綠色水處理藥劑發(fā)展趨勢

按照可持續(xù)發(fā)展的要求，水處理技術(shù)的綠色化進程將會加快，開發(fā)研制適合環(huán)境保護需求的低磷、非氮和可生物降解的多功能綠色水處理藥劑將成為工業(yè)水處理領(lǐng)域中較主流的研究方向。

(1)生產(chǎn)過程綠色化

綠色化學(xué)的思路是從根本上消除污染源，使廢物不再產(chǎn)生或得到控制，從源頭徹底控制污染。因此，在研制綠色水處理藥劑的生產(chǎn)工藝中，應(yīng)該努力實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綠色化，在生產(chǎn)過程中控制污染物的產(chǎn)生。生產(chǎn)過程的綠色化主要體現(xiàn)在采用可以減少或消除對人體健康或環(huán)境有害的原料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物、溶劑、試劑等的使用或產(chǎn)生的化學(xué)工藝和方法。

①分子結(jié)構(gòu)新設(shè)計

 由于綠色水處理藥劑及其清潔化生產(chǎn)工藝還處在初步研究階段，為了節(jié)約探索時間，可以計算機模擬進行“虛擬”反應(yīng)而篩選較佳的原料和設(shè)計較優(yōu)的合成路線。

目前采用分子模擬進行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計和“剪裁”及對用于工業(yè)生產(chǎn)的預(yù)期指標(biāo)進行的研究主要包括膦酸鹽類和聚合物類阻垢劑。通過生物降解性實驗發(fā)現(xiàn)，增加聚羧酸阻垢劑分子結(jié)構(gòu)中羧基的數(shù)目、酯基支鏈以及向主鏈中插入氮、氧元素的方法均可提高其可生物降解性。傳統(tǒng)的聚丙烯酸類阻垢劑雖然效果好，但難以生物降解。聚環(huán)氧琥珀酸就是經(jīng)過計算機進行分子設(shè)計和“剪裁”，通過向分子鏈中插入氧原子，獲得了既有優(yōu)良阻垢性能又容易生物降解的產(chǎn)品。

同樣的分子設(shè)計也應(yīng)用在聚天冬氨酸上，通過向其側(cè)基上引入羥基、醚、羥烷基胺、羥基烷氧基烴、羧基、磺烷基、磷酸等基團來提高聚合物的儲存穩(wěn)定性以及基體線形結(jié)構(gòu)，從而提高分子的生物可降解性。還可通過將甘氨酸等天然氨基酸與聚天冬氨酸共聚，則可使聚合物具有高度的生物一致性及可降解性。

②原子經(jīng)濟性反應(yīng)

選擇天然產(chǎn)物為原料，同時在合成路線上實現(xiàn)原子經(jīng)濟l生。以聚天冬氨酸的合成為例，原料是從自然中提取；合成路線若以磷酸為催化劑可以制得相對分子量高的線性高分子，但存在副產(chǎn)物的分離和排放問題。

而Donlar的工藝是通過干的固體聚合反應(yīng)將天冬氨酸轉(zhuǎn)化成聚丁二酰亞胺。在轉(zhuǎn)化過程中不使用有機溶劑，縮合反應(yīng)的副產(chǎn)物是水且反應(yīng)過程的效率很高，產(chǎn)率一般可達97%。將聚丁二酰亞胺進一步堿水解即可得到聚天冬氨酸。這是個典型的高效而無廢物產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化過程，實現(xiàn)了原子經(jīng)濟性反應(yīng)。

③生產(chǎn)工藝的改進

從綠色理念出發(fā)，重視生產(chǎn)過程中對環(huán)境的影響，改進水處理藥劑的生產(chǎn)工藝，如催化劑、反應(yīng)溶劑等，在選擇技術(shù)方案、工程項目設(shè)計以及技術(shù)改造過程中采納清潔生產(chǎn)的思想，研究開發(fā)和采用清潔的流程。

如兩性聚丙烯酰胺是具有特殊功能的絮凝劑和當(dāng)前較好的污泥脫水劑，在處理一些難度大的污水時顯示出獨特的優(yōu)良性能，可以提高懸浮液的凝聚、澄清、沉降速度等，其制備過程通常可采用反相乳液聚合，得到相對分子量高的產(chǎn)品，但存在有機溶劑污染問題；采用以水為溶劑的溶液聚合法，則可避免廢液排放，但是這種方法在生產(chǎn)過程中要經(jīng)過造粒干燥粉碎工序，干燥過程消耗大量能源，粉碎過程產(chǎn)生粉塵污染，對工作人員的健康可能造成一定的影響。

新型的“水包水”乳液聚合法則有望避免這些缺點，并可減少設(shè)備投資，降低能耗和成本，避免了聚合物在干燥過程中的降解，是一種良好的綠色工藝。

(2)使用過程綠色化

①有效替代品的使用

對那些可能產(chǎn)生“二次污染”的物質(zhì)，應(yīng)當(dāng)盡量使用其他可替代的且有效的水處理藥劑產(chǎn)品，如原來使用的有機磷酸中磷的排放易產(chǎn)生富營養(yǎng)化，破壞生態(tài)平衡，使用鉻酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸亞鐵等無機緩蝕劑具有較大的毒性，這些都可以使用鉬酸鹽、鎢酸鹽、硅酸鹽等無機緩蝕劑和全有機系水處理藥劑以及新近開發(fā)的聚天冬氨酸、聚環(huán)氧琥珀酸和烷基環(huán)氧羧酸等綠色阻垢劑作為替代；有機胺是緩蝕劑使用較大的一類，在實際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)更多的使用脂肪胺取代芳香胺。

②水處理后期“綠色化”補救措施

而對那些尚無替代且行之有效的水處理藥劑產(chǎn)品的使用，應(yīng)當(dāng)盡快開發(fā)配套的治理方案予以補充，如對工業(yè)水處理后的排放，可以采用太陽能并借助納米光催化劑Ti02對殘余藥劑進行氧化降解，或采用新型的超臨界水氧化技術(shù)。這些措施對使用過程的綠色化都是良好的補充。

綠色水處理藥劑及其清潔化生產(chǎn)是水處理藥劑研究的必然發(fā)展趨勢，但目前僅有阻垢劑與緩蝕劑在“綠色化”上取得了一定發(fā)展，而絮凝劑作為較主要的且用量較多的藥劑，在目前所使用的無機與有機絮凝劑中還存在著“二次污染”問題，而且容易對人體的健康造成重大的傷害，因此應(yīng)當(dāng)加大其“綠色化”進程的研究開發(fā)。

在開發(fā)過程中以天然產(chǎn)物如農(nóng)、林產(chǎn)品作為原料，輔以“綠色”的“水包水”乳液聚合技術(shù)，使生產(chǎn)和使用過程中均實現(xiàn)“綠色化” ，并且無“二次污染”的產(chǎn)生。同時加強對微生物絮凝劑的研究開發(fā)并對微生物絮凝劑分子結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系、絮凝基團的定位、工程菌的組建、培養(yǎng)基成本以及1二業(yè)發(fā)酵的可行性研究等問題進行進一步的研究，從而開發(fā)出更具潛力的微生物絮凝劑。