李　巍，竇澤權(quán)

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

?

無(wú)磷緩蝕阻垢劑的應(yīng)用研究

李巍1，竇澤權(quán)2

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

針對(duì)神華煤化工某循環(huán)水系統(tǒng)的特點(diǎn)，模擬現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行水質(zhì)，通過(guò)靜態(tài)阻垢分散實(shí)驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕實(shí)驗(yàn)、動(dòng)態(tài)阻垢緩蝕實(shí)驗(yàn)開(kāi)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(wú)磷水處理藥劑。與傳統(tǒng)含磷藥劑和無(wú)磷藥劑實(shí)驗(yàn)比較，新型無(wú)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(chǎng)應(yīng)用，取得良好的處理效果。

無(wú)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(wàn)t/h，由于采取工業(yè)園區(qū)零排放循環(huán)用水方式運(yùn)行，其循環(huán)水中氯離子近500mg/L，電導(dǎo)率5 000μS/cm，鈣離子250～350mg/L，具有水體腐蝕性強(qiáng)，水質(zhì)變化較大的特點(diǎn)。原采用磷系處理藥劑，總磷控制在4～6 mg/L，排水中的磷對(duì)后續(xù)循環(huán)處理帶來(lái)壓力，同時(shí)對(duì)微泄露的循環(huán)水系統(tǒng)易引起爆發(fā)性的菌藻滋生，進(jìn)而影響循環(huán)水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

筆者針對(duì)該系統(tǒng)循環(huán)水質(zhì)特點(diǎn)，進(jìn)行了無(wú)磷緩蝕阻垢水處理藥劑的研究，開(kāi)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(fù)配組成無(wú)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(shí)驗(yàn)部分

模擬現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)，通過(guò)靜態(tài)阻垢、靜態(tài)腐蝕以及動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，研發(fā)出最佳的無(wú)磷緩蝕阻垢藥劑。

1.1主要儀器和藥劑

儀器：pH-3C型pH計(jì)，上海雷磁公司；KZC-Ⅱ型阻垢性能測(cè)試儀，摩天公司；752N型紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)，上海精科公司；RCC-Ⅲ型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕實(shí)驗(yàn)儀；QYDM型動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置，高郵市秦郵儀器公司；DDS-ⅡA型電導(dǎo)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(lái)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(lái)酸酐（HPMA），磺酸基團(tuán)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?；3DT系列2#，納爾科環(huán)保技術(shù)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(shí)驗(yàn)方法

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

緩蝕實(shí)驗(yàn)：采用煤化工企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)水質(zhì)，考察無(wú)磷配方藥劑的緩蝕效果，并與含磷緩蝕藥劑性能對(duì)比。實(shí)驗(yàn)依據(jù)《水處理劑緩蝕性能測(cè)定旋轉(zhuǎn)掛片法》（GB/T 18175—2000）進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)分析腐蝕實(shí)驗(yàn)前后Zn2+濃度，考察藥劑的穩(wěn)定Zn2+性能和配合濃度。

動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)：根據(jù)《冷卻水動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)方法》模擬現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)〔3〕。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1阻垢性能對(duì)比

將PESA+TM-7010復(fù)合配方藥劑與傳統(tǒng)配方藥劑進(jìn)行靜態(tài)阻垢實(shí)驗(yàn)對(duì)比，試驗(yàn)水質(zhì)模擬煤化工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的水質(zhì)情況：Ca2+350mg/L，電導(dǎo)率5 000 μS/cm，總堿度300mg/L，Cl-500mg/L，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　靜態(tài)阻垢實(shí)驗(yàn)結(jié)果

含磷藥劑控制總磷在4～10mg/L。

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

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

2.2新型無(wú)磷處理劑的緩蝕處理效果

控制實(shí)驗(yàn)水質(zhì)：電導(dǎo)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(zhì)量濃度下對(duì)碳鋼的腐蝕速率分別為0.113、0.088、0.032、0.031、0.028 mm/a，對(duì)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(zhì)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(zhì)量濃度為40mg/L時(shí)，碳鋼緩蝕效果已符合《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50050—2007）中對(duì)碳鋼腐蝕速率＜0.075mm/a，不銹鋼＜0.005 mm/a的規(guī)定，達(dá)到良好的緩蝕處理水平。

同時(shí)對(duì)比了PESA+TM-7010與傳統(tǒng)含磷藥劑配方的緩蝕結(jié)果，控制實(shí)驗(yàn)水質(zhì)：電導(dǎo)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(zhì)量濃度50mg/L，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕對(duì)比實(shí)驗(yàn)mm/a

由表2可以看出，PESA+TM-7010對(duì)碳鋼的緩蝕效果優(yōu)于傳統(tǒng)含磷藥劑，與納爾科3DT無(wú)磷藥劑水平持平，所有藥劑對(duì)不銹鋼與黃銅的緩蝕效果在試驗(yàn)中都合格。在PESA+TM-7010投加質(zhì)量濃度40mg/L，pH 7.8～8.2條件下，實(shí)驗(yàn)還考察了48 h內(nèi)Zn2+的實(shí)驗(yàn)殘存含量，結(jié)果表明，在該水質(zhì)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(dá)到優(yōu)良的緩蝕處理效果。

2.3動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，按現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)水狀況控制模擬循環(huán)水水質(zhì)：pH 7.8～8.3、電導(dǎo)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(jì)）＜1100mg/L，總鐵＜1mg/L，Zn2+0.5～1.5mg/L，Cl-＜600mg/L。結(jié)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。可以看出，PESA+TM-7010為主的新型復(fù)配藥劑緩蝕、阻垢效果達(dá)到循環(huán)水處理要求，并處于優(yōu)秀水平〔3〕。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)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(zhì)及掛片腐蝕率結(jié)果表明，腐蝕速率合格率達(dá)到100%，其中對(duì)碳鋼取得了良好的緩蝕效果，并解決了在較高氯離子質(zhì)量濃度（Cl-500mg/L）下，原采用磷系藥劑的不銹鋼腐蝕速率超標(biāo)問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)換熱器黏附速率監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，現(xiàn)場(chǎng)阻垢處理效果良好，換熱設(shè)備檢修期目測(cè)，換熱管無(wú)結(jié)垢現(xiàn)象。

在投加PESA+TM-7010無(wú)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(shuō)明采用無(wú)磷配方藥劑，降低了水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量，相對(duì)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(jié)論

通過(guò)靜態(tài)阻垢、緩蝕分散實(shí)驗(yàn)以及動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，篩選出以新型緩蝕藥劑TM-7010和PESA為主的新型無(wú)磷水處理藥劑，該藥劑具有良好阻垢、緩蝕處理效果，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用，可滿足煤化工循環(huán)水系統(tǒng)處理要求，達(dá)到無(wú)磷安全運(yùn)行目的。

［1］張建枚，潘亞男.無(wú)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(wú)磷循環(huán)冷卻水處理藥劑的研究開(kāi)發(fā)［J］.工業(yè)水處理，2011，31（8）：72-73.

［3］鄭書(shū)忠，朱傳俊，魏靜，等.工業(yè)水處理水質(zhì)分析及藥劑質(zhì)量性能

評(píng)價(jià)實(shí)用手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)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(quán)，電話：13011350527，E-mail：13011350527@163.com。

2016-05-06（修改稿）