無磷緩蝕阻垢劑的應用研究

李　巍，竇澤權

（1.天津市南開中學，天津300100，2.天津科維津宏環(huán)?？萍加邢薰荆旖?00401）

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無磷緩蝕阻垢劑的應用研究

李巍1，竇澤權2

（1.天津市南開中學，天津300100，2.天津科維津宏環(huán)?？萍加邢薰?，天津300401）

針對神華煤化工某循環(huán)水系統(tǒng)的特點，模擬現(xiàn)場運行水質，通過靜態(tài)阻垢分散實驗、旋轉掛片腐蝕實驗、動態(tài)阻垢緩蝕實驗開發(fā)出采用新型羧酸類共聚物接枝天然高分子化合物和聚環(huán)氧琥珀酸為主要成分的無磷水處理藥劑。與傳統(tǒng)含磷藥劑和無磷藥劑實驗比較，新型無磷水處理藥劑緩蝕、阻垢處理性能均優(yōu)于傳統(tǒng)含磷配方藥劑，在煤化工循環(huán)水系統(tǒng)現(xiàn)場應用，取得良好的處理效果。

無磷；阻垢；緩蝕；煤化工

神華煤化工某循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)量1.2萬t/h，由于采取工業(yè)園區(qū)零排放循環(huán)用水方式運行，其循環(huán)水中氯離子近500mg/L，電導率5 000μS/cm，鈣離子250～350mg/L，具有水體腐蝕性強，水質變化較大的特點。原采用磷系處理藥劑，總磷控制在4～6 mg/L，排水中的磷對后續(xù)循環(huán)處理帶來壓力，同時對微泄露的循環(huán)水系統(tǒng)易引起爆發(fā)性的菌藻滋生，進而影響循環(huán)水系統(tǒng)的正常運行。

筆者針對該系統(tǒng)循環(huán)水質特點，進行了無磷緩蝕阻垢水處理藥劑的研究，開發(fā)出新型不含磷的羧酸類共聚物接枝天然高分子化合物TM-7010，并將其與聚環(huán)氧琥珀酸（PESA）復配組成無磷水處理藥劑使用，該藥劑具有良好的緩蝕及阻垢效果。

1　實驗部分

模擬現(xiàn)場水質，通過靜態(tài)阻垢、靜態(tài)腐蝕以及動態(tài)模擬實驗，研發(fā)出最佳的無磷緩蝕阻垢藥劑。

1.1主要儀器和藥劑

儀器：pH-3C型pH計，上海雷磁公司；KZC-Ⅱ型阻垢性能測試儀，摩天公司；752N型紫外可見光分光光度計，上海精科公司；RCC-Ⅲ型旋轉掛片腐蝕實驗儀；QYDM型動態(tài)模擬實驗裝置，高郵市秦郵儀器公司；DDS-ⅡA型電導儀，上海雷磁公司。

藥劑：羥基亞乙基二膦酸（HEDP），2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸（PBTC），TM-7010（馬來酸酐、丙烯酸和緩蝕單體為主體的多元共聚物），聚環(huán)氧琥珀酸（PESA），聚丙烯酸（PAA），水解聚馬來酸酐（HPMA），磺酸基團丙烯酸，酯類三元共聚物，AA/ AMPS共聚物，天津科維津宏環(huán)?？萍加邢薰荆?DT系列2#，納爾科環(huán)保技術公司；六偏磷酸鈉，氯化鋅，氯化鈣，碳酸氫鈉，市售，均為分析純。

1.2實驗方法

阻垢實驗：目前常用的無磷阻垢劑主要使用聚合物〔1-2〕，包括PESA、PAA、HPMA等。對含磷藥劑與新配制的無磷水處理劑進行靜態(tài)阻垢實驗，考察在不同使用濃度下的藥劑阻垢性能。測定阻垢性能依據(jù)《水處理阻垢性能的測定碳酸鈣沉積法》（GB/ T 16632—2008）。

