一、绿色水处理剂的概念
绿色水处理剂的概念源于“绿色化学”的提出，从根本上减少或消灭那些对人类健康或环境有害的原料、产物、副产物、溶剂和试剂等的产生和应用。显然，绿色化学的总体思路是从根本上消灭污染源，使得废物不再产生，不再有废物处理问题，因而绿色化学是一门从源头上彻底阻止污染的化学。所以该概念的提出给环境工程带来了革命性的变革,在此基础上,人们提出了绿色水处理剂的概念,并被认为它是21世纪水处理剂的发展方向。
绿色水处理剂又称环境友好型水处理剂,是指其生产过程清洁化,使用过程不影响人体健康和环境,并可生物降解而对环境无害的水处理剂。它要求水处理剂生产用原材料和转化试剂的绿色化、水处理剂生产反应方式的绿色化、水处理剂生产反应条件的绿色化。水处理剂的绿色化可表现在阻垢剂、缓蚀剂、絮凝剂方面。
二、目前水处理剂的使用状况
水处理剂是当前水工业、污染治理与节水回用处理工程技术中应用最广泛、用量最大的特殊产品之一，包括絮凝剂、阻垢分散剂、缓蚀剂、杀生剂等。其性能的优劣,在很大程度上决定处理流程的运行状况、最终出水质量及成本费用。
絮凝沉淀法是废水处理技术中使用最广泛、成本最低的处理方法。目前絮凝剂和凝聚剂占了水处理剂总量的3/4,其中作为絮凝剂的聚丙烯酰胺(PAM)又占了絮凝剂和凝聚剂的1/2,其余1/2为无机聚合物。但是目前使用的无机与有机絮凝剂都存在一些问题,并对人体健康有一定的影响。
在有机高分子絮凝剂中,PAM及其衍生物约占85%。虽然PAM本身基本无毒,但其中所含的在生产过程中未完全转化的丙烯酰胺单体却是一种毒害神经性很强的物质,且有很强的致癌性,会对人类健康构成巨大的威胁。生产过程中夹带的有毒重金属及PAM的难降解性也会对环境带来二次污染的问题。
其他水处理剂存在的问题
我国目前冷却水占工业用水的60%～70%,冷却水所用的阻垢剂以磷系配方为主,而磷的排放易产生富营养化直接导致破坏生态平衡;
无机缓蚀剂中常用的铬酸盐、亚硝酸盐等也具有较大的毒性;
在大部分水处理剂制备过程中使用的原料基本上均为有机溶剂且均含有毒性,且在生产过程中消耗大量能源也在一定程度上对环境带来了新的污染。
因此目前水处理剂面临的最大问题是产生二次污染跟非清洁生产绿色化。
三、当前水处理剂的绿色化进程
针对水处理剂产生二次污染和生产过程非清洁绿色化的问题。人们开始研究各种绿色水处理剂，而且在国外，绿色水处理剂的使用已经日趋成熟。在我国，水处理剂的绿色化将是未来的一个重要发展方向。
绿色水处理剂可表现在阻垢剂、缓蚀剂、絮凝剂上，且目前，阻垢剂已经基本实现绿色化并投入使用。
(一)阻垢剂
在所有水处理剂中,阻垢剂的绿色化进展最快。其中高聚物阻垢剂的研究显得极为活跃,可分为丙烯酸类、马来酸类、马来酸/丙烯酸类、磺酸类和含磷类聚合物阻垢剂等。目前国内主要使用的聚羧酸类阻垢剂虽具有低剂量效应、毒性小、价廉且阻垢效果好等优点,但由于在水中它易形成聚丙烯酸钙,当Ca2+浓度高时,效果更差且生物降解性差,因此,已逐渐被能够生物降解的绿色阻垢剂聚天冬氨酸 PASP等代替。
聚天冬氨酸(Polyasparticacid,PASP)是近年来受海洋动物代谢的启发而研制成功的一种水溶性生物高分子材料,它具有羧酸的性质,无毒、无污染、不破坏环境、热稳定性好,同时还具有可贵的生物降解性,可以改变钙盐的晶体结构,是一种公认的阻垢分散剂更新换代产品,可用于高温工业用水、循环冷却水系统、锅炉及油气田阻止碳酸钙的生成。
采用马来酸酐为原料,以固相热缩合的方法在最佳工艺条件下制得的PASP的平均收率>95.6%,产物粘均分子量1.37×104,平均阻垢率大于93%。聚天冬氨酸及其复配物是一种性能优良,可适宜于高温、高钙、高碱度水系使用的绿色水处理剂。
(二)缓蚀剂
缓蚀剂主要有无机和有机缓蚀剂。缓蚀剂的发展从最初的铬酸盐、聚磷酸盐到现在的有机系列有机膦酸盐,从高磷、含金属的配方到低磷、全有机配方,从单一配方到复合配方,正朝着多品种、高效率、低毒性等方向发展。有机膦酸类是阴极型缓蚀剂,其共聚物同时含有磷酰基和羧基,兼具阻垢、分散、缓蚀功能,无毒,不会造成二次污染,不需加酸调节pH值,药剂不易水解,耐高温且操作简化安全。
(三)絮凝剂
