＊孟繁明

（北京科泰興達(dá)高新技術(shù)有限公司 北京 102431）

水處理工藝過程中常用的化學(xué)藥劑主要分為絮凝劑、殺菌劑和阻垢劑等幾大類。絮凝劑和助凝劑主要使用在預(yù)處理階段。殺菌劑可以使用在水處理工程中的不同階段，如在過濾設(shè)備之前或處于供水管道之中。阻垢劑可以幫助和保護(hù)水處理的設(shè)備設(shè)施。

圖1 水處理設(shè)備圖

添加化學(xué)藥劑的初衷是為了高效徹底地去除水中的污染物，但是，如果錯(cuò)誤的使用或過量的投加化學(xué)藥劑，不僅不能恰當(dāng)?shù)厝コ性械奈廴疚?，反而帶來新的污染，增加了水處理設(shè)備的負(fù)擔(dān)，甚至可能存留在成品水中，從而降低成品水水質(zhì)。

1.概述凈水水處理劑

凈水水處理劑指的是為了符合用水需求，達(dá)到出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，去除水中有害物質(zhì)，從而在水處理過程中投加的化學(xué)藥品。凈水水處理劑具有很強(qiáng)的專用性，針對使用目的和處理對象的不同，需要利用不同的凈水水處理劑。

絮凝劑通常運(yùn)用在常規(guī)凈水處理工藝的預(yù)處理階段。預(yù)處理主要包括混凝、沉淀以及澄清等工藝過程。在混凝階段，為了可以將水內(nèi)的懸浮物以及膠體凝聚在一起，可以加入適當(dāng)?shù)男跄齽?，由此形成大體積的絮狀體，最后下沉入水底，以便在后續(xù)工藝中更加容易地將其從水體中去除，提高水體的潔凈度。

有效制約水中微生物生長可以加入適量殺菌劑，該操作目的在于減少粘泥情況的發(fā)生而對水處理系統(tǒng)運(yùn)行造成影響。在成品水中投加殺菌劑的目的是為了抑制細(xì)菌在輸水管網(wǎng)中的滋生繁殖，以確保終端出水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.常用水處理劑的利與弊

(1)絮凝劑

通常使用的絮凝劑比較多，有無機(jī)或有機(jī)高分子的，還有復(fù)合型的，也有微生物型的，如常用的聚合硫酸鐵屬于無機(jī)類，聚合季銨鹽等屬于有機(jī)類。

基于價(jià)格及絮凝效果的原因，無機(jī)高分子絮凝劑應(yīng)用最為廣泛，尤以聚合氯化鋁為主，其化學(xué)式為Al2Cln(OH)6-n[1]。考慮到鋁對人體健康的影響（即鋁的潛在神經(jīng)毒性），使用鋁作為絮凝劑的水廠，應(yīng)優(yōu)化絮凝工藝，盡量減少出水中鋁的含量，確定鋁的可行最佳水平。一些處理方法可減少出水中鋁的殘留，譬如：在混凝過程調(diào)節(jié)pH至最佳條件，避免用鋁過量，混合助凝劑使用、采用最佳攪拌速度聚合已經(jīng)形成鋁化合物的絮體等。在良好的運(yùn)行條件下，大型水處理設(shè)施可使鋁的濃度達(dá)到或低于0.1mg/L。小型水處理設(shè)施（即設(shè)計(jì)規(guī)模少于1萬人）要達(dá)到上述指標(biāo)可能較困難，主要由于小型水廠在運(yùn)行中，對鋁濃度水平的波動緩沖作用很小，并且在資源和運(yùn)行專業(yè)技術(shù)方面都受到限制。對小型水處理設(shè)施，出水中鋁的濃度應(yīng)≤0.2mg/L[2]。這一指標(biāo)也符合我國生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

鐵系絮凝劑具有絮體較大、易沉降、雜質(zhì)去除率高、pH值范圍大等優(yōu)點(diǎn)，從而被廣泛使用。殘存在水中的鐵離子同樣對人的身體健康產(chǎn)生不利影響。盡管世界衛(wèi)生組織2011年發(fā)布的《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》中認(rèn)為飲用水中2mg/L的鐵離子濃度對健康無害，但是，我國生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，即，鐵的水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)及限值為0.3mg/L[3]。

聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDADMAC）是近年來快速發(fā)展起來的一種有機(jī)型的陽離子絮凝劑量。這是國內(nèi)、國外第一款可用于處理飲用水的有機(jī)型絮凝劑[4]。

站在傳統(tǒng)工藝角度進(jìn)行分析，加入了微生物型的絮凝劑在處理原水時(shí)，由于鐵、鋁離子并不會形成，因此可有效將原水凈化，并有效殺滅細(xì)菌，提高處理水的工作率。

