一、水處理劑即水處理化學品。
它主要是指為了除去水的大部分有害物質（如腐蝕物，重金屬及Ca2+、Mg2+離子，污垢和微生物等）得到符合要求的民用或工業用水而在水處理過程中添加的化學藥品。
水處理的意義和作用：水處理對於提高水質、防止結垢、腐蝕、菌藻滋生和環境污染，保證工業生產的高效、安全和長期運行，並對節水、節能、節材和環境保護等方面均有重大意義。
上圖鍋爐因為結垢和腐蝕交替發生，，鍋爐內壁佈滿了垢物和鏽瘤，嚴重危及鍋爐安全，影響熱交換。
上圖採用了 多功能水處理劑，鍋爐內老垢和鏽瘤全部消除，並在換熱面形成了一層黑褐色的保護模，防止了水垢附著和腐蝕發生，即節省了燃料，又延長了鍋爐的使用壽命。
二、通常水處理劑包括三類產品：
1通用化學品：原指用於水處理的無機化工產品，如Al2(SO4)3等。
2專用化學品：包括活性炭、離子交換樹脂和有機聚合物，絮凝劑等。
3配方化學品：包括緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑、燃燒助劑等。
水處理化學品具有較強的轉一性。按應用目的可將水處理化學品分成兩大類。
1淨化水：PH值調節劑、氧化還原劑、吸附劑、活性炭和離子交換樹脂、混凝劑和絮凝劑等；
2特殊工業目的：緩蝕劑、阻垢分散劑、殺菌滅藻劑、軟化劑等。
複配型水處理劑是主要的應用形式，具有多功能，應用方便的優點。
三、水處理劑在我國的生產及應用狀況：
目前，我國水處理劑的主要品種有阻垢劑、緩蝕劑、分散劑、絮凝劑、殺菌滅藻劑、淨水劑、離子交換樹脂等幾大類。總的生產廠家多是生產能力小，經營規模小，生產品種主要是剖析、仿製或依據國外專利研製的，發展和生產歷史短，科研經費有限，因此基礎薄弱，技術比較落後，整體水準不高，與國外相比還有較大差距。
一、阻垢劑
水垢的生成
水垢一般由CaCO3、Ca3(PO4)2、CaSO4、矽酸鈣(鎂)等微溶鹽組成。這些鹽的溶解度很小，如在0℃時，CaCO3的溶解度是20mg/L，Ca3(PO4)2的溶解度只有0.1mg/L，而且它們的溶解度隨pH值和水溫的升高而降低，因此特別容易在溫度高的傳熱部位達到過飽和狀態而結晶析出，當水流速度較小或傳熱面較粗糙時，這些結晶就容易沉積在傳熱表面上形成水垢。
水垢的控制
1．從水中除去成垢離子包括離子交換法和石灰軟化法等
2．加酸或通CO2，降低pH，穩定重碳酸鹽
3．投加阻垢劑
在工業水處理中，把加入到水中用於防止水垢和泥垢的產生或抑制其沉積生長的化學藥劑統稱為阻垢劑。
一、 阻垢劑的種類
1、 阻垢緩蝕劑
2 、阻垢分散劑
二、阻垢劑的作用原理
結垢是水中微溶鹽結晶沉澱的結果。在鹽類過飽和溶液中，首先產生晶核，再形成少量微晶粒，並按一種特有的次序排列起來，使小晶粒不斷長大，形成大晶體。如果投加某些藥劑，破壞或控制結晶的某一進程，水垢就難以形成。具有阻垢性能的藥劑包括螯合劑、抑制劑和分散劑。螯合劑與陽離子形成螯合物或絡合物，將金屬離子封閉起來，阻止其與陰離子反應生成水垢。抑制劑能擴大物質結晶的不穩定區，在相當大的過飽和程度上將結垢物質穩定在水中不析出。
三、阻垢緩蝕劑
指兼具阻垢和緩蝕作用的水處理劑
1、有機多元膦酸
按結構可分為四大類：亞甲基膦酸型、同碳二膦酸型、羧酸膦酸類和聚合膦酸型。
