循環(huán)水用無磷緩蝕阻垢劑的研究與應用

孫曉丹，陳愛芹，徐 飛

（威海翔宇環(huán)?？萍加邢薰?，山東 威海 264200）

循環(huán)水用無磷緩蝕阻垢劑的研究與應用

孫曉丹，陳愛芹，徐 飛

（威海翔宇環(huán)保科技有限公司，山東 威海 264200）

針對敞開式循環(huán)水的腐蝕和結垢問題，研制了無磷緩蝕阻垢劑 AE4135，實驗結果顯示：AE4135對抑制碳酸鈣垢和硫酸鈣垢具有良好的效果，對碳鋼和銅材質(zhì)具有優(yōu)秀的緩蝕作用。并在山東某電廠應用一年，證明 AE4135 對敞開式循環(huán)水系統(tǒng)具有良好的阻垢和緩蝕效果，同時解決了循環(huán)水排污水磷超標的問題，具有明顯的環(huán)境效益。

無磷；阻垢劑；緩蝕劑；性能；應用

隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，水資源短缺和水質(zhì)污染愈演愈烈，已構成嚴重的社會危機[1]。冷卻水占工業(yè)用水的 80%以上，提高濃縮倍數(shù)是冷卻水系統(tǒng)節(jié)約用水的最直接和最有效的措施之一。隨著冷卻水在使用時的不斷循環(huán)和濃縮，水中的礦物質(zhì)含量也會不斷增加，從而引起設備管道結垢、腐蝕[2]。為了減少設備結垢腐蝕，提高設備利用率，節(jié)約能源、水源，確保生產(chǎn)的正常運行，需要在循環(huán)冷卻水中添加各種水質(zhì)穩(wěn)定劑[2]。

近年來含膦有機緩蝕阻垢劑已成為工業(yè)水處理中應用最為廣泛的一類水質(zhì)穩(wěn)定劑，這是因為它們的化學穩(wěn)定性好,一定條件下和其它水處理劑復合使用,能表現(xiàn)出理想的協(xié)同效應,兼具緩蝕阻垢作用的結果[1]。但是磷的排放易引起水體富營養(yǎng)化，暴發(fā)大面積“赤潮”等水質(zhì)事件，嚴重影響生態(tài)環(huán)境。近年在歐美等一些國家已經(jīng)提出了禁磷措施，我國污水綜合排放標準中一級排放標準要求磷酸鹽（以P 計）≤0.5 mg/L[3]。因此，從可持續(xù)發(fā)展和保護環(huán)境的角度，開發(fā)和應用高效環(huán)保無磷水處理劑是水處理行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

筆者選用威海翔宇環(huán)?？萍加邢薰咀灾餮邪l(fā)的一種多元共聚物為主劑，通過大量的試驗，開發(fā)出一種適用于敞開式循環(huán)系統(tǒng)的緩蝕阻垢劑配方AE4135。該緩蝕阻垢劑的使用，可以有效地解決 目前敞開式循環(huán)水系統(tǒng)中現(xiàn)有的含磷配方帶來的排放問題，以及采用國外無磷緩蝕阻垢劑給企業(yè)帶來的高成本的經(jīng)費問題。

1 無磷緩蝕阻垢劑

無磷緩蝕阻垢劑 AE4135 由多元共聚物、碳鋼緩蝕劑及銅緩蝕劑組成，對水中的碳酸鈣、硫酸鈣均有良好的螯合分散作用，對碳鋼、銅具有優(yōu)秀的緩蝕效果。

2 實驗部分

2.1 主要藥品

無磷緩蝕阻垢劑 AE4135，威海翔宇環(huán)?？萍加邢薰荆籄EC－3175（市售），美國通用電氣公司；MS6207（市售），美國通用電氣公司,PY5204（市售），美國通用電氣公司。

2.2 試驗儀器

酸度計：PE20 型，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。電導率儀：DDSJ-308A，上海儀電科學儀器有限公司。恒溫水浴鍋爐：ZK-1，江蘇省高郵市新郵儀器廠。旋轉(zhuǎn)掛片試驗儀：RCC-Ⅲ，江蘇省高郵市新郵儀器廠。智能動態(tài)模擬試驗裝置：

WKMZ，江蘇省高郵市新郵儀器廠。

2.3 靜態(tài)阻垢性能試驗

碳酸鈣靜態(tài)阻垢性能試驗：碳酸鈣阻垢性能測試參照 GB/T16632－2008《水處理劑阻垢性能的測定—碳酸鈣沉積法》[4]。將含有阻垢劑的實驗用水和未加阻垢劑的實驗用水，在 80 ℃恒溫水浴中放置 10 h 后，用 EDTA 法分析測定過濾液中鈣離子的含量，以評定阻垢劑的阻垢性能。通過投加一系列濃度的 AE4135、AEC3175，來考察相同濃度下兩種藥劑的碳酸鈣阻垢效果。

