綠色水處理劑的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

張釗

摘 要：我國水資源排在世界第6位，而人均占有量在世界銀行統(tǒng)計(jì)的153個(gè)國家中排在第88位，水資源與居民生活需求的矛盾日漸凸顯。僅2008年全國廢污水排放總量達(dá)758億噸，將廢水化為資源的想法，促進(jìn)了綠水處理劑的誕生。本文將針對綠色水處理劑的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢做出相應(yīng)探討。

關(guān)鍵詞：水資源;矛盾;水處理劑;綠色

中圖分類號(hào)：TQ085.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

水處理劑是人們尋求解決水資源與人口矛盾的途徑之一，也是當(dāng)前污水處理工業(yè)中用量最大、用途最廣泛的產(chǎn)品之一?？沙掷m(xù)的發(fā)展觀念促進(jìn)了“綠色水處理劑”的誕生，而無毒性、易降解、不會(huì)造成水體富營養(yǎng)化、具有高阻垢性能是綠色水處理劑研發(fā)人員一直追求的目標(biāo)，也更符合人類發(fā)展。

1.綠色水處理劑概述

綠色水處理劑主要有無機(jī)綠色水處理劑、天然高分子綠色水處理劑和人工合成型綠色水處理劑，人工合成型綠色水處理劑是如今研究的焦點(diǎn)。

1.1無機(jī)綠色水處理劑

自人們認(rèn)識(shí)到膠體的吸附性之后，各種能產(chǎn)生膠體的金屬離子被用于處理廢水，用鋁鹽絮凝劑來處理廢水的絮凝沉淀法就是其中之一。無機(jī)綠色水處理劑是廢水處理中最早應(yīng)用的方法，也是最成熟的方法之一。鋁鹽被用作凈化污水，且一度被認(rèn)為是綠色安全的理想水處理劑。然而隨著人們對于鋁的研究的深入以及鋁毒報(bào)道的日漸增多，人們逐漸意識(shí)到鋁鹽并非想象中的那么安全環(huán)保，因而也催生了其他的無機(jī)絮凝劑。

1.2天然高分子綠色水處理劑

常見的天然高分子處理劑有很多，如：淀粉及其衍生物、甲殼素及其衍生物等。天然 高分子綠色水處理劑來源廣泛、無毒且易降解，因此在相當(dāng)長的時(shí)間里收到了研究人員的重視，當(dāng)然目前運(yùn)用的天然高分子綠色水處理劑并非完全天然，在運(yùn)用之前它們都進(jìn)行了適當(dāng)?shù)慕又簿?、羧甲基化、陽離子化等改性處理，以提高其凝絮性能。

淀粉及其衍生物運(yùn)用在處理污水的研究始于20世紀(jì)60年代，淀粉來源廣泛且無毒易降解，是理想的綠色水處理劑。而其運(yùn)用于污水處理最大的原因是其分子結(jié)構(gòu)適合做改性處理。淀粉是高分子聚合物，其相對分子量從幾萬到幾百萬不等，其結(jié)構(gòu)中含有許多支鏈，支鏈上的羥基既能夠與水中的金屬離子形成螯合物，又為為淀粉改性研究提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。目前最主要的產(chǎn)品是陽離子淀粉，包括：叔胺型陽離子淀粉、交聯(lián)陽離子淀粉、季胺型陽離子淀粉等。陽離子淀粉與帶有負(fù)電荷的的物質(zhì)混合時(shí)能夠中和其電荷，使溶劑體系趨于混亂狀態(tài)，起到凝絮的作用。而最新研究出的淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物則向人們揭示了新的研究方向。