膦酸鹽能吸附在水垢的微小晶粒上，阻礙結晶成長為大的顆粒(水垢)。如在常溫下100mg/L的碳酸鈣可成垢析出，但是加有1mg/L ATMP時，即使將水加熱到90℃，碳酸鈣仍可穩定地存在24h以上而不析出℃。採取膦酸鹽作防垢劑時，水的碳酸鹽硬度可以放寬到3.5mmol/L。這種原水相當於我國大多數天然水的水質。
膦酸鹽的C-P結構相當穩定，使其不易水解而能長時間保持阻垢的藥效。膦酸鹽處理效果優於磷酸鹽，但比磷酸鹽更容易引起水體富營養化，在國外，它們已被限制使用。
① 氨基三亞甲基膦酸（ATMP）的結構式為：
m.p.212℃,無色晶體，溶于水、乙醇、丙酮等，1％水溶液的pH值為1.4±0.2。
合成方法有兩種：
1. 三氯化磷（或亞磷酸）與氯化銨和甲醛在酸性介質中一步合成
2. 氮化三乙酸與亞磷酸反應合成法。
方法2副反應少，產品品質好，產率較高，但原料難得，成本高，因此工業生產多採用方法1。
② 1-羥基次乙基二膦酸（HEDP）的結構式為：
白色晶體，m.p.198—199℃，易溶于水，甲醇。
合成方法1：以三磷酸和冰醋酸為原料或亞磷酸與醚酐，乙醯氯為原料:
合成方法之一：以三氯化磷和冰醋酸為原料
2、有機膦羧酸：
其分子中同時含有-PO3H2和-COOH基團，阻垢和緩蝕性能俱佳。能在高硬度，高鹼度，高氯含量和高溫下使用。
代表性品種：1，1，-二磷酸丙酸基磷酸鈉(BPBP)：
能與Ca2+、Mg2+等金屬離子形成各種組成穩定的絡合物，對CaCO3、CaSO4、CaSiO3等均具有優良的抑制和增溶作用，對碳鋼的緩蝕性也很好。
合成反應：
2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）：
的合成反應：
四、阻垢分散劑
指對水中固體微粒具有較好分散性能的水溶性聚合物
常用的主要是聚羧酸類物質。
均聚物：聚丙烯酸鈉，聚馬來酸，聚甲基丙烯酸鈉等。其中PAA的應用最為廣泛
共聚物：丙烯酸-丙烯醯胺共聚物，馬來酸酐-丙烯酸聚合物，苯乙烯磺酸-馬來酸共聚物。
含有-COOH ，–SO3H， -OH等官能團。
一般聚丙烯酸的相對分子品質在103左右，即聚合度在10-15，阻垢效果較好。
聚丙烯酸的合成
1、製備丙烯酸
① 丙烯直接氧化
② 丙烯腈水解製備
2、製備聚丙烯酸
五、複配的水質穩定劑
在迴圈水處理中，常將膦酸鹽與聚羧酸鹽配合使用，組成複配的水質穩定劑。此時既可有膦酸鹽的阻垢作用，又有聚羧酸鹽的分散作用。兩者協同作用的結果，可以使迴圈水的極限碳酸鹽硬度達到10mmol/L或更高，從而使迴圈水的濃縮倍率進一步提高。
在迴圈水處理中複配的水質穩定劑比單獨使用某種藥劑的情況多。一方面是從水處理效果方面考慮，另一方面也是從商業和營利角度考慮。除了已有馬丙共聚物、膦羧酸鹽等複合藥劑供應外，更多的商家把膦酸鹽與聚羧酸鹽以1:1～2:1複配，或再加10%左右的BTA(苯並三氮唑)作為緩蝕阻垢劑。
二、緩蝕劑
緩蝕劑是一類能有效地阻止和減少金屬與腐蝕介質發生反應而延緩腐蝕的添加劑。
緩蝕機理：
1、將水由酸性調為中性或鹼性，從而達到延緩腐蝕的目的。一般為有機胺類；
2、 在與水接觸的金屬表面上形成一層保護膜，將金屬表面與水環境隔離，從而達到緩蝕的目的。這是大多數緩蝕劑的緩蝕機理
腐蝕的控制
控制腐蝕的基本方法有三類：
(1)通過電鍍或浸塗的方法在金屬表面形成防腐層使金屬和迴圈水隔絕；
