爱华网节水环保水处理技术的应用与展望
载《化肥工业》2005年第一期）
翟智高
中国科协工程学会联合会工业节水专业委员会
摘要：对LHE聚合物的防垢、除垢、缓蚀、抑菌藻、净化水质、循环使用的机理进行了简要的阐述，介绍了该产品的显著效果，并展望了该项节水环保水处理技术的发展前景。
关键词：水处理 LHE聚合物 应用 节水环保展望
LHE聚合羟基羧酸盐是我国独立开发研制成功的非磷非金属无公害水处理用聚合物（以下简称LHE聚合物），主要用于各类工业循环冷却水、低压锅炉、热水采暖锅炉、中央空调水处理，具有防止结垢、防止设备腐蚀、运行中无需停产清除各种性质复杂的老垢、抑制菌藻滋生、净化循环水质、全闭路不排放等特点。该项成果由北京龙源伟业科技发展有限公司重点推广。
该产品分别在全国各地不同类型水质的低压蒸汽锅炉、热水采暖锅炉、化肥、化工、冶金、发电、中央空调、污水治理回用等行业的水处理中进行了实用考察，经连续10多年的开发应用研究，不仅取得了突出的节水、节能、保护环境、降低消耗等效果，而且形成了系列化专用品，积累了宝贵的科学数据和实践应用经验，为大规模推广应用打下了坚实的基础。
1 优异的化学物理性能
LHE聚合物含有羧基、羟基、醌基、甲氧基等多种活性基团，化学结构复杂。多种活性基团在芳核和键桥上随机分布，有一部分彼此相邻构成的络合位，金属离子等可通过共价键或配位键连接在功能团或芳核上。这种多价非均质缩聚物分子间可以通过氢键、金属离子桥、电荷转移、络合、偶合而缔合成一般高分子所没有的超分子结构，具有优异的络合、螯合、吸附、离子交换、电子交换和缓冲能力。在水处理应用中，LHE聚合物具有如下重要特点：
（1）防垢彻底
水体中含有数量不同的钙、镁、硅等可溶性离子及多种酸根离子和微量金属离子，锅炉和循环水换热面因这些离子的存在而产生水垢或腐蚀。LHE聚合物具有捕获这些离子的特性，以水中主要结垢成份的 Ca（HCO3）2 和 Mg（HCO3）2 为例，
LHE聚合物与之可发生络合固定反应，使之不能在换热面上结垢。
这种反应具有随意性和不均匀性，生成物为不溶性微细絮状颗粒，微细絮状物带有相同的电荷，相互排斥，没有定型的分子结构，杂乱而畸形多变，在流动中能吸附水中的多种杂质离子和悬浮微粒。流动性好，无法在换热面上形成有序排列的碳酸钙等硬垢结晶，不易在循环水流速较高的管道或换热器中沉积，而在有较大的斜管沉淀池或旁流沉清系统中靠重力作用而沉积，在闭路运行情况下使水质自行净化，澄清溢流水可重复利用。10多年的大量实例表明，节水效率达到90%以上，防垢效率可达98%以上。
（2）缓蚀效果好
LHE聚合物在应用中表现出的良好缓蚀性能得益于聚合物会在换热设备表面形成有机保护膜。在聚合羟基羧酸盐结构中，一般是羧基邻位于羟基或羧基邻位于另一个羧基，呈一种不均一、多分散性结构，有多个络合、螯合位。会在设备金属表面形成聚合物保护膜，这种膜具有电中性和绝缘性，能使阴极和阳极都得到钝化，还能阻隔空气或水中的氧、二氧化碳、酸根离子和多种腐蚀性物质的侵害腐蚀 。
聚合物又与水中硅酸根离子反应生成更为复杂的有机硅类和其它复杂成份的化合物，使设备表面形成稳定的缓蚀保护膜。同时，含聚合物的保护膜与水中含聚合物的垢物微粒都带有相同的电荷，相互排斥作用和管道内的高速水流，阻止了泥垢微粒在设备管道内沉积。
（3）除垢效应特殊