(2)助凝劑

在混凝時(shí)，助凝劑可起到一定的輔助作用。加入的目的在于可以有效加快沉降速度，如常見的助凝劑有活性炭、聚丙烯酰胺（PAM）、殼聚糖等。

通常水體含有很多有機(jī)污染物，如藻類等，因此混凝效果不佳，所以需要對水質(zhì)進(jìn)行改善，增加投入量就顯得尤為重要。但這樣有可能會造成鋁等消毒之后所產(chǎn)生的產(chǎn)物超標(biāo)，制水的成本也會明顯增加。合理適當(dāng)?shù)耐都又齽┛梢源蠓葴p少絮凝劑的使用量，從而在源頭上降低了化學(xué)藥劑在水中殘留的幾率。

在給水處理中，無論是低濁度水還是高濁度水，聚丙烯酰胺（PAM）都有應(yīng)用。PAM本身無毒，對環(huán)境影響非常小，而且穩(wěn)定、安全。但這并不是說沒有毒性，PAM的聚合物會殘留丙烯酰胺單體，且在生產(chǎn)中，還產(chǎn)生一些鍶、銫、鈷等有毒的重金屬[5]。所以，應(yīng)選用高純度的PAM作為水處理劑。

式中：Nu為努賽爾數(shù)；Gr為格拉曉夫數(shù)；θz為腔體軸的傾角，本系統(tǒng)使用雙軸跟蹤聚光器，腔體軸傾角等于太陽高度角，只隨季節(jié)而變；dcav為接收器腔體直徑；dca為采光口直徑。

高錳酸鉀在除藻及藻臭，降低水的濁度和耗氧量等方面具有很好的效果。高錳酸鉀的助凝作用非常好，如果可以和二氧化氯一起使用，助凝的作用還有進(jìn)一步提升。加入高錳酸鉀可使聚合氯化鋁的投量減少25%。高錳酸鉀的投加量應(yīng)≤0.3mg/L。

(3)殺菌劑

一般來說可以使用物理、化學(xué)兩種方法對飲用水進(jìn)行消毒。物理法是運(yùn)用物理，對細(xì)菌的凝聚進(jìn)行破壞，或是可以讓菌體蛋白發(fā)生變性，達(dá)到消毒飲用水目的。如可以使用超聲波消毒等。而化學(xué)法是利用一些氣態(tài)或是液態(tài)的化學(xué)藥劑，滲透至細(xì)菌的體內(nèi)，通過劇烈的氧化反應(yīng)對細(xì)菌的菌體會發(fā)生一定的破壞作用，達(dá)到消毒目的，例如常用的氯化消毒等。

以藥劑化學(xué)組成來劃分，可分成氧化、非氧化的殺菌劑兩大類。不同的殺菌劑其特點(diǎn)不同。由于氧化性殺菌劑會破壞反滲透膜表面的結(jié)構(gòu)，所以，在反滲透系統(tǒng)之前投加非氧化性殺菌劑是唯一的選擇。

氯氣作為一直長期使用的飲用水殺菌劑在安全性等方面的負(fù)面作用越來越突出，從而廣譜殺菌消毒劑二氧化氯作為新型飲用水殺菌劑脫穎而出。二氧化氯的殺菌作用是通過水中分解出來的氯氣穿透細(xì)胞壁使蛋白質(zhì)變性而實(shí)現(xiàn)的，其氧化性能是次氯酸的9倍，是氯氣的27倍[6]。通常，環(huán)保型殺菌劑主要包括二氧化氯、異噻唑啉酮、季銨鹽、溴類殺菌劑等。

在飲用水處理過程中，消毒屬于最后一道工序，主要消除病原體。紫外線消毒不需投加化學(xué)藥劑，不會殘留毒副產(chǎn)物，不產(chǎn)生有害的衍生物，也不產(chǎn)生異味，是一種環(huán)保的消毒方法。當(dāng)濁度低于3NTU時(shí)紫外線劑量的損失可以忽略不計(jì)[7]。通過增加前置過濾系統(tǒng)和按時(shí)清洗紫外燈管可以有效地保障紫外線的通透量，以便于更有效的殺滅病原體。

(4)阻垢劑

阻垢劑的類型非常多，通過對阻垢劑進(jìn)行研究、劃分，是根據(jù)其分子的官能團(tuán)進(jìn)行劃分的，可分成天然、含磷、共聚物、綠色劑型阻垢劑四種不同的類型。目前經(jīng)常使用的環(huán)保型的阻垢劑有很多不同類型，如馬來酸酐阻垢劑等。當(dāng)前水污染處理有越來越多選擇，人們對于這類的阻垢劑要求也非常高，阻垢劑發(fā)展有兩個(gè)特點(diǎn)，一是這種藥劑都屬于復(fù)合型的，二是單一藥劑的無磷化和可降解性。復(fù)合型阻垢藥劑比起單一型的藥劑而言，在結(jié)構(gòu)方面存在一定缺陷，可以使用藥劑的使用量還可以提升藥劑的性能[8]。近年來，人們遵循環(huán)境保護(hù)理念，積極開發(fā)環(huán)保型阻垢劑。