根據(jù)圖1可知，隨著藥劑添加量的提高，阻垢率不斷提高，AE4135 的靜態(tài)碳酸鈣阻垢性能優(yōu)于國外進口 AEC3175，尤其當加藥量 30～60 mg/L 時，AE4135 的靜態(tài)碳酸鈣阻垢性能明顯優(yōu)于國外進口AEC3175。

圖 1 靜態(tài)碳酸鈣阻垢試驗Fig.1 Result of static CaCO3scale inhibition test

硫酸鈣靜態(tài)阻垢性能試驗：硫酸鈣阻垢性能試驗方法參考 Q/SY 126-2007《油田水處理用緩蝕阻垢劑技術要求》[5]。實驗用水要求鈣離子為 5 000 mg/L(以 CaCO3計)，SO42-為 4 800 mg/L。將含有阻垢劑的實驗用水和未加阻垢劑的實驗用水，在 80 ℃恒溫水浴中放置 10 h 后，用 EDTA 法分析測定過濾液中鈣離子的含量，以評定阻垢劑的阻垢性能。通過投加一系列濃度的 AE4135、AEC3175，來考察相同濃度下兩種藥劑的硫酸鈣阻垢效果。

由圖 2 可知，隨著加藥量的增加，AEC3175 和AE4135 的硫酸鈣阻垢率不斷上升。當加藥量為40 mg/L 時，AE4135 的硫酸阻垢率高于 90%，AE4135硫酸鈣阻垢效果明顯優(yōu)于 AEC3175。這說明 AE4135對抑制結構致密，難以清除的硫酸鈣垢具有良好的效果[6]。

圖 2 靜態(tài)硫酸鈣阻垢試驗Fig.2 Results of CaSO4scale inhibition test

2.4 緩蝕性能試驗

參照 GB/T18175-2000[7]，進行 AE4135 碳鋼、銅掛片腐蝕試驗。

試驗條件：溫度(45±1.0)℃；轉(zhuǎn)速 80 r/min；試片材質(zhì) A3 碳鋼、HSn70 銅（均未經(jīng)過預膜處理）；試驗時間 72 h；試驗用水為按國標配水。

AE4135的緩蝕試驗結果：AE4135加藥量為40、60、80 和 100 mg/L 時，對碳鋼的腐蝕速率分別為0.063 38、0.048 30、0.031 83 和 0.023 53 mm/a，符合標準 GB50050-2007 的要求（碳鋼＜0.075 mm/a）[7]；對銅的腐蝕速率分別為 0.00201、0.00176、0.00126和 0.000 75 mm/a，符合標準 GB50050-2007 的要求（銅＜0.005 mm/a）。按國標配水在腐蝕條件比較苛刻的情況下，AE4135 對碳鋼和銅材質(zhì)具有優(yōu)秀的緩蝕效果（表 1）。

表 1 AE4135 緩蝕試驗結果Table 1 Corrosion results of AE4135

2.5 中試動態(tài)模擬試驗

中試性能評價是水處理藥劑現(xiàn)場應用的前提及基礎，主要分為常規(guī)動態(tài)模擬試驗和極限邊界試驗。本文采用常規(guī)動態(tài)模擬試驗，在濃縮倍數(shù) 4. 0～5. 0的條件下，對比 AE4135 和 AEC3175(不含碳鋼緩蝕劑,與 16 mg/L 的 MS6207 一起添加、15 mg/L 的PY5204)的藥劑性能。在考察過程中，緩蝕阻垢劑的添加劑量皆為 20 mg/L（按補水量添加）。補充水水質(zhì)分析見表2。

表 2 補充水水質(zhì)分析Table 2 Detection results of makeup water

由動態(tài)試驗結果的表3可以看出，在濃縮倍數(shù)4. 0～5. 0 的范圍內(nèi)，緩蝕阻垢劑 AE4135 及進口藥劑對于控制腐蝕率、粘附速率都是有效的。但AE4135 表現(xiàn)更為優(yōu)異的性能，同時 AE4135 含有碳鋼和銅的緩蝕劑，較 AEC3175 使用上更為方便。

表 3 動態(tài)試驗結果Table 3 Results of dynamic test

3 現(xiàn)場應用

由于 AE4135 具有良好的緩蝕阻垢效果。因此，在山東某電廠進行了現(xiàn)場應用，該廠濃縮4倍時，循環(huán)水水質(zhì)結果見表 4。加藥量 20 mg/L（按系統(tǒng)補水量添加）。