甲殼素及其衍生物是另一種綠色水處理劑，是人們在研究甲殼類動(dòng)物甲殼利用時(shí)發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)，又名幾丁質(zhì)。其提純產(chǎn)物是殼聚糖，是迄今為止人類發(fā)現(xiàn)的唯一一種堿性多糖天然高分子。我國之前僅武漢一個(gè)城市2009年就吃掉了6000多噸龍蝦，產(chǎn)生了3000噸蝦殼，這些蝦殼的命運(yùn)都是被填埋分解，甲殼素利用的是甲殼類動(dòng)物不可使用外殼，相對于淀粉及其衍生物，不用浪費(fèi)寶貴的糧食資源，又能夠變廢為寶。甲殼素溶于水之后用較強(qiáng)的吸附性，既廉價(jià)又無毒易降解，因而在處理電鍍廢水、生活廢水、印染廢水等方面應(yīng)用廣泛。甲殼素配合無機(jī)凝絮劑使用效果更好，適宜處理含有毒重金屬離子的廢水。

1.3人工合成型綠色水處理劑

人工合成型的綠色水處理劑已推廣生產(chǎn)的或者在研究的種類繁多，僅列出幾項(xiàng)以作參考。

（1）聚天冬氨酸類

聚天冬氨酸類是近些年受動(dòng)物代謝啟發(fā)而合成的一種生物大分子，其顯著優(yōu)勢在于其合成原料——天冬氨酸可以從自然界中提取，雖然不如淀粉來的容易，但是相較于淀粉及其衍生物，聚天冬氨酸能夠同時(shí)起到緩蝕劑和阻垢劑的功能，既可以阻止污水對于金屬的腐蝕，又能夠阻止不溶性沉淀的生成。聚天冬氨酸甚至能夠用于海水淡化和反滲透制水，能夠真正意義上環(huán)節(jié)人們對于水資源的需求，其前景廣闊。

（2）烷基環(huán)氧羧酸鹽

烷基環(huán)氧羧酸鹽相較于聚天冬氨酸更耐高溫，但是沒有阻止沉淀的作用。對于環(huán)境較為復(fù)雜的污水處理環(huán)境，聚天冬氨酸結(jié)構(gòu)容易受pH值、溫度的變化而產(chǎn)生破壞，失去凈水能力，而烷基環(huán)氧羧酸鹽則能夠在復(fù)雜環(huán)境下發(fā)揮功能。

（3）聚環(huán)氧琥珀酸類

聚環(huán)氧琥珀酸類（PESA）是馬來酸水解為馬來酸鹽之后，用催化劑催化馬來酸鹽生成環(huán)氧琥珀酸，再將環(huán)氧琥珀酸鹽以稀土催化劑使其聚合而生產(chǎn)出來的綠色水處理劑。聚環(huán)氧琥珀酸類水處理劑誕生不過20多年，但是對于其的研究已經(jīng)很透徹，研究表明由于含有羧基和醚基，這些基團(tuán)上電子并沒有完全配對，存在未共用電子對使能夠與金屬離子形成螯合物，并且吸附于金屬表面，起到緩蝕劑的作用，其應(yīng)用前景也頗為廣闊。

2.綠色水處理劑的發(fā)展趨勢

隨著科技的進(jìn)步，人們對于污水的處理將更為快捷和高效，因此在今后的很長一段時(shí)間里，水處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢應(yīng)該是人工合成型水處理劑與天然型水處理劑齊頭并進(jìn)。天然型水處理劑來源廣泛、成本低廉，人工合成型水處理劑能夠適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境，兩種水處理劑各有優(yōu)勢，而當(dāng)前的研究并沒能將兩者的優(yōu)勢結(jié)合到一起，因而難以斷言誰將被淘汰。值得一提的是生物凝絮劑，其高效性強(qiáng)于其他類型的水處理劑，對于水體完全沒有污染，因而隨著生物技術(shù)的進(jìn)步，生物凝絮劑很可能成為綠色水處理劑中的“黑馬”。

3.小結(jié)

隨著人們環(huán)保意識(shí)的進(jìn)一步極強(qiáng)，綠色水處理劑必將迎來百花齊放的時(shí)代。其發(fā)展方向必定是在生產(chǎn)和使用過程中不產(chǎn)生任何污染，且來源廣泛成本低廉。我們終將會(huì)利用科技為人類自身創(chuàng)造更美好的未來。

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