在正常生产运行中，不用停产，原有设备上的老垢，不论碳酸盐还是硅酸盐、硫酸盐垢，在LHE聚合物作用下均会逐渐酥松细碎变成泥垢，随水流进入沉淀池或旁流沉清系统。这种除垢方式可使老垢在正常生产运行中悄然除去，免去了化学清洗和更换管线的巨额费用，也没有清洗污水、废水排放，虽时间较长，但无须停产，为企业带来了良好的经济效益。
（4）与众不同的防菌藻效果
10多年来，所有使用LHE聚合物的水处理系统均没有使用任何杀菌灭藻剂，仍保持系统在较清洁情况下运行。研究表明，LHE聚合物使循环水中几乎所有多价金属离子均被络合，并逐渐转化为不溶性沉淀物，菌藻失去了赖以生存的可溶性微量营养元素。在循环水闭路循环浓缩过程中，聚合物络合物浓度增加超出了菌藻微生物的耐受能力，微生物的酶系统及结构细胞发育受到干扰，在微量元素和营养物质严重失调情况下，蛋白质及核酸的合成不能正常进行。聚合物与钙、镁离子形成的絮状物，也会使菌藻微生物原生幼体被不断包裹而清除。
2 、 显著的环保节水效益
由于使用LHE聚合物浓缩倍数高，又能实现全闭路不排放运行，水可自行净化、重复使用，因而节水环保效益极为显著。以化肥厂含氨、氮、硫化物、氰化物、酚类废水为例，使用LHE聚合物的化肥厂的吨氨水耗已由原150 t下降至30 t甚至15 t以下。
LHE聚合物净化水的功能是由于聚合物与钙、镁反应生成的络合物可以
与 水中的氨、磷酸盐等形成交联产物。
这种交联产物使氨成为不易挥发的含氮污泥，对水体中多种复杂有害物具有吸附、净化、交换、转化功能。硫化物与聚合物功能团结合成为巯基化合物，促进了对氰化物的无毒化降解转化，最终转化为硫酸盐、碳酸盐和含杂环氮的活性污泥，用于农田具有使板结土壤疏松透气、促进植物根系生长的作用，进入环境水域还具有净化重金属离子和有害杂质的作用。
目前我国水处理药剂的主导产品是有机膦酸盐、聚磷酸盐药剂或含磷复合配方，系从国外引进的水处理技术，在阻垢、缓蚀方面发挥了重要作用。但该技术是以大量耗水和牺牲环境为代价的，高浓缩含磷废水不断向环境排放，所有磷系药剂最终均进入环境水域，使江河湖海加剧了富营养化程度。同时，使用磷系药剂无法利用含氨、氮、硫化物、氰化物、酚类废水作循环水的补充水，这些有害废水排入环境，使化肥企业背上了污染大户的恶名。
LHE聚合物是非磷非金属水处理剂，不会向环境排放含磷废水。又能将化肥厂含氨氮、硫化物、氰化物、酚类废水回用于循环水，化害为利，变废为宝，节水节能，保护环境。我国许多化肥企业已连续多年成功应用LHE聚合物新技术，实现循环水全闭路不排放运行，取得了显著的经济、节水、环保效益。
3 推广前景广阔
LHE聚合物在化肥行业成功推广应用后，为其在其它行业的应用起到了很好的示范作用，尤以化肥、发电、石油化工、冶金行业、中央空调和锅炉等耗水大户推广价值最大。
采用磷系配方时水的浓缩倍数在2左右，排污水严重污染环境，凝汽器管、换热面结垢严重，需酸洗除垢，不仅增加了运行费用，而且影响设备长周期安全运行，酸洗废液又加重了对环境的污染。
目前我国化学清洗业蓬勃兴起，说明防垢方面存在严重问题。推广LHE聚合物防垢，不仅可节省酸洗费用，还会因循环水闭路运行而大量减少废水的排放。
我国推广无公害节水环保LHE聚合物水处理新技术，符合21世纪节水、节能、环保和生态发展的需要，将会为企业和社会带来更大的经济效益、社会效益和环保效益。
