劉玉林，汪心想

(河南省化工研究所有限責(zé)任公司，河南鄭州 450052)

低磷環(huán)保型水處理劑的研究

劉玉林，汪心想

(河南省化工研究所有限責(zé)任公司，河南鄭州 450052)

分別合成了聚天冬氨酸、膦羥基乙酸;然后以聚天冬氨酸、膦羥基乙酸為主體，與聚丙烯酸類阻垢分散劑復(fù)配，開發(fā)出了一種低磷、可部分生物降解的環(huán)保型水處理劑，通過對其阻垢和緩蝕特性的研究，發(fā)現(xiàn)該水處理劑具有優(yōu)良的阻垢緩蝕性能。

聚天冬氨酸;膦羥基乙酸;環(huán)保型水處理劑;低磷;阻垢緩蝕

Abstract:The polyaspartic acid and hydroxyphonoacetic acid are synthesized respectively，then combined with antiscalant and dispersant polyacrylic agents so that a low－phosphorus environment－friendly water treatment agent is produced，which has a property of partial biodegradation.Further study shows that its properties of scale and corrosion inhibition are satisfactory.

Key words:polyaspartic acid;hydroxyphonoacetic acid;environment－friendly water treatment agent;low phosphorus;scale and corrosion inhibition

我們國家對污水磷的排放GB8978－1996已經(jīng)做出限制，污水排放中磷含量應(yīng)小于1.0mg/L，因此，目前低磷或無磷水處理劑的研究開發(fā)已成為國內(nèi)外同行關(guān)注的熱點(diǎn)［1］。聚天冬氨酸(PASP)不含磷，是既能生物降解，又具有螯合和分散功能的一種均聚物，耐高溫，熱穩(wěn)定性好，具有良好的阻垢分散作用;膦羥基乙酸(HPA)屬于低磷系列的有機(jī)膦羧酸型水質(zhì)穩(wěn)定劑(磷含量只有19.8%)，其緩蝕性能比傳統(tǒng)有機(jī)多元磷酸類處理劑高很多。通過研究發(fā)現(xiàn)，單一PASP或HPA等應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水處理，水處理效果不十分理想，而且運(yùn)行成本偏高。所以，我們利用PASP和HPA這些特性，以PASP、HPA為主體，與聚丙烯酸類阻垢分散劑等進(jìn)行復(fù)配，發(fā)揮協(xié)同增效作用，開發(fā)出了一種新型低磷、高效環(huán)保型水處理劑，水處理劑中總磷含量≤5.0mg/L(以 P計(jì))，通過靜態(tài)、旋轉(zhuǎn)掛片和動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，證明該水處理劑具有優(yōu)異的阻垢和緩蝕性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

L－天冬氨酸、聚丙烯酸類共聚物，工業(yè)級;磷酸、亞磷酸二乙酯、乙醛、氫氧化鈉，化學(xué)純。主要試驗(yàn)儀器:電動(dòng)攪拌器，恒溫水浴槽，旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕儀，動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)裝置(自制)等。

1.2 聚天冬氨酸(PASP)合成

取20g工業(yè)級L－天冬氨酸，置于燒杯中，加入4mL 85%磷酸，在230～250℃進(jìn)行熱縮聚，將熱縮聚產(chǎn)物加入到8% ～10%的氫氧化鈉水溶液中，使之水解，控制pH值9～9.5，所得紅棕色液體即為聚天冬氨酸的鹽溶液［2］。

1.3 膦羥基乙酸(HPA)合成

取100g的亞磷酸二乙酯和200g 50%乙醛溶液，在30～50℃下反應(yīng)2～3h，然后再慢慢升溫至98～120℃，反應(yīng)4～5h后，經(jīng)后處理，得到棕色黏稠液即為膦羥基乙酸(HPA)［3］。

1.4 低磷水處理劑PASP復(fù)配物制備

從環(huán)保和阻垢緩蝕效果綜合考慮，取合成好的聚天冬氨酸(PASP)和膦羥基乙酸(HPA)，與聚丙烯酸類阻垢分散劑等按其質(zhì)量比3∶1∶1進(jìn)行復(fù)配，復(fù)配物攪拌均勻后，得到紅棕色黏稠透明液體，該產(chǎn)品總磷含量≤5%(以P計(jì))。對其綜合性能進(jìn)行研究評價(jià)。

2 實(shí)驗(yàn)研究與結(jié)果

2.1 靜態(tài)阻垢性能

實(shí)驗(yàn)方法參照GB/T16632－1996《水處理劑阻垢性能的測定 碳酸鈣沉積法》。用水為配制水:ρ(Ca2+)=250mg/L(以CaCO3計(jì))，ρ(HCO－3)=250mg/L(以CaCO3計(jì))，80℃ 恒溫10h后，濃縮1.5倍，用EDTA絡(luò)合滴定試液中Ca2+濃度，靜態(tài)阻垢率計(jì)算公式:

式中:c0，沒有加水處理劑時(shí)，加熱濃縮后溶液中Ca2+含量;c1，配制水中Ca2+含量;c2，加有水處理劑時(shí)，加熱濃縮后溶液中Ca2+含量。

試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 靜態(tài)阻垢實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表1可以看出，在低濃度下，水處理劑阻垢效果較差，當(dāng)隨著低磷水處理藥劑用量增加，阻垢率越來越大，投加量超過10mg/L以后，阻垢率可以達(dá)到96%以上;當(dāng)藥劑加入量達(dá)到16mg/L后，藥劑加入量再增加，阻垢率(98%以上)變化不大。

2.2 緩蝕性能實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方法參照GB/T18175－2000《水處理劑緩蝕性能測定旋轉(zhuǎn)掛片法》。實(shí)驗(yàn)用水為配制水(與靜態(tài)阻垢實(shí)驗(yàn)用水相同)。實(shí)驗(yàn)水溫45℃，試片材質(zhì)A3碳鋼，轉(zhuǎn)速80r/min，濃縮倍數(shù)1.5，時(shí)間80h，腐蝕率(mm/a)計(jì)算公式［4］:

式中:8.76×104，計(jì)算常數(shù);△W，試片失重，g;A，試片表面積，cm2;t，試驗(yàn)時(shí)間，h;D，試片材質(zhì)密度，g/cm3。

試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 掛片腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可以看出，隨著水處理劑用量的增加，腐蝕率逐漸降低，當(dāng)藥劑投加量達(dá)到8mg/L時(shí)，腐蝕率可以達(dá)到 0.012mm/a，遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn) GB/50050－95(≤0.125mm/a)。

2.3 動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)用水為本地自來水，Ca2+含量為190～510mg/L，堿度180～490mg/L(均以 CaCO3計(jì))，進(jìn)水溫度32℃ ±1℃，進(jìn)出水溫差10℃，循環(huán)水流速1.0m/s，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為360h，水處理劑投加量8～12mg/L，經(jīng)檢測分析，水中總磷含量≤0.6mg/L(以P計(jì))，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由上述動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在水處理劑投加量8～12mg/L，水中總磷含量≤0.6mg/L(以 P計(jì))情況下，該水處理劑具有優(yōu)良的阻垢緩蝕性能，特別是在高濃縮倍數(shù)(3.0)下，阻垢率仍然可以達(dá)到90%以上。腐蝕速率和黏附速率都優(yōu)于中石化動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(腐蝕速率≤0.075mm/a，黏附速率≤15.0mcm［5］)。

3 結(jié)論

①通過靜態(tài)、腐蝕掛片和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)表明，以PASP、HPA為主體，與聚丙烯酸類阻垢分散劑等進(jìn)行復(fù)配，開發(fā)出的低磷環(huán)保型水處理劑具有優(yōu)良的阻垢和緩蝕性能，適應(yīng)于高硬度、高濃縮倍數(shù)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。②該低磷水處理劑，磷含量低，使用量小，總磷控制在≤0.6mg/L(以P計(jì))情況下，其阻垢緩蝕效果優(yōu)于中石化標(biāo)準(zhǔn)要求。污水排放符合國標(biāo)GB8978－1996技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。③PASP、HPA等作為水處理劑的綠色化學(xué)品，建議要不斷改進(jìn)和完善制造工藝，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，以此為基礎(chǔ)，尋求開發(fā)更多符合環(huán)保要求的新型高效水處理劑。

［1］ 雷 玲，俞 斌.低磷高效水處理劑研究進(jìn)展［J］.化工時(shí)刊，2004，18(12):22－24.

［2］ 熊蓉春，董雪玲，魏 剛..綠色生物高分子聚天冬氨酸的合成及其阻垢性能研究［J］.工業(yè)水處理，2001，21(1):17－20.

［3］ 歐洲專利，EP050792.

［4］ 栗田工業(yè)水處理藥劑手冊編委會(huì)、水處理藥劑手冊［M］.北京:中國石化出版社，1988.

［5］ 中國石油化工總公司.冷卻水分析和試驗(yàn)方法［S］.1990.

Research of Low－Phosphorus Environment－Friendly Water Treatment Agent

LIU Yu－lin，WANG Xin－xiang
(Henan Chemical Industry Research Institute Co.Ltd，Zhengzhou 450052，China)

X703.5

A

1003－3467(2011)01－0042－02

2010－09－19

劉玉林(1963－)，男，高級工程師，從事水處理藥劑的研究、開發(fā)工作，電話:13608685082。