水處理藥劑阻垢分散性能實驗方法的研究

盧亞楠

（河南清水源科技股份有限公司，河南 濟源454650）

雖然工業(yè)阻垢技術(shù)取得了長足進步，但由于水資源的日趨緊張，工況條件日益惡化，結(jié)垢問題仍然是危害最大，困擾石油、化工、電力等行業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)正常運行的一大難題。目前，投加阻垢劑仍然是控制循環(huán)水結(jié)垢的主要手段之一。開發(fā)高效環(huán)保的阻垢劑成為研究的熱點，國內(nèi)外越來越多的新產(chǎn)品問世。合理有效地阻垢劑性能評價方法對于了解不同阻垢劑的性能及作用機理，開發(fā)更加有效的阻垢劑至關(guān)重要。因此，建立準確、客觀、便捷的阻垢劑性能評價方法成為水處理工作人員的重要任務。

評價阻垢劑性能的方法很多，靜態(tài)阻垢法［1］和鼓泡法［2］是最常用的評定方法，這些方法普遍存在著測定時間長，操作繁瑣，檢測重復性差，對試驗設(shè)備及穩(wěn)定性要求較高等缺點。相關(guān)學者在綜合評價和改進的基礎(chǔ)上又提出了pH法［3，4］、電導法［5］和濁度法［6］等。這些方法與經(jīng)典的方法相比，雖然有實驗周期短（由8～24h縮短到2～10min），操作簡單（只需一臺pH計，電導儀或濁度計），數(shù)據(jù)重復性好等優(yōu)點，但是它們所反映的仍然是螯合作用的指標，測定結(jié)果不能反映阻垢劑的綜合性能［7,8］。極限碳酸鈣法［9,10］等反映了沉淀析出瞬間的變化，但析出的沉淀會被水流帶走或穩(wěn)定地存在水體中，不會沉積到設(shè)備表面。有時候極限碳酸鈣法評價結(jié)果雖然偏低，但阻垢劑的阻垢效果并不一定差。以上幾種方法都只考慮了阻垢劑對難溶性鹽類在特定條件下的溶限性，并不能全面地評價阻垢劑的阻垢分散效果，如果結(jié)垢產(chǎn)物能夠穩(wěn)定存在溶液中或隨水流動，并不會影響生產(chǎn)的正常運行［11］。因此，直接評定金屬表面的結(jié)垢程度具有重要意義。動態(tài)模擬法是評價阻垢劑性能最可靠的方法，但由于實驗周期長、耗費人力物力財力，因此不適用于實驗室快速評價阻垢劑性能。

靜態(tài)阻垢法有國家標準，對試液的配制，加熱時間，加熱溫度，滴定手段等均進行了統(tǒng)一的規(guī)定。在開發(fā)和篩選阻垢劑的過程中，宜先在實驗室的強化條件下，采用靜態(tài)阻垢法進行簡單快速的初步篩選。實驗室模擬現(xiàn)場堿性水處理技術(shù)的一些主要運行指標，在相當于一般工廠換熱器側(cè)壁溫度80℃條件下，采用蒸發(fā)濃縮的方法［12］使其pH值自然升高，達到現(xiàn)場冷卻水中不加酸調(diào)節(jié)，維持自然平衡pH值為9左右，以及成垢離子相應增高的目的來進行阻垢劑的篩選和評價。該方法只針對通常循環(huán)冷卻水中主要成垢鹽類，如碳酸鈣的初始進行評定。水處理藥劑一方面可與溶液中的Ca2+形成穩(wěn)定地螯合物，另一方面可與難溶性鹽產(chǎn)生晶格畸變或凝聚分散等作用，這樣形成的水垢在宏觀上看是一種“水渣”，會隨著排水一起排出，不會沉積在設(shè)備表面［13］。因此，我們實驗室考慮兩方面的影響因素，通過檢測實驗水中螯合的Ca2+的量和燒杯內(nèi)壁沉積的Ca2+的量，綜合評價阻垢劑的阻垢和分散性能。

1 實驗部分

1.1 主要儀器設(shè)備

恒溫水浴鍋（0～100℃）

容量瓶：100m l，250m l

具塞三角瓶：250m l

移液管：各種規(guī)格

滴定管：50ml

1.2 主要試劑與材料

EDTA標準溶液：0.01mol/L

HCl標準溶液：0.05mol/L

KOH（分析純）溶液：0.5mol/L

鈣羧酸鈉鹽指示劑

溴甲酚氯甲基紅指示劑

1.3 實驗配水水質(zhì)

按照河南某化工廠的鈣硬（以CaCO3計）230mg/L，總堿度（以CaCO3計）350mg/L來配水。

1.4 實驗方法

1.4.1 螯合性能實驗

依照CaCO3沉積法（GB/T16632-1996），模擬河南某化工廠水質(zhì)指標配水和水處理劑制備成試液。將試液和空白試液分別置于500ml燒杯中，并浸入80℃的恒溫水浴中進行自然蒸發(fā)濃縮，隨著濃縮倍率的升高，實驗水中結(jié)垢性鹽類濃度逐漸升高并析出。當試液蒸發(fā)濃縮至設(shè)定濃縮倍數(shù)時，取出燒杯冷卻至室溫，用中速定性濾紙過濾，注意觀察實驗現(xiàn)象（包括垢量的多少，垢的形態(tài)、密實情況、附著杯壁的牢固程度和溶液的渾濁度等），測定試液中的鈣離子，計算阻垢率，評價阻垢劑的螯合性能。