緩蝕實驗：采用煤化工企業(yè)現(xiàn)場循環(huán)水質，考察無磷配方藥劑的緩蝕效果，并與含磷緩蝕藥劑性能對比。實驗依據(jù)《水處理劑緩蝕性能測定旋轉掛片法》（GB/T 18175—2000）進行測定，通過分析腐蝕實驗前后Zn2+濃度，考察藥劑的穩(wěn)定Zn2+性能和配合濃度。

動態(tài)實驗：根據(jù)《冷卻水動態(tài)模擬實驗方法》模擬現(xiàn)場循環(huán)水系統(tǒng)進行動態(tài)模擬實驗〔3〕。

2　實驗結果與討論

2.1阻垢性能對比

將PESA+TM-7010復合配方藥劑與傳統(tǒng)配方藥劑進行靜態(tài)阻垢實驗對比，試驗水質模擬煤化工現(xiàn)場運行的水質情況：Ca2+350mg/L，電導率5 000 μS/cm，總堿度300mg/L，Cl-500mg/L，結果見表1。

表1　靜態(tài)阻垢實驗結果

含磷藥劑控制總磷在4～10mg/L。

從表1可以看出，對比含PESA無磷藥劑和傳統(tǒng)含磷藥劑，PESA+TM-7010無磷配方藥劑在阻垢性能上與含PBTC的含磷藥劑相當，好于以HEDP為阻垢劑的含磷藥劑，好于PESA與常見分散劑配合AA/AMPS的無磷藥劑，PESA與TM-7010協(xié)同阻垢效能更佳。

同時從投加濃度增加后處理效果看，在PESA+ TM-7010藥劑質量濃度達到40mg/L以上后，阻垢效果趨于平緩，并已達到較好的靜態(tài)阻垢水平。

2.2新型無磷處理劑的緩蝕處理效果

控制實驗水質：電導率5 000μS/cm，氯離子500 mg/L，堿度250mg/L，鈣離子250mg/L，Zn2+2.0mg/L。在此條件下，PESA+TM-7010在20、30、40、50、60 mg/L投加質量濃度下對碳鋼的腐蝕速率分別為0.113、0.088、0.032、0.031、0.028 mm/a，對不銹鋼的腐蝕速率分別為0.001、0.001、0、0、0mm/a。

可以看出，在該水質下配合2.0mg/LZn2+，PESA+ TM-7010的緩蝕效果隨投加濃度的增加而提高，在藥劑投加質量濃度為40mg/L時，碳鋼緩蝕效果已符合《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》（GB 50050—2007）中對碳鋼腐蝕速率＜0.075mm/a，不銹鋼＜0.005 mm/a的規(guī)定，達到良好的緩蝕處理水平。

同時對比了PESA+TM-7010與傳統(tǒng)含磷藥劑配方的緩蝕結果，控制實驗水質：電導率5 000μS/cm，氯離子500mg/L，堿度250mg/L，鈣離子250mg/L，Zn2+2.0mg/L，藥劑投加質量濃度50mg/L，結果見表2。

表2　旋轉掛片腐蝕對比實驗mm/a

由表2可以看出，PESA+TM-7010對碳鋼的緩蝕效果優(yōu)于傳統(tǒng)含磷藥劑，與納爾科3DT無磷藥劑水平持平，所有藥劑對不銹鋼與黃銅的緩蝕效果在試驗中都合格。在PESA+TM-7010投加質量濃度40mg/L，pH 7.8～8.2條件下，實驗還考察了48 h內Zn2+的實驗殘存含量，結果表明，在該水質環(huán)境下，投加1.5～2.0mg/L Zn2+即可滿足緩蝕處理效果，投加2.0mg/LZn2+可達到優(yōu)良的緩蝕處理效果。

