聚合物類水處理藥劑阻垢性能測定研究

蔣華鋒

(濰坊金石環(huán)?？萍加邢薰荆綎| 濰坊 261300)

在工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，為了控制腐蝕、結(jié)垢及微生物黏泥等而添加的水處理化學(xué)品被稱為水處理劑[1]。水處理劑是精細(xì)化工產(chǎn)品中的一個重要門類，具有很強的專用性，不同的使用目的和處理對象需要有不同的水處理劑，一般包括緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑、絮凝劑、凈化劑、清洗劑、預(yù)膜劑等。其中常用的阻垢分散劑主要包括聚磷酸鹽類、膦酸鹽類、聚合物類等幾大類[1]。聚合物類阻垢劑是一大類性能優(yōu)異的功能高分子材料，它們大都含有能夠起阻垢分散作用的羧基(—COOH)、羥基(—OH)、酰胺基(—CONH2)、磺酸基(—SO3H)、磷酸基(—[PO(OH)2])、酯基(—COO—)等功能基團(tuán)，可以使晶體在生長過程中發(fā)生晶格歪曲作用,提高對鈣的容忍度，對水中的磷酸鈣、碳酸鈣、硫酸鈣等有不同程度的阻垢作用，作為阻垢分散劑廣泛應(yīng)用于石化、化工、冶金、電力等行業(yè)的工業(yè)循環(huán)冷卻水處理、油田注水處理、鍋爐水處理、濁環(huán)集塵水處理中。

實際使用中，聚合物類阻垢藥劑一般與其他類型藥劑復(fù)配使用[2]，可以起到更優(yōu)異的效果。文獻(xiàn)[3-4]主要針對有機磷類藥物進(jìn)行阻垢性能研究，對聚合物類藥劑阻垢性測定研究的文獻(xiàn)不多，且系統(tǒng)性不強。文章選取目前市場上常見的幾種聚合物類阻垢劑，進(jìn)行了系統(tǒng)的阻垢性能測定研究，為相關(guān)專業(yè)人士在處理不同工況條件下的藥劑選用提供重要的參考依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

1.2 實驗儀器

500 mL錐形瓶，500 mL容量瓶；恒溫水浴鍋；紫外分光光度計。

1.3 實驗方法

1.3.1 碳酸鈣阻垢率

將試液和空白試液分別置于錐形瓶中，放入恒溫(80 ℃)水浴中(試液的液面不得高于水浴的液面)，恒溫放置10 h。冷卻至室溫后用中速定量濾紙過濾。移取25 mL濾液置于250 mL的錐形瓶中，加水至約80 mL，加5 mL 200 g/L的氫氧化鉀溶液和0.1 g鈣-羧酸指示劑,用EDTA滴定至溶液由紫紅色變?yōu)榱了{(lán)色即為終點。

Ca2+質(zhì)量濃度=40.08CV1/V

式中，C為EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)的量濃度，mol/L；V1為消耗EDTA的體積，mL；V為所取試液的體積，mL。

碳酸鈣阻垢率=(P4-P3)/(0.24-P3)×100%

式中，P4為加水處理試驗后的Ca2+質(zhì)量濃度，mg/mL；P3為未加水處理劑空白試液試驗后的Ca2+質(zhì)量濃度，mg/mL；0.24為實驗前配制好的試液中Ca2+質(zhì)量濃度，mg/mL。

1.3.2 磷酸鈣阻垢率

取500 mL容量瓶，用上述溶液潤洗，加入阻垢劑試樣，加入氯化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液，邊加邊搖，使Ca2+為100 mg/L，補加上述液定容；將其轉(zhuǎn)移至500 mL的錐形瓶中，于恒溫水浴80 ℃，恒溫放置10 h；

磷酸鈣阻垢率的性能=(P4-P3)/(P0-P3)

1.3.3 硫酸鈣阻垢率

在500 mL容量瓶中加入250 mL蒸餾水，用滴定管加入一定體積的氯化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液，使Ca2+達(dá)到一定的量，用移液管加入一定量的水處理劑試樣溶液，搖勻;然后加入20 mL硼砂緩沖溶液，搖勻;用滴定管緩慢加入一定體積的硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液(邊加邊搖)，用水稀釋至刻度并搖勻。

將試液和空白試液分別置于錐形瓶中，放入恒溫(80 ℃)水浴(試液的液面不得高于水浴的液面)中，恒溫放置10 h；冷卻至室溫后用中速定量濾紙過濾；移取25 mL濾液置于250 mL的錐形瓶中，加水至約80 mL，加5 mL 200 g/L的氫氧化鉀溶液和0.1 g鈣-羧酸指示劑,用EDTA滴定至溶液由紫紅色變?yōu)榱了{(lán)色即為終點。

硫酸鈣阻垢率=(P4-P3)/(P0-P3)×100%

式中，P4為加水處理劑試驗后的Ca2+質(zhì)量濃度，mg/mL；P3為未加水處理劑空白試液試驗后的Ca2+質(zhì)量濃度，mg/mL；P0為實驗前配制好的試液中Ca2+質(zhì)量濃度，mg/mL。

2 試驗結(jié)果與分析

實際聚合物系列碳酸鈣阻垢劑是按照商品量加入的。例如將0.5 g阻垢劑加入100 mL水中，再量取1 mL上述溶液加入500 mL水中，即成為10 mg/L的碳酸鈣阻垢劑。

2.1 碳酸鈣阻垢率

不同聚合物類阻垢劑碳酸鈣阻垢率測定試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 碳酸鈣阻垢率

試驗發(fā)現(xiàn)環(huán)境因素對碳酸鈣阻垢影響很大，不同溫度、不同試驗濃度下，碳酸鈣阻垢也差別較大。對比不同加入量，即10 mg/L與20 mg/L碳酸鈣阻垢性能對比,碳酸鈣阻垢性能提升，但是除PAA阻垢性能明顯低于其他聚合物外，其他聚合物阻垢性能差別不大。另外，阻垢劑的加入量與阻碳酸鈣垢性能并不是成比例增加的。

2.2 磷酸鈣阻垢率

不同聚合物類阻垢劑硫酸鈣阻垢率測定實驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 磷酸鈣阻垢率

實驗中發(fā)現(xiàn)，聚合物水處理劑存在的情況下，磷酸鈣結(jié)垢狀態(tài)為絮狀物，不易沉積。由表2可知：當(dāng)AA/AMPS加入商品量為20 mg/L時，阻磷酸鈣垢為53.06%，其他聚合物阻垢性能相對較差。當(dāng)聚合物商品量加到40 mg/L時，AA/AMPS,AA/HPA,AA/HPA/AMPS阻磷酸鈣垢能達(dá)到90%以上。

2.3 硫酸鈣阻垢率

不同聚合物類阻垢劑硫酸鈣阻垢率測定實驗數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 硫酸鈣阻垢率

3 結(jié)論

(1)實驗測試方法不同,即質(zhì)量濃度不同、溫度不同，加入相同的阻垢劑得到的阻垢率也不盡相同；外界環(huán)境對靜態(tài)阻垢試驗影響較大，主要影響因素在于溫度的變化。

(2)在相同條件下，PAA的碳酸鈣阻垢最差，其他相差不大。

(3)聚合物的磷酸鈣垢對于藥劑加入量有較高的要求，加入量必須在大于某個值才能起到阻垢的效果。