1.4.2 分散性能實驗

用純水緩慢沖洗實驗燒杯內(nèi)壁數(shù)次，將沖洗液倒掉，盡量使軟垢全部沖洗掉，殘留在燒杯壁上的垢為硬垢。然后加入適量的鹽酸，將杯壁硬垢充分溶解，然后轉(zhuǎn)移定容至100ml容量瓶中，檢測其中鈣離子的量（數(shù)值按碳酸鈣計算）。鈣離子越高，說明附著的硬垢越多，阻垢劑的分散性能越差。

1.5 結(jié)果與討論

1.5.1 幾種阻垢劑對Ca2+的螯合性能研究

表1 幾種水處理藥劑不同濃度下的阻垢率

圖1 幾種阻垢劑不同投加量下的阻垢率

從表1和圖1中可以看出：在溫度為80℃的條件下，濃縮倍數(shù)達到2時，幾種阻垢分散劑隨著濃度的增加，對碳酸鈣垢的阻垢率均有所增加。當濃度達到10mg/L時，阻垢率增加緩慢，說明這幾種阻垢分散劑具有閾值效應。阻垢性能最佳時，阻垢率由高到低依次為：PBTC＞HEDP＞PAA＞EDTMP。

但是，不同的阻垢劑生成的垢形態(tài)不同，HEDP生成的是點狀硬垢；PBTC生成的是冰渣型硬垢；PAA生成的是絮狀虛垢；EDTMP生成的是白色片狀軟垢。生成的垢如果可以隨水流沖走，而不沉積在換熱器的表面，也不會影響到設(shè)備的正常運行。因此，水處理劑的好壞，除了要考慮其對Ca2+的螯合性能，還要評價阻垢劑的分散和晶格畸變性能。

1.5.2 幾種阻垢劑的分散和晶格畸變性能研究

從表2和圖2中可以看出：在溫度為80℃條件下，濃縮倍數(shù)達到2左右時，幾種阻垢分散劑隨著濃度的增加，燒杯內(nèi)壁上的硬垢量逐漸減少。當達到10mg/L時，硬垢量減少緩慢，藥劑的分散性能達到最佳。此時，藥劑的分散性由高到低依次為：EDTMP＞PAA＞PBTC＞HEDP。

表2 硬垢附著率

圖2 幾種阻垢劑不同投加量下生成的硬垢量

因此，綜合考慮水處理藥劑對Ca2+的螯合性、分散和晶格畸變性能來看，幾種藥劑的性能從好到壞依次為：PBTC＞PAA＞HEDP＞EDTMP。

2 結(jié)論

實驗室采用了靜態(tài)阻垢和蒸發(fā)濃縮相結(jié)合，模擬現(xiàn)場水質(zhì)運行條件，通過檢測試驗水中和杯壁硬垢的Ca2+離子含量的方法，綜合考慮了水處理藥劑對Ca2+的螯合性、分散和晶格畸變等性能，從而便于我們得到穩(wěn)定性好和準確度高的實驗數(shù)據(jù)，同時為我們下一步進行水處理藥劑實際應用效果的研究提供了理論基礎(chǔ)。

［1］陳文瑾，曾祥欽.靜態(tài)阻垢法在阻垢劑研究中的改進［J］.貴州工業(yè)大學學報，1999，28（3）：43-47.

［2］王風云，夏明珠，雷武.阻垢劑性能評定方法-鼓泡法的改進［J］.水處理技術(shù)，2002，28（1）：57-59.

［3］張青，吳文輝.臨界pH在阻垢劑研究中的應用［J］.工業(yè)水處理，1997，17（1）：33-34.

［4］雷武，趙志仁，夏明珠，王風云.pH位移法評定阻垢劑的阻垢性能［J］.理化檢驗-化學分冊，2002，38（3）：125-127.

［5］張曙光，雷武，王金祥，等.電導法評定阻垢劑的阻垢性能［J］.理化檢驗-化學分冊，2004，40（1）：27-32.

［6］周柏青，徐厚道，李芹，等，反滲透系統(tǒng)專用阻垢劑的評價方法［J］.華北電力技術(shù)，2005（4）：43-45.

［7］聶宗利，武玉民，張君，等.阻垢劑的阻垢性能評價方法［J］.應用化工，2011，40（5）：875-887.

［8］王風云，雷武，夏明珠.阻垢劑性能評定方法中的問題與討論［J］.工業(yè)水處理，2004，24（2）：1-4.

［9］張曙光，雷武，陳卓，夏明珠，王風云.極限碳酸鹽硬度法評定阻垢劑的阻垢性能［J］.工業(yè)水處理，2004，24（4）：27-73.

［10］侯洋，靳曉霞，王會，等.極限碳酸鹽法評價水處理劑阻垢性能的方法研究［J］.工業(yè)水處理，2014，34（3）：47-50.

［11］陳立軍，楊善讓，劉豫峰，曹生現(xiàn)，等.阻垢劑性能評定方法及新設(shè)備開發(fā)［J］.工業(yè)水處理，2007，27（5）：9-13.

［12］楊海燕.水處理劑阻垢性能評定方法的探討［J］.石油化工腐蝕與防護，2011，28（1）30-33.

［13］劉奧灝，李國忠，錢曉斌，等，水質(zhì)穩(wěn)定劑阻垢性能評價方法對比研究［J］.工業(yè)水處理，2014，34（6）：25-28.