水处理剂

      水处理药剂（也称作水处理剂、水处理化学品，Water Treatment Chemicals）是工业用水、生活用水、废水处置过程中通常所需的化学药剂。主要作用是控制水垢、污泥的形成，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。

      通常根据产品性能，水处理药剂可分为絮凝剂、阻垢剂、缓蚀剂、杀菌剂、消泡剂、清洗剂等。此外，还可划分为一般水处理化学品和专用水处理化学品，一般水处理化学品如明矾、氯、硫酸铁、 三氯化铁和聚合氯化铝等；专用水处理化学品又分为单一化学品 （如有机絮凝剂）和配方产品（杀菌剂、防腐剂和阻垢剂等）

1、絮凝剂

絮凝剂根据其组成不同主要分为以下四类，其中不同种类的絮凝剂又有繁多的细分： 

（1）无机絮凝剂：根据组成可分为简单无机絮凝剂和无机高分子絮凝剂。其中，简单无机絮凝剂通常又可分为铝盐絮凝剂（常见药剂包括硫酸铝、氯化铝和铝酸钠）和铁盐絮凝剂（包括氯化铁和硫酸铁）；无机高分子絮凝剂通常又可分为铝盐系列（包括聚氯化铝和聚硅硫酸铝）和铁盐系列（包括聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合磷酸类复合铁盐和聚合硅酸类复合铁盐）。 

（2）有机高分子絮凝剂：根据组成可分为天然有机高分子絮凝剂和人工合成高分子絮凝剂。

         <1>天然有机高分子絮凝剂又可分为淀粉衍生物（包括高取代度季铵型阳离子淀粉絮凝剂、高取代度阳离子马铃薯淀粉、交联氧化淀粉和交联羧甲基淀粉）、木质素衍生物（包括改性季铵盐木质素和层状双氢氧化物。）及甲壳素衍生物（包括壳聚糖-聚三甲基氯化铵）等；

       <2>人工合成高分子絮凝剂又可分为非离子型有机高分子絮凝剂（包括聚丙烯酰胺，英文全称为Polyacrylamide，简称PAM）、阴离子型有机高分子絮凝剂（包括聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钙、苯乙烯磺酸盐、木质磺酸盐、丙烯酸和甲基丙烯酸）、阳离子型有机高分子絮凝剂（包括季铵化的PAM）以及两性PAM聚合物（包括具有羧基和胺甲基的两性型PAM絮凝剂）。  

（3）微生物絮凝剂：包括微生物菌体作为絮凝剂（如某些细菌、放线菌、酵母菌、霉菌）、微生物细胞壁提取絮凝剂（如酵母菌细胞壁葡聚糖、丝状真菌细胞壁壳聚糖）、微生物代谢产物作絮凝剂（如荚膜、黏液质）以及基因克隆技术获得絮凝剂（如高效遗传菌株）。  

（4）复合絮凝剂

2、阻垢剂

      阻垢剂是一类能阻止水中致垢盐类在设备表面沉积的物质。一般认为，阻垢剂起阻垢作用是因为它对水中金属离子有螯合作用，对微晶有吸附分散作用或晶格畸变作用。 

      阻垢剂一般按照阻垢剂研究的发展历程和阻垢剂分子中的官能团进行分类，主要分为四大类：

（1）天然聚合物阻垢剂：常见药剂包括单宁、纤维素、淀粉、木质素、壳聚糖、腐植酸钠等，优点是使用较早、来源广泛，缺点则是加量大、费用高。 

（2）含磷聚合物阻垢剂：此类阻垢剂又分为无机含磷聚合物阻垢剂和有机含磷聚合物阻垢剂。前者常见药剂包括焦磷酸钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠，优点是可与多种结垢金属离子螯合，缺点是易水解。后者常见药剂包括羟基乙叉二膦酸、氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸和多氨基多醚基甲叉膦酸，优点是螯合能力强、兼具缓蚀性以及不易水解，缺点是高温、高碱、高硬水质下使用受限，本身易结垢和污染。

