低磷環(huán)保型水處理劑的分析研究

吳煒文

摘 要：目前，我國污水處理系統(tǒng)中常用的水處理阻垢緩蝕劑大多是采用的磷酸鹽系列，而磷的排放可以導致周圍的水體富營養(yǎng)化，促使水中的菌藻瘋狂滋生，然后形成“赤潮”；而且，采用磷酸鹽系列配方，其中的磷酸鹽在處理過程中肯定會產(chǎn)生一定的沉積，不利于污水處理系統(tǒng)的清洗運行處理，影響了生產(chǎn)設備的使用壽命。對此，該文以聚天冬氨酸和膦羥基乙酸為主體，結合聚丙烯酸類阻垢分散劑等，配制成可降解生物的低磷環(huán)保型水處理劑，并結合具體的實驗，簡要地分析研究了其阻垢緩蝕性能。

關鍵詞：水處理劑 低磷環(huán)保 阻垢緩蝕

中圖分類號：X703.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（c）-0171-02

隨著生態(tài)環(huán)境面臨的局勢越來越嚴峻，國家的環(huán)保意識也逐漸提高，對此，我國對污水磷排放做出了明確限制，污水排放量中磷的含量不能超過1.0 mg/L。所以，目前我國的主要研究方向就是開發(fā)出低磷或無磷的水處理劑，不僅能降低磷含量的排放，保護生態(tài)環(huán)境，同時還能避免污水處理系統(tǒng)中的磷酸鹽沉積，保障生產(chǎn)設備的正常運行。

經(jīng)過不斷地探究以及實驗分析，選取了聚天冬氨酸（PASP）和膦羥基乙酸（HPA）作為水處理阻垢緩蝕劑。聚天冬氨酸中沒有磷元素，既能降解生物，又具有良好的螯合和分散性能，而且熱穩(wěn)定性好，是一種具有良好阻垢分散功能的均聚物；膦羥基乙酸中磷含量較低，具有良好的緩蝕功能，較之于傳統(tǒng)的有機多元磷酸類水處理劑擁有更顯著的成效，是一種有機膦羧酸型水質(zhì)穩(wěn)定劑[1]。通過研究表明，分別用聚天冬氨酸和膦羥基乙酸單獨應用于污水處理系統(tǒng)中，所取得的阻垢緩蝕效果并不是很明顯，而且投入成本較高，經(jīng)濟效益較低。所以，在利用聚天冬氨酸和膦羥基乙酸各自良好性能的基礎上，研究出了一種新型的、高效的低磷環(huán)保型水處理劑，就是以這兩種藥劑為主體，然后摻入聚丙烯酸類阻垢分散劑等進行復配，讓其綜合發(fā)揮協(xié)同增效的功能。下面分別通過靜態(tài)法、旋轉掛片和動態(tài)模擬試驗，來分析研究該水處理劑的阻垢緩蝕性能。

1 實驗準備

1.1 試劑與儀器

主要試劑：天冬氨酸、磷酸、氫氧化鈉水溶液、亞磷酸二乙酯、乙醛以及聚丙烯酸類阻垢分散劑等。

主要試驗儀器：燒杯、電動攪拌器、恒溫水浴槽、旋轉掛片腐蝕儀和動態(tài)模擬試驗裝置等[2]。

1.2 制取聚天冬氨酸

取15 g符合工業(yè)標準的天冬氨酸，放入燒杯中，然后加入5 mL 濃度為88%的磷酸，在溫度為220 ℃～260 ℃的環(huán)境中進行熱縮聚，再將熱縮聚后的產(chǎn)物置于濃度為7%～9%的氫氧化鈉水溶液中，進行水解，水解過程中pH值保持在9～10之間，最后得到紅棕色的液體就是實驗所需要的聚天冬氨酸鹽溶液。

1.3 制取膦羥基乙酸

稱取110 g的亞磷酸二乙酯，將其放入220 g濃度為45%～55%乙醛溶液中進行反應，先將溫度控制在25 ℃～45 ℃之間，反應時間為2 h左右，然后緩慢的提高溫度至90 ℃～110 ℃，繼續(xù)反應 4～5 h后，經(jīng)過相關處理，最終得到的棕色黏稠液就是實驗所需要的膦羥基乙酸溶液。

1.4 制取低磷環(huán)保型水處理劑

從試驗和研究表明，單獨使用聚天冬氨酸和膦羥基乙酸所取得的效益并不高。所以，綜合考慮到水處理劑的阻垢緩蝕效果、環(huán)保性能以及經(jīng)濟效益，就將制取的聚天冬氨酸和膦羥基乙酸，與聚丙烯酸類阻垢分散劑等進行復配，其質(zhì)量比為3∶1∶1，把復配物充分攪拌均勻，所得到的紅棕色黏稠透明液體，就是該實驗所需要的低磷環(huán)保型水處理劑[3]，該試劑總磷含量≤5%（以P計）。