絮凝剂是水处理剂中用量最大的一种药剂,可分为无机、高分子、复合型等种类,其中高分子絮凝剂又分为合成与天然两大类。一般而言,合成高分子絮凝剂易于通过分子设计和合成手段剪裁分子结构从而可以根据应用需求调控其性能,但其在处理后的水溶液中残留物难生物降解,从而产生二次污染。因此,絮凝剂的绿色化应主要着眼于天然高分子絮凝剂上。根据来源,天然高分子絮凝剂可分为:多糖类、甲壳素类及微生物絮凝剂类。
甲壳素的衍生物壳聚糖是目前自然界中唯一发现的碱性多糖类天然高分子,从而使其具有非常特殊的性能和用途。它在电镀废水、印染废水、食品废水、重金属废水和给水净化等方面应用广泛。壳聚糖的改性产物如壳聚糖-丙稀酰胺接枝共聚物比壳聚糖有更高的架桥絮凝能力,而且与无机絮凝剂有很强的协同效应,适合于含重金属离子的综合废水处理
四、绿色水处理剂的发展方向
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剂,将成为工业水处理领域中最主流的研究方向。绿色水处理剂的发展方向主要有两个。一是生产过程绿色化，而是使用过程绿色化。
(一)水处理剂的生产过程绿色化
生产过程绿色化的要点在于如何利用现成的材料，用尽量少的步骤、能量来最大效率获得所需要的产品而不产生污染或少产生污染，和副产品。具体应该从分子结构的新设计、原子经济性反应、生产工艺的改进三方面入手。
1.分子结构的新设计
由于绿色水处理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,计算机可模拟进行虚拟反应而筛选最佳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研究的主要包括膦酸盐类和聚合物类阻垢剂。
2.原子经济性反应
原子经济性反应是把原料分子中的原子最大限度地结合到目标分子中，不产生副产物或废物，达到废物的零排放。选择天然产物为原料,同时在合成路线上实现原子经济性。以聚天冬氨酸的合成为例，以磷酸为催化剂，可以制得相对分子质量高的线性聚天冬氨酸，但存在副产物的分离和排放问题。若不采用磷酸催化剂，通过改变反应条件采用乙醇酸，能够制得相同质量的聚天冬氨酸，但无副产物生成，实现了原子经济性合成。
3.生产工艺的改进
阻垢剂对金属离子往往具有很强的螯合力，在其合成过程中，有可能与金属催化剂反应生成螯合物，增加分离过程和废物排放，若能采用不与阻垢剂反应的非金属催化剂，即可实现洁净生产。例如，在聚环氧琥珀酸合成过程中，聚环氧琥珀酸与金属催化剂生成的螯合物非常稳定，净化分离聚环氧琥珀酸需要调节pH值和减压蒸馏并排放蒸馏废液。采用性能稳定的固体催化剂，即可以免去聚环氧琥珀酸的净化分离过程和对环境的污染。
(二)水处理剂的使用过程绿色化
1.有效替代品的使用
对那些可能产生二次污染的物质，应尽量使用其他可替代的且有效的水处理剂产品的使用，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、亚硝酸盐等无机缓蚀剂具有较大的毒性，这些都可使用钼酸盐、钨酸盐、硅酸盐等无机缓蚀剂和全有机系水处理剂以及新近开发的聚天冬氨酸 PASP、聚环氧琥珀酸 PESA
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,在实际应用中更多的使用脂肪胺取代芳香胺。
2.水处理后期的“绿色化”的补救措施
而对那些尚无替代且行之有效的水处理剂产品的使用,应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如TiO2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。
五、结语
在环境污染越来越严重的今天，从根本上减少污染物的排放是最切合实际，最符合可持续发展的观念的。因此，水处理剂的绿色化是时代的必然要求。但是，目前水处理剂中只有阻垢剂基本达到绿色化。在经济发展速度不断加快的情况下，生产必定也在加快。而在各种生产中，水处理剂所扮演的角色起到了重大的作用。因此，必须根据绿色化学的要求大力的开发新型的绿色水处理剂，以使水处理剂中缓蚀剂，絮凝剂的绿色化进程也跟上阻垢剂的发展脚步，最终达到真正的绿色化生产，绿色化处理的目标。
请继续关注大连天纬化学官网：http://www.twqqq.com