反滲透阻垢劑（或稱分散劑）是一種常用的反滲透水處理藥劑，添加在膜分離裝置的前端，用于阻止膜的污堵與結(jié)垢。長期使用，能延長膜的清洗周期及使用壽命，提高產(chǎn)水質(zhì)量及產(chǎn)水量。

眾所周知，反滲透系統(tǒng)的給水部分，進(jìn)入系統(tǒng)后有兩個(gè)通路：一為反滲透膜表面變成產(chǎn)水，二為沿著表面可平行穩(wěn)定，同時(shí)慢慢濃縮。水被濃縮后鹽分大增，且還含有大量的有機(jī)物、病毒等。在濃縮的鹽分中包括了易溶于水以及不溶于水的離子、化合物等。例如，碳酸氫根離子+鈣離子，就會形成碳酸鈣，而硫酸根離子+鈣離子，則會形成硫酸鈣。同時(shí)，鎂、鍶、鋇離子等，濃縮后和有關(guān)離子會形成無法溶解于水的化合物。因此為了可以防止這些物質(zhì)的形成，需要在反滲透水里添加酸，或是添加阻垢劑。阻垢劑在使用時(shí)通過少量的阻垢劑吸附到微晶體的表面從而防止微晶體的長大和沉積，也可以通過對不溶解于水的離子的分散作用來防止反滲透膜上水垢的形成。

3.結(jié)果和討論

在實(shí)際應(yīng)用過程中，通常是利用復(fù)合配方的水處理劑，或者綜合利用不同種類的水處理劑。因此需要注意各組分不適合復(fù)配而產(chǎn)生對抗性，從而降低或者喪失效果，需要利用協(xié)同效應(yīng)達(dá)到增效的目的。此外水處理系統(tǒng)是敞開的系統(tǒng)，具有一定排放量，使用過程中需要考慮不同凈水水處理劑對于環(huán)境的負(fù)面影響。

目前，市場中有許多不同類型的水處理藥劑，這些藥劑起到的作用非常巨大。目前我們?nèi)栽诓粩嗵剿餍碌乃巹?，盡可能向著低成本、無害可降的方向持續(xù)發(fā)展。例如現(xiàn)在大力開始的綠色水處理藥劑，指的是在制造時(shí)注意其環(huán)保的作用，這樣對于人體是沒有傷害的，而且不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，可有效降解水處理的藥劑。目前常見的有天然和人工合成型兩種，一種是天然高分子類型，如木質(zhì)素、丹寧、淀粉等；一種是人工合成型，如聚天冬氨酸、聚環(huán)氧琥珀酸等。

不用或少用化學(xué)水處理藥劑的清潔技術(shù)必將成為未來水處理廠工藝改革的主流方向。河床過濾與膜法結(jié)合的短流程工藝?yán)幂斔哟驳牡叵逻^濾及生物氧化作用，去除了大部分微生物、微量有機(jī)物、重金屬、營養(yǎng)鹽、臭味等，使水質(zhì)得到顯著改善。在相應(yīng)的水處理工藝中完全可以取消絮凝劑和助凝劑的使用。

在預(yù)處理和中間工藝階段，殺菌劑的選擇要成分低氯化、性能高效化和結(jié)構(gòu)復(fù)合化。在飲用水成品水的最后一道殺菌工藝中，采用紫外線殺菌工藝可以減少化學(xué)藥劑的投加量。若將紫外線殺菌工藝100%取代化學(xué)殺菌劑，則需要相關(guān)的法律法規(guī)在余氯指標(biāo)及輸水管網(wǎng)的要求上做出相應(yīng)的調(diào)整。

4.結(jié)束語

本文分析了凈水水處理劑在水處理過程中的必要性和對環(huán)境及人體健康構(gòu)成的風(fēng)險(xiǎn)，對水處理工藝的選擇和實(shí)際運(yùn)營工作起到參考作用，要仔細(xì)選擇和使用合適的化學(xué)品進(jìn)行水處理，并密切監(jiān)測處理過程，以確保實(shí)現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果而不會造成意外后果。適當(dāng)?shù)膶θ藛T進(jìn)行培訓(xùn)和設(shè)備維護(hù)以確保安全有效地使用化學(xué)處理方法也至關(guān)重要。建議盡量降低水處理劑的使用量，減少其本身造成的污染，提高整體水質(zhì)，以確保環(huán)境友好和人體健康。