表 4 循環(huán)水水質(zhì)分析Table 4 Detection results of circulation water

現(xiàn)場應用一年，電廠運行情況良好。對循環(huán)水池懸掛的掛片監(jiān)測，碳鋼的腐蝕率均低于 0.050 mm/a，黃銅均低于 0.0025 mm/a，符合 GB50050-2007的要求。檢修時發(fā)現(xiàn)循環(huán)水管道及凝汽器狀良好，無結垢現(xiàn)象。

4 結 論

（1）AE4135 對抑制碳酸鈣垢具有良好的效果。按照 GB/T 16632-2008 標準進行評價，隨著加藥量的增加，AE4135 的阻垢率不斷提高。在加藥量為50 mg/L 時，AE4135 的阻垢率大于 90%；與 AEC3175相比，在同一加藥濃度下 AE4135 的靜態(tài)阻垢率均高于 AEC3175。

（2）AE4135 對抑制硫酸鈣垢具有良好的效果。按照實驗條件操作，隨著加藥量的增加，AE4135的阻垢率不斷提高。在加藥量為 40 mg/L 時，AE4135的阻垢率大于 90%；與 AEC3175 相比，在同一加藥濃度下 AE4135 的靜態(tài)阻垢率均高于 AEC3175，尤其在低的加藥濃度下硫酸鈣阻垢性能明顯示優(yōu)于AEC3175。

（3）通過對 AE4135 的緩蝕性能試驗，說明AE4135對碳鋼和銅具有良好的緩蝕效果AE4135加藥量為 40、60、80 和 100 mg/L 時，對碳鋼的腐蝕速率分別為 0.063 38、0.048 30、0.031 83 和 0.023 53 mm/a，符合標準 GB50050-2007 的要求（碳鋼＜0.075 mm/a）；對銅的腐蝕速率分別為 0.00201、0.001 76、0.001 26 和 0.000 75 mm/a，符合標準 GB50050-2007 的要求（銅＜0.005 mm/a）。

（4）常規(guī)動態(tài)模擬試驗結果表明，無磷水處理藥劑的性能達到國外同類產(chǎn)品的水平。

（5）通過在山東某電廠現(xiàn)場應用，證明 AE4135對敞開式循環(huán)水系統(tǒng)具有良好的阻垢和緩蝕效果。

（6）使用無磷水處理藥劑可以解決循環(huán)水排污水磷超標的問題，具有明顯的環(huán)境效益。

［1］艾仕云.有機膦酸鹽緩蝕阻垢劑的研究和發(fā)展[J].清洗世界,1997,13 (1):27-30.

［2］魏存發(fā),呂紅,梁寶鋒.循環(huán)冷卻水緩蝕阻垢劑的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].石油技術與應用,2000,18(5):302-304.．

［3］國家環(huán)境保護局.GB8978-1996《污水綜合排放標準》[S].北京:中國標準出版社出版,1996.

［4］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局/中國國家標準化委員會.GB/T 16632-2008《水處理劑阻垢性能的測定—碳酸鈣沉積法》[S].北京:中國標準出版社出版,2008.

［5］中國石油天然氣集團公司.Q/SY 126-2007《油田水處理用緩蝕阻垢劑技術要求》[S].北京:石油工業(yè)出版社出版,2005.

［6］王兵,李長俊,廖柯熹,等.管道結垢原因分析及常用除垢方法[J].油氣儲運,2008,27(2):59-61.

［7］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 18175-2000《水處理劑緩蝕性能的測定—旋轉(zhuǎn)掛片法》[S].北京：中國標準出版社出版,2008.

［8］中華人民共和國建設部. GB50050-2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》[S].北京:中國計劃出版社,2008.

Research and Application of Non-phosphorus Scale-Corrosion Inhibitor for Circulating Water System

SUN Xiao-dan，CHEN Ai-qin，XU Fei
(Weihai Xiangyu Technology Co.,Ltd., Shandong Weihai 264200, China)

Aiming at the scale and corrosion problem of open circulating water system, a new type scale & corrosion inhibitor AE4135 was developed. The test results show that AE4135 has a good effect on inhibiting calcium carbonate scale and calcium sulphate scale; AE4135 also has a good effect on inhibiting corrosion of carbon steel and copper. Application result of AE4135 in a power plant has proved that AE4135 has good scale and corrosion inhibition performance. Meanwhile the problem of wastewater phosphorus over standard has been solved, which can bring obvious environmental benefit.

Non-phosphorus; Scale-inhibiting; Corrosion inhibitor; Performance; Application

TQ 085.4

： A文獻標識碼： 1671-0460（2014）07-1290-03

2014-05-01

孫曉丹（1987-），女，黑龍江雙鴨山人，工程師，主要從事水處理劑的研究、應用及水處理技術服務工作。E-mail sun0124062@126.com。