(2)使用電極電位比鐵低的鎂、鋅等犧牲陽極與需要保護的設備連接，使設備成為陰極而受到保護。或者將需要保護的設備接到直流電源的負極上，設備在外加電流作用下作為陰極而受到保護；
(3)向迴圈水中投加無機或有機緩蝕劑、使金屬表面形成一層均勻緻密、不易剝落的保護膜，這是目前國內外普遍採用的處理方法。
緩蝕劑的種類及特性：
一、無機緩蝕劑
1、 鉻酸鹽：
是最早使用的緩蝕劑。氧化性強，能與鐵、鋁等金屬形成緻密的鈍化膜抑制腐蝕。常與聚磷酸鹽、水溶性聚合物等組成鉻配方。具有效率高、適應性強、沒有細菌繁殖、價格低等特點，緩蝕性能極佳。但有毒，不主張用。
常用的鉻酸鹽有重鉻酸鈉、重鉻酸鉀、鉻酸鈉、鉻酸鉀等。
鉻酸鈉(Na2CrO4)在中性水溶液中，可使鐵氧化成Fe2O3，並與鉻酸鈉的還原產物Cr2O3形成複合氧化物保護膜。
鉻酸鈉的製備：
用重鉻酸鈉母液中和鉻酸鈉鹼性溶液即可得到鉻酸鈉
2、鉬酸鹽和鎢酸鹽
鉬酸鹽氧化性低於鉻酸鹽。一般與有機磷酸鹽或鋅鹽複配使用，加入聚羧酸鹽可增加分散和抑制結垢的能力。
鎢酸鹽無毒無公害，開發前景廣闊。
鉬酸鈉：Na2MoO4.2H2O的製備
鎢酸鈉：Na2WO4.2H2O的製備
黑鎢礦用燒鹼分解。
常見的鎢水處理劑配方：
Na2WO4，100mg/kg；聚馬來酸酐：4mg/kg；HEDP ：4mg/kg
3、 聚磷酸鹽：
結構：(MPO3)n (M：Na、 K) n：14-20
屬於沉澱膜型緩蝕劑。與鋅鹽複合使用可起增效作用，能生成 Zn3(PO4)2或(Zn,Fe)3(PO4)2沉澱出來並緊緊粘附於金屬表面，緩蝕效果更好。
由於沉澱型緩蝕膜沒有和金屬表面直接結合，而且是多孔的，往往出現在金屬表面附著不好的現象，緩蝕效果不如氧化型膜。
二、有機緩蝕劑
它們一般是含N、S、O的有機化合物。
例如：有機胺類緩蝕劑（可分為胺類、環胺類、醯胺類和醯胺羧酸類等）
有機緩蝕劑具有極性基團，可被金屬的表面電荷吸附，被吸附在金屬表面，阻礙離子的放電，從而阻止或減緩相應電化學的反應。 多用於酸性介質。
有機緩蝕劑在酸性介質中與H+結合.
RNH3+ 以單分子層被吸附在金屬表面,使酸性介質中的H+難以接近金屬表面，從而阻礙金屬腐蝕。
三、絮凝劑
在水處理過程中，凡能使水溶液中的溶質、膠體或懸浮顆產生深沉的物質都叫做絮凝劑或混凝劑。
其應用包括：在原水處理中可用於除濁，脫色，除臭及除去其它雜質；在廢水處理中，用於脫除廢水中的油類，重金屬類，有毒有害物質等，絮凝技術還用於選礦和污泥脫水等。
無機絮凝劑：鋁鹽和鐵鹽：Al2(SO4)3 ; FeCl3
有機絮凝劑：陽離子型，陰離子型，非離子型。
陽離子型：聚硫脲鹽酸鹽，水溶性氨基樹脂，聚乙烯基吡啶鹽酸鹽。
在水處理過程中，凡能使水溶液中的溶質、膠體或懸浮顆產生深沉的物質都叫做絮凝劑或混凝劑。
其應用包括：在原水處理中可用於除濁，脫色，除臭及除去其它雜質；在廢水處理中，用於脫除廢水中的油類，重金屬類，有毒有害物質等，絮凝技術還用於選礦和污泥脫水等。
絮凝劑按照其化學成分總體可分為無機絮凝劑和有機絮凝劑兩類。其中無機絮凝劑又包括無機凝聚劑和無機高分子絮凝劑;有機絮凝劑又包括合成有機高分子絮凝劑、天然有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。