2 實驗研究及結果

2.1 阻垢性能實驗

研究該水處理劑阻垢性能所采用的實驗方法是依據(jù)測定碳酸鈣沉積法。所選水樣是配制水，其水質(zhì)結構為：鈣離子的濃度為240 mg/L（以碳酸鈣計），碳酸氫根離子的濃度為240 mg/L（以碳酸鈣計）。實驗水溫為75 ℃，恒溫8～10 h后，濃縮2倍，然后用EDTA 絡合滴定法測定溶液中鈣離子的濃度。其阻垢性能計算公式為：

阻垢率=（C2-C0） （2C1-C0）×100%

式中：C0為指沒有添加藥劑前，經(jīng)過加熱濃縮后溶液中鈣離子的含量；C1為指配制水中鈣離子的含量；C2為指已經(jīng)加熱濃縮的溶液在添加藥劑后的鈣離子含量。試驗結果如表1所示。

實驗結果表明，這種低磷環(huán)保型水處理劑擁有良好的阻垢效果，而且隨著藥劑投入量的增加，阻垢率也逐漸增加，在投入量達到10 mg/L 時，阻垢率已經(jīng)超過了96%，完全達到了國家的技術標準要求；而當藥劑加入量大于16 mg/L以后，阻垢率已經(jīng)達到98%以上，也不會再有很大的變化。

2.2 緩蝕性能實驗

研究該水處理劑緩蝕性能所采用的實驗方法是依據(jù)測定旋轉掛片法。所選水樣也是配制水，和阻垢性能實驗中所用水一樣。試片材質(zhì)選用A3碳鋼，實驗溫度為50 ℃，轉速75 r/min，濃縮2倍，實驗時間72 h。其緩蝕性能計算公式為：

腐蝕率=8.76×104×△W/A·t·D

式中：8.76×104為計算常數(shù)；△W為試片失重；A為指試片表面積；t為反應時間；D為指試片材質(zhì)的密度。試驗結果如表2所示。

實驗結果表明，該低磷環(huán)保型水處理劑具有明顯的緩蝕效果，并且隨著藥劑投入量的增加，腐蝕率也越來越低，當藥劑投加量為8 mg/L時，腐蝕率達到0.012 mm/a，已經(jīng)符合了國家的技術標準要求（≤0.125 mm/a）。

2.3 動態(tài)模擬實驗

動態(tài)模擬實驗所選取的水樣為當?shù)刈詠硭渌|(zhì)結構為：鈣離子的濃度為200～500 mg/L，堿性程度為190～480 mg/L（均以碳酸鈣計） ，進水溫度為32 ℃左右，進出水溫差不超過10 ℃，循環(huán)水流速1.5 m/s，實驗時間為12 d，藥劑投加量10～12 mg/L，水中總磷含量≤0.6 mg/L（ 以P計）。實驗結果如表3所示。

實驗結果表明，當藥劑投加量為10～12 mg/L，水中總磷含量≤0.6 mg/L（ 以P計） 的條件下，該低磷環(huán)保型水處理劑擁有良好的阻垢緩蝕性能，當濃縮倍數(shù)達到3倍時，阻垢率仍然可以保持在90%以上，而且腐蝕率和黏附率都遠遠低于國家水處理劑動態(tài)模擬實驗的技術標準要求（腐蝕率≤0.075 mm/a，黏附率≤15.0 mcm）。

3 結語

依據(jù)靜態(tài)阻垢實驗、旋轉掛片腐蝕實驗以及動態(tài)模擬實驗結果表明，以聚天冬氨酸和膦羥基乙酸為主體，然后摻入聚丙烯酸類阻垢分散劑等進行復配，開發(fā)出的低磷環(huán)保型水處理劑具有良好的阻垢緩蝕性能，完全符合國家技術標準要求，適應于高堿、高硬、高氯及負硬度水并存的復雜水質(zhì)處理系統(tǒng)。同時，我國需要對水處理劑進一步的研發(fā)和完善，降低生產(chǎn)成本，綜合提升經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 劉玉林，汪心想.低磷環(huán)保型水處理劑的研究[J].河南化工，2011，28（1）：42-44.

[2] 馮素敏，尹麗胖，秦宗仁，等.新型低磷水處理劑HB-987的研制及性能研究[J].河北工業(yè)科技，2011，28（2）：115-117.

[3] 李晨光.循環(huán)水低磷和無磷水處理藥劑應用研究[J].工業(yè)水處理，2014，34（2）：65-67.