 （3）共聚物阻垢剂：常见药剂包括丙烯酸类共聚物、磺酸类共聚物、马来酸酐类共聚物和其它非磷缓蚀阻垢剂。优点是活性高、毒性小，缺点是生物可降解性差。 

（4）绿色新型阻垢剂：常见药剂包括聚环氧琥珀酸、聚天冬氨酸，优点是活性高、高钙浓度下阻垢效果好以及绿色可降解。

3、缓蚀剂

       缓蚀剂属于一种兼具经济性、高效性以及通用性的防腐蚀药剂，目前已广泛应用于电力、石油以及能源等多种工业生产活动。从 1860 年世界上款缓蚀剂出现，该类药剂经历了从无机共聚物、高磷、单一应用方法，转变为有机共聚物、无磷以及复配使用。

（1）按照自身化学组成可分为：无机缓蚀剂，常见药剂包括锌盐、钼酸盐、钨酸盐、硅酸盐、（亚）硝酸盐、（聚）磷酸盐及铬酸盐；有机缓蚀剂，常见药剂包括包括膦酸（盐）、膦羧酸含氮氧的杂环化合物。不同组成缓蚀剂有不同的性质和用途，如锌盐缓蚀剂成膜快，膜松软，多用于冷却水系统；膦羧酸缓蚀剂与二价离子螯合作用强，适用于低硬、低碱腐蚀性水介质。 

（2）按照电化腐蚀部位可分为：阳极型缓蚀剂，常见药剂包括铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐、钒酸盐、亚硝酸盐、硼酸盐，该类缓蚀剂特点是阳极区与金属离子作用形成保护膜，要保持较高浓度以使阳极全部钝化，否则造成点蚀；阴极型缓蚀剂，常见药剂包括锌的碳酸盐、磷酸盐和氢氧化物钙的碳酸盐和磷酸盐，该类缓蚀剂特点是在阴极成膜，只需向介质中加入可溶性锌盐或可溶性磷酸盐。 

（3）按照保护膜类型可分为：氧化膜型缓蚀剂，常见药剂包括铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐、钨酸盐、钒酸盐、正磷酸盐和硼酸盐，特点是在氧作用下于金属表面阳极区形成氧化膜；沉淀膜型缓蚀剂，常见药剂包括锌的碳酸盐、磷酸盐和氢氧化物钙的碳酸盐和磷酸盐，特点是缓蚀膜多孔且未与金属表面直接结合，附着性不好，效果不如氧化膜型缓蚀剂；吸附膜型缓蚀剂，常见药剂包括一些含氮、硫、羟基具有表面活性的有机化合物，特点是金属表面有腐蚀产物或积垢应配合表面活性剂加入，帮助成膜。

4、杀菌剂

        杀菌剂，也称杀菌灭藻剂，在水处理过程中可以抑制、破坏性水中微生物的生长，防止微生物发生粘泥现象而影响整个水处理系统的运行。

       杀菌剂按药剂化学组成不同可分为氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂两大类：

（1）氧化性杀菌剂：常见药剂包括氯气（优点是常用、廉价；缺点是加氯操作不便）、次氯酸盐（优点是常用、廉价；缺点是性质不稳定）、氯化异氰尿酸（优点是兼具缓释性、杀菌性好、较常用；缺点是不能剥离粘泥）、氯化溴（优点是结构简单；缺点是不稳定、成本高）、卤胺（优点是性能稳定、功效可再生；缺点是成本高）、卤化海因（优点是杀菌性好；缺点是成本高）、二氧化氯（优点是杀菌性能极好；缺点是不稳定）、臭氧（优点是杀菌性好；缺点是成本高）、过氧化氢以及高锰酸钾（优点是常用作剥离剂；缺点是临时性使用）。

（2）非氧化性杀菌剂：常见药剂包括重金属化合物（优点是品种多、用途广；缺点是毒性大、难降解、已淘汰）、氯酚（国内使用较多；缺点是毒性大、限制使用）、有机氮硫物（常用；缺点是易产生抗药性）、季铵盐类（常用；缺点是泡沫多）、活性卤化物（优点是杀菌性好、低毒），洗必泰、戊二醛、咪唑啉及均三嗪（优点是杀菌性好；缺点是成本高）。

