無磷藥劑在煤化工循環(huán)水系統(tǒng)中的開發(fā)應用

汪 磊

(上海洗霸科技股份有限公司，上海 200080)

據(jù)統(tǒng)計，在煤化工系統(tǒng)中循環(huán)冷卻水用量占到整個工業(yè)用水的70%～80%[1]。隨著國家環(huán)境保護要求的不斷提高與可持續(xù)發(fā)展的要求，磷系藥劑在循環(huán)水處理系統(tǒng)中所產(chǎn)生的環(huán)境問題日益突出[2]。無磷、低磷和可生物降解藥劑的研發(fā)與應用將成為工業(yè)水處理領域中最主流的研究方向[3]。

某大型煤化工企業(yè)始建于2011年，2019年6月低建成投產(chǎn)，配套建有其中設計循環(huán)水量為58500 m3/h的循環(huán)水冷卻水系統(tǒng)1套。為達到當?shù)丨h(huán)保局和園區(qū)管委會對排污水總磷的要求，同時為減輕廠區(qū)污水處理系統(tǒng)的負荷，該套循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用無磷緩蝕阻垢劑。

根據(jù)該套循環(huán)水系統(tǒng)的工藝狀況及補水水質，通過靜態(tài)阻垢實驗、旋轉掛片腐蝕實驗、動態(tài)模擬實驗，研發(fā)出適用該系統(tǒng)的無磷緩蝕阻垢劑組合配方為ZH615ECH和ZH141ECH(B)，結果表明該組合配方具有良好的阻垢緩蝕性能，排污水完全滿足環(huán)保指標標準。ZH615ECH和ZH141ECH(B)屬于無磷環(huán)保型藥劑，適用于高濃縮倍數(shù)、中低堿度和硬度的水質條件，化學穩(wěn)定性良好，具有良好的協(xié)同作用。

1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)概況

該套循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要參數(shù)如表1所示。

表1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要參數(shù)

根據(jù)設計要求，該循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補充水為污水處理場深度處理單元RO產(chǎn)水以及生產(chǎn)水，在現(xiàn)場寄回水樣進行分析的基礎上，按照RO產(chǎn)水∶生產(chǎn)水=1∶2比例進行實驗，補充水水質如表2所示。

表2 補充水水質

根據(jù)混合后的補充水水質，采用軟件對其在不同濃縮倍率下的賴茲納穩(wěn)定指數(shù)(簡稱R.S.I)進行計算分析。結果表明，當RO產(chǎn)水∶生產(chǎn)水=1∶2比例補充后，補充水水質具有一定腐蝕傾向，當水質濃縮之后，腐蝕傾向減弱，但是結垢傾向增加，當濃縮倍率達到5倍時，結垢傾向愈發(fā)明顯。

2 實 驗

2.1 用水與藥劑

取某大型煤化工企業(yè)的現(xiàn)場循環(huán)冷卻水補充水作為實驗水樣，按照一定比例混合經(jīng)精密過濾后進行水質分析，水質數(shù)據(jù)見表2。實驗藥劑為無磷緩釋阻垢劑ZH615ECH和ZH141ECH(B)，兩種藥劑均為自配。ZH615ECH主要由羧酸-磺酸-非離子三元共聚物、水解聚馬來酸酐(HPMA)、鋅鹽、水溶性惰性熒光示蹤劑、水等組成。ZH141ECH(B)主要由聚環(huán)氧琥珀酸(PESA)、聚天冬氨酸(PASP)、苯并三氮唑(BTA)、水等組成。

2.2 水質分析方法

對于實驗過程中的水質分析，主要有pH，電導率、總溶解性固體、鈣硬度、堿度、鐵離子、氯離子、硫酸根等。分析方法參照中國石油化工總公司《冷卻水分析和實驗方法》[3]。

2.3 實驗方法

靜態(tài)阻垢實驗參照《GB/T 16632-2008 水處理劑阻垢性能的測定 碳酸鈣沉積法》[4]，在現(xiàn)場取回的混合補充水樣中分別投加不同濃度的無磷緩釋阻垢劑ZH615ECH和ZH141ECH(B)，水質經(jīng)濃縮至5倍后在80 ℃條件下保持10 h。

