新设计

 由于绿色水处理药剂及其清洁化生产工艺还处在初步研究阶段,为了节约探索时间,可以计算机模拟进行“虚拟”反应而筛选最佳的原料和设计最优的合成路线。

目前采用分子模拟进行分子结构设计和“剪裁”及对用于工业生产的预期指标进行的研究主要包括膦酸盐类和聚合物类阻垢剂。通过生物降解性实验发现,增加聚羧酸阻垢剂分子结构中羧基的数目、酯基支链以及向主链中插入氮、氧元素的方法均可提高其可生物降解性。传统的聚丙烯酸类阻垢剂虽然效果好,但难以生物降解。聚环氧琥珀酸就是经过计算机进行分子设计和“剪裁”,通过向分子链中插入氧原子,获得了既有优良阻垢性能又容易生物降解的产品。

同样的分子设计也应用在聚天冬氨酸上,通过向其侧基上引入羟基、醚、羟烷基胺、羟基烷氧基烃、羧基、磺烷基、磷酸等基团来提高聚合物的储存稳定性以及基体线形结构,从而提高分子的生物可降解性。还可通过将甘氨酸等天然氨基酸与聚天冬氨酸共聚,则可使聚合物具有高度的生物一致性及可降解性。

②原子经济性反应

选择天然产物为原料,同时在合成路线上实现原子经济l生。以聚天冬氨酸的合成为例,原料是从自然中提取;合成路线若以磷酸为催化剂可以制得相对分子量高的线性高分子,但存在副产物的分离和排放问题。

而Donlar的工艺是通过干的固体聚合反应将天冬氨酸转化成聚丁二酰亚胺。在转化过程中不使用有机溶剂,缩合反应的副产物是水且反应过程的效率很高,产率一般可达97%。将聚丁二酰亚胺进一步碱水解即可得到聚天冬氨酸。这是个典型的高效而无废物产生的转化过程,实现了原子经济性反应。

③生产工艺的改进

从绿色理念出发,重视生产过程中对环境的影响,改进水处理药剂的生产工艺,如催化剂、反应溶剂等,在选择技术方案、工程项目设计以及技术改造过程中采纳清洁生产的思想,研究开发和采用清洁的流程。

如两性聚丙烯酰胺是具有特殊功能的絮凝剂和当前最好的污泥脱水剂,在处理一些难度大的污水时显示出独特的优良性能,可以提高悬浮液的凝聚、澄清、沉降速度等,其制备过程通常可采用反相乳液聚合,得到相对分子量高的产品,但存在有机溶剂污染问题;采用以水为溶剂的溶液聚合法,则可避免废液排放,但是这种方法在生产过程中要经过造粒干燥粉碎工序,干燥过程消耗大量能源,粉碎过程产生粉尘污染,对工作人员的健康可能造成一定的影响。

新型的“水包水”乳液聚合法则有望避免这些缺点,并可减少设备投资,降低能耗和成本,避免了聚合物在干燥过程中的降解,是一种良好的绿色工艺。

(2)使用过程绿色化

①有效替代品的使用

对那些可能产生“二次污染”的物质,应当尽量使用其他可替代的且有效的水处理药剂产品,如原来使用的有机磷酸中磷的排放易产生富营养化,破坏生态平衡,使用铬酸盐、亚硝酸盐、硫酸亚铁等无机缓蚀剂具有较大的毒性,这些都可以使用钼酸盐、钨酸盐、硅酸盐等无机缓蚀剂和全有机系水处理药剂以及新近开发的聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸和烷基环氧羧酸等绿色阻垢剂作为替代;有机胺是缓蚀剂使用最大的一类,在实际应用中应当更多的使用脂肪胺取代芳香胺。

②水处理后期“绿色化”补救措施

而对那些尚无替代且行之有效的水处理药剂产品的使用,应当尽快开发配套的治理方案予以补充,如对工业水处理后的排放,可以采用太阳能并借助纳米光催化剂Ti02对残余药剂进行氧化降解,或采用新型的超临界水氧化技术。这些措施对使用过程的绿色化都是良好的补充。

绿色水处理药剂及其清洁化生产是水处理药剂研究的必然发展趋势,但目前仅有阻垢剂与缓蚀剂在“绿色化”上取得了一定发展,而絮凝剂作为最主要的且用量最多的药剂,在目前所使用的无机与有机絮凝剂中还存在着“二次污染”问题,而且容易对人体的健康造成重大的伤害,因此应当加大其“绿色化”进程的研究开发。

在开发过程中以天然产物如农、林产品作为原料,辅以“绿色”的“水包水”乳液聚合技术,使生产和使用过程中均实现“绿色化” ,并且无“二次污染”的产生。同时加强对微生物絮凝剂的研究开发并对微生物絮凝剂分子结构和性能的关系、絮凝基团的定位、工程菌的组建、培养基成本以及1二业发酵的可行性研究等问题进行进一步的研究,从而开发出更具潜力的微生物絮凝剂

 

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