5、消泡剂

     消泡剂有油型、溶液型、乳液型、粉末型和复合型几种，各种消泡剂均应具备以下特点：消泡作用强，用量少；不改变加入体系的基本性质；表面张力小；与表面的平衡性好；扩散和渗透性好；耐热性好；化学性质稳定，不易氧化；气体溶解和透过性好；在起泡性溶液中溶解度小；无生理活性，安全性高。同时具备上述十余种特性的消泡剂是不存在的，一种消泡剂只能对特定一种或几种体系起作用。

6、清洗剂

       清洗剂种类繁多，首先可根据其组成物质分为无机清洗剂和有机清洗剂两大类。而根据所针对的设备材质不同和具体污垢不同，清洗剂又分为酸洗剂、氨洗剂、碱洗剂和溶剂型清洗剂四类。值得注意的是，普通的清洗剂一般不属于水处理药剂，此处清洗剂特指用于膜法水处理设备的清洗剂，主要用于对膜进行清洁、清洗： 

（1）酸洗剂：一般包括盐酸、硫酸、氨基磺酸、氢氟酸、柠檬酸、羟基醋酸、甲酸、草酸、乙二胺四醋酸等，越强的酸对水垢的溶解效果就越好，但要考虑对设备的损伤； 

（2）氨洗剂：通常选用1-3%的氨水，通常还要向其中加入过硫酸铵、过碳酸铵、亚硝酸钠等氧化剂配合使用，以提高氨洗效率； 

（3）碱洗剂：通常包括苛性钠、纯碱、磷酸钠、亚硫酸钠、联氨等，同样的，为了提高碱洗效率往往需要再加入一定量表面活性剂和双氧水； [3]

（4）溶剂型清洗剂：以前多采用汽油，现在改为有机氯化物、有机氟化物，此类清洗剂操作方便，稳定性好，可循环使用。

       水处理药剂的应用领域按照终端客户水处理的对象和方式的不同， 一般可以分为：工业水处理、市政与饮用水处理、污水与废水处理、海水淡化。 

工业用水处理

       水处理药剂主要运用在循环水冷却系统和工业锅炉水中。循环冷却水是把使用过的水通过冷却塔降温后再次用于冷却，整个水系统是处于一个不断循环的动态过程之中，属于多次使用。循环水冷却系统需要解决管线和设备的结聚、腐蚀和微生物问题。工业循环水处理使用的药剂主要有阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂、清洗剂、预膜剂等。 

       工业锅炉水处理的常用方法有锅外水处理和锅内水处理，使用的药剂主要有缓蚀阻垢剂、除氧剂、给水降碱剂、离子交换剂、再生剂、软化剂、碱度调节剂、清垢剂等。 

市政与饮用水处理

       在生产合格生活用水的过程中，必须添加合适的水处理化学品使出厂的水质达到国家标准。重点需要处理的环节有：藻类控制，减少水库中有毒或有气味的藻类；絮凝过程，去除悬浮和胶体固体如粘土；软化过程，去除钙盐和镁盐，特别是碳酸盐和重碳酸盐；腐蚀控制，用来减少对管道的腐蚀;杀菌消毒等。市政与饮用水处理涉及到的水处理药剂一般有杀菌灭藻剂、絮凝剂、缓蚀剂等。

污水与废水处理

       如果将污水或废水直接排放到自然环境中，其中所含污染物会对生态环境造成污染，因而需要将污水中的全部污染物清除出去。通常需要将多种污水处理方法结合起来，实现层层净化，逐级过滤，直至将水中污染物彻底清除。污水处理涉及到的水处理药剂一般有絮凝剂、污泥脱水剂、消泡剂、螯合剂、脱色剂等。

海水淡化

       海水淡化发展始于 20 世纪 60 年代，经过近几十年的发展，海水淡化技术已经相对比较成熟。其中，蒸馏法和膜法已成为主流技术。对于膜法而言，为减少结垢沉积对反渗透膜的影响，需要在水中添加阻垢缓释剂、清洁剂、絮凝剂、阻垢分散剂等药剂；对于蒸馏法来讲，容易产生锅垢从而降低蒸发效率，可以通过海水进行预处理来减少影响，向原水中加入聚磷酸盐、有机磷酸，膦基聚羧酸等进行水质软化，对钙，镁离子以及其他金属离子螯合作用使其不易沉淀，从而阻止水垢的形成。