2.3動態(tài)模擬實驗結果

動態(tài)模擬實驗時，按現(xiàn)場循環(huán)水狀況控制模擬循環(huán)水水質：pH 7.8～8.3、電導率＜5 000μS/cm，鈣離子＜350mg/L，總堿度＜250mg/L，鈣硬度+總堿度（以碳酸鈣計）＜1100mg/L，總鐵＜1mg/L，Zn2+0.5～1.5mg/L，Cl-＜600mg/L。結果顯示，換熱管腐蝕速率0.024mm/a、換熱管黏附速率5.41 mcm、碳鋼腐蝕速率0.034 mm/a、黃銅腐蝕速率0.001mm/a、不銹鋼腐蝕速率0?？梢钥闯?，PESA+TM-7010為主的新型復配藥劑緩蝕、阻垢效果達到循環(huán)水處理要求，并處于優(yōu)秀水平〔3〕。

3　現(xiàn)場應用效果

2015年該藥劑配方在煤化工循環(huán)水系統(tǒng)使用1 a，全年水質及掛片腐蝕率結果表明，腐蝕速率合格率達到100%，其中對碳鋼取得了良好的緩蝕效果，并解決了在較高氯離子質量濃度（Cl-500mg/L）下，原采用磷系藥劑的不銹鋼腐蝕速率超標問題?，F(xiàn)場監(jiān)測換熱器黏附速率監(jiān)測結果表明，現(xiàn)場阻垢處理效果良好，換熱設備檢修期目測，換熱管無結垢現(xiàn)象。

在投加PESA+TM-7010無磷藥劑后，與以前采用含磷藥劑比較，循環(huán)水系統(tǒng)中的生物黏泥量下降，說明采用無磷配方藥劑，降低了水中營養(yǎng)物質的含量，相對降低循環(huán)水中生物繁殖速度，為系統(tǒng)殺菌處理提供了更好的處理環(huán)境。

4　結論

通過靜態(tài)阻垢、緩蝕分散實驗以及動態(tài)模擬實驗，篩選出以新型緩蝕藥劑TM-7010和PESA為主的新型無磷水處理藥劑，該藥劑具有良好阻垢、緩蝕處理效果，經過現(xiàn)場使用，可滿足煤化工循環(huán)水系統(tǒng)處理要求，達到無磷安全運行目的。

［1］張建枚，潘亞男.無磷水處理配方中阻垢分散劑的選擇［J］.工業(yè)水處理，2015，35（2）：68-70.

［2］陶武榮，陳博武，季淑浥，等.無磷循環(huán)冷卻水處理藥劑的研究開發(fā)［J］.工業(yè)水處理，2011，31（8）：72-73.

［3］鄭書忠，朱傳俊，魏靜，等.工業(yè)水處理水質分析及藥劑質量性能

評價實用手冊［M］.北京：中國標準出版社，2015：300-394.

Re?search on the app lication ofnon-phosphorus corrosion and scale inhibitors

LiWei1，Dou Zequan2
（1.Tianjin NankaiHigh School，Tianjin 300100，China；2.Tianjin Keweijinhong Environmental Protection Science and Technology Co.，Ltd.，Tianjin 300402，China）

Aimingat the characteristicsofa circulatingwater in Shenhua coal chemical industry，thewaterquality in the running spot field issimulated.Through static scale inhibition&dispersion test，rotary coupon corrosion testand dynamic scales inhibitor&dispersant test，a kind of non-phosphorus water treatment agent has been developed，using a new type of carboxylic acid copolymer grafted on to natural high molecular compounds and PESA asmain components.Compared with traditional phosphorus-containing agents and non-phosphorus agents，the results show that its corrosion inhibition and scale inhibition capacities are both better than that of traditional phosphoruscontaining formulated agents.Good treatmenteffects are obtained according to its application to circulatingwater in coal chemical industry spot fields.

non-phosphorus；scale inhibition；corrosion inhibition；coal chemical industry

TQ085+.412

A

1005-829X（2016）07-0068-03

李?。?998—），電話：13821155012，E-mail：jhhgch@ 163.com。通訊作者：竇澤權，電話：13011350527，E-mail：13011350527@163.com。

2016-05-06（修改稿）