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)的預期指標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
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，縮合反應的副產(chǎn)物是水且反應過程的效率很高，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。
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)，應當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，在實際應用中應當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，應當盡快開發(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，因此應當加大其“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。