旋轉掛片腐蝕實驗參照《GB/T 18175-2014 水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉掛片法》[5]，在現(xiàn)場取回的混合補充水樣中分別投加不同濃度的無磷緩釋阻垢劑ZH615ECH和ZH141ECH(B)，水質經(jīng)濃縮至5倍后掛入已處理的實驗掛片，開啟XYZK-A型旋轉掛片腐蝕儀，調節(jié)轉速75 r/min，在45 ℃下實驗運行72 h，同時做空白實驗，掛片材質為A3碳鋼，304不銹鋼、H62黃銅。

動態(tài)模擬實驗參照《HG/T 2160-2008冷卻水動態(tài)模擬實驗方法》[6]，試管材質為不銹鋼和碳鋼，尺寸均為Ф10×1×680 mm。實驗條件：采用在現(xiàn)場取回的補充水樣按照給定比例混合，WKMZ-Ⅱ型智能動態(tài)模擬實驗裝置，試管不預膜，連續(xù)運行14天，濃縮倍率5～6倍(以K+計)，進口溫度為32 ℃，溫差控制在10 ℃左右，蒸汽溫度100±2 ℃，自然pH。

3 實驗結果與分析

旋轉掛片腐蝕實驗在補充水質條件下，加入不同濃度的無磷藥劑，按旋轉掛片法測試腐蝕速率。其緩蝕性能實驗結果見表3。

表3 緩蝕性能實驗結果

由實驗結果可知，各種材質的掛片腐蝕速率隨藥劑濃度的提高而降低。根據(jù)實驗狀況，當加藥濃度各在35～40 mg/L時，碳鋼掛片的腐蝕速率雖小于0.06 mm/a，但掛片表面稍有輕微的腐蝕痕跡；當加藥濃度各超過40 mg/L時，碳鋼掛片表面光亮無繡。綜上，當藥劑濃度達到40 mg/L，碳鋼、不銹鋼、黃銅腐蝕率分別小于0.075 mm/a，0.005 mm/a，0.005 mm/a，滿足《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》(GB 50050-2007)的技術要求。

在緩蝕實驗基礎上，在濃縮至5倍濃縮倍率后，進行靜態(tài)阻垢實驗，結果見表4。

表4 阻垢性能實驗結果

從表3和表4可以看出，無磷緩釋阻垢劑ZH615ECH和ZH141ECH(B)在實驗條件下具有良好的阻垢緩蝕效果。

根據(jù)靜態(tài)實驗結果，在一定條件下，熒光示蹤控制值設置ZH615ECH藥劑濃度40～50 mg/L，ZH615ECH與ZH141ECH(B)按照1∶1比例進行投加，試管不預膜，連續(xù)運行14天。動態(tài)模擬實驗結果見表5所示。

表5 動態(tài)模擬實驗結果

動態(tài)模擬實驗結果表明，碳鋼試管腐蝕率為0.0303 mm/a，黃銅試管腐蝕率為0.0017 mm/a，不銹鋼試管腐蝕率為0.0010 mm/a，試管粘附速度為3.68 mg/cm2·月，均達到《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》(GB/T 50050-2017)的技術要求，可在現(xiàn)場實際應用。

4 在大型煤化工循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的應用

5 結 論

(1)根據(jù)某大型煤化工循環(huán)冷卻水系統(tǒng)概況，研發(fā)出無磷緩蝕阻垢劑ZH615ECH和ZH141ECH(B)。通過靜態(tài)及動態(tài)模擬實驗結果表明，當投加濃度分別達到40 mg/L時，碳鋼腐蝕速率≤0.04 mm/a，試管粘附速度≤4 mg/cm2·月，阻垢率≥85%，阻垢緩蝕性能良好；

(2)在現(xiàn)場實際應用結果表明，無磷緩釋阻垢劑ZH615ECH和ZH141ECH(B)按照1∶1比例投加，當投加濃度達到40 mg/L時，在平均濃縮倍率(以K+計)≥5.0條件下，各項考核指標均達到《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》(GB/T 50050-2017)的技術要求，說明該無磷藥劑在該項目應用的可行性；