絮凝劑工作原理
絮凝沉澱法是選用絮凝劑配製成水溶液加入到水中，便會使膠體產生壓縮雙電層，使廢水中的懸浮微粒失去穩定性，膠粒物相互凝聚使微粒增大，形成絮凝體、礬花。絮凝體長大到一定體積後即在重力作用下脫離水相沉澱，從而去除廢水中的大量懸浮物，達到水處理的效果。為提高分離效果，可適時、適量加入助凝劑。處理後的污水在色度、含鉻、懸浮物含量等方面基本上可達到排放標準。
一、無機絮凝劑：
水處理劑中用量最大的品種。主要品種有Al2(SO4)3 、 FeCl3；聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（PFS）等。
低分子絮凝劑價格低、貨源充足、但因其用量大、殘渣多、效果差,故無機絮凝劑的發展已經基本上完成了低分子向高分子的轉變。
二有機高分子絮凝劑：
包括陽離子型，陰離子型，非離子型。
最早的高分子絮凝劑是澱粉、海藻酸鈉等天然高分子絮凝劑；1940年美國氰胺公司開發成功聚丙烯醯胺以後，才有了合成的高分子絮凝劑。它們的應用前途廣闊，發展非常迅速。
有機高分子絮凝劑大分子中可以帶 -COOH、-NH2、-SO3H、-OH等親水基團，具有鏈狀、環狀等多種結構。因其活性基團多，分子量高，具有用量少，浮渣產量少，絮凝能力強，絮體容易分離，除油及除懸浮物效果好等特點
1、陽離子型
聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDADMA）。
2、陰離子型
主要有
(1) 聚丙烯酸及其鹽以及聚丙烯醯胺的加堿水解物等聚合物。
(2)丙烯醯胺和苯乙烯磺酸鹽、木質磺酸鹽、丙烯酸、甲基丙烯酸等共聚物。
3、 非離子型
非離子型有機高分子絮凝劑主要是聚丙烯醯胺。它由丙烯醯胺聚合而得。
四、殺菌滅藻劑
微生物污垢在迴圈冷卻系統中是極難避免的。迴圈冷卻系統的溫度是微生物生存與繁殖的理想溫度，水中固有的雜質及人為添加的防垢、防蝕藥劑正提供了微生物所需的營養，巨大的傳熱表面為微生物提供了棲息繁衍的場所。微生物在冷卻水系統中繁殖形成粘泥，使傳熱效率下降，加速金屬腐蝕，影響輸水，粘泥腐敗後產生臭味，使水質變差。
冷卻水系統中微生物生長繁殖的控制方法
1．防止冷卻水系統滲入營養物和懸浮物
營養物進入系統主要通過補充水、大氣和設備洩漏三條途徑。磷系和胺系藥劑的分解也提供部分營養物。對原水進行混凝沉澱和過濾預處理可去除大部分懸浮物和微生物。
2．投加殺菌滅藻劑
在迴圈冷卻水系統中投加殺菌滅藻劑是目前抑制微生物的通行方法。殺菌滅藻劑以各種方式殺傷微生物、如重金屬可穿透細胞壁進入細胞質中，破壞維持生命的蛋白質基團。
一、氧化型：
氯氣；NaClO； ClO2 ；H2O2 ；KMnO4； O3等。
二、非氧化型
(1)氯代酚類：氯代酚吸附在細胞壁上，並滲透到細胞質中，與細胞質作用形成膠體溶液，並使蛋白質沉澱，從而殺死微生物。氯代酚毒性大，對人的眼、鼻等粘膜和皮膚有刺激，對魚類和動物也具有較高毒性。
(2)季胺鹽類：是一種陽離子型表面活性劑，它吸到微生物上，能破壞細胞的半透膜組織，引起細胞內代謝物質和輔酶漏泄，從而殺滅細菌。
(3)有機氮硫類：有機氮硫類藥劑與蛋白質中的半胱氨酸基結合，使酶喪失功能，微生物死亡。
12-13 水處理基礎知識200條(泓昇水處理 0...
