循環(huán)水處理藥劑概述

(鄭州鐵路局洛陽機(jī)務(wù)段，河南 鄭州 471002)

一 簡介

循環(huán)冷卻水用量占工業(yè)用水量的很大一部分，為了節(jié)約用水，通常對于循環(huán)冷卻水的處理都采用高濃縮倍率，但采用高濃縮倍率又容易引起設(shè)備的結(jié)垢和腐蝕，水垢一般為鈣、鎂碳酸鹽垢，為了防止系統(tǒng)結(jié)垢和腐蝕通常都設(shè)計加藥系統(tǒng)。

二 阻垢劑機(jī)理和國內(nèi)外發(fā)展概述

從水中析出碳酸鈣等水垢的過程，就是微溶性鹽從溶液中結(jié)晶沉淀的一種過程。按結(jié)晶動力學(xué)觀點，結(jié)晶的過程首先是生成晶核，形成少量的微晶粒，然后這種微小的晶體在溶液中由于熱運(yùn)動(布朗運(yùn)動)不斷地相互碰撞，和金屬器壁也不斷地進(jìn)行碰撞，碰撞的結(jié)果就提供了晶體生長的機(jī)會，使小晶體不斷地變成了大晶體，也就是說形成了覆蓋傳熱面的垢層。

從碳酸鈣的結(jié)晶過程看，如能投加某些藥劑，破壞其結(jié)晶增長，就可達(dá)到控制水垢形成的目的，目前使用的各種阻垢劑有聚磷酸鹽、有機(jī)多元膦酸、有機(jī)磷酸酯、聚丙烯酸鹽等。阻垢劑阻垢機(jī)理比較復(fù)雜，觀點也有多種，目前大致有兩種觀點，1.晶格畸變論.他們認(rèn)為阻垢劑抑制和干擾了碳酸鈣晶體的正常生長，使晶體在生長過程中被歪扭，從而使晶體長不大，不能沉積形成水垢而分散于溶液中，已由比尤奇爾(Buchrer)和里帝米吉爾(Reitemeier)證實。

2.增加成垢化合物的溶解度。

阻垢是循環(huán)冷卻水處理的另一個重要內(nèi)容，阻垢劑作用機(jī)理主要是絡(luò)合增溶、絮凝分散和晶格畸變。聚磷酸鹽、瞵酸鹽、膦羧酸等既是常用的緩蝕劑，也是常用的阻垢劑。人們早期使用天然木質(zhì)素、磺化木質(zhì)素、丹寧、磺化丹寧、淀粉等天然有機(jī)物來阻垢，它們主要起分散作用。近年來主要使用聚丙烯酸、水解聚馬來酸酐、水解聚丙烯酰胺等聚電解質(zhì)作為阻垢劑。共聚物阻垢分散劑是進(jìn)入八十年代后開發(fā)的一類新型水處理劑，它的開發(fā)和應(yīng)用是對無機(jī)阻劑垢控制的重大突破，它使冷卻水化學(xué)處理技術(shù)向前邁了一大步。共聚物阻垢劑一直是水處理研究領(lǐng)域的熱點，在對它的機(jī)理、結(jié)構(gòu)、性能與作用方式等理論研究基礎(chǔ)上，開發(fā)了一系列水溶性共聚物阻垢劑。美國B.F.Goodrich 化學(xué)公司開發(fā)的丙烯酸取代丙烯酰胺共聚物既能將鐵穩(wěn)定在水中，又能充分發(fā)揮阻垢作用。美國Nalco公司開發(fā)的馬來酸/N-乙烯基吡咯烷酮/甲基丙烯酰胺三元共聚物阻垢率達(dá)95%。日本合成橡膠株式會社的無水α.β-不飽和二元羧酸/雙環(huán)戊乙烯/有雙鍵組成共聚丙磺化水溶性鹽則有持續(xù)力長，阻垢效果好的優(yōu)點。丙烯酸/α.β 烯烴不飽和脂共聚物則對磷酸膦酸鎂硅酸鎂和碳酸鈣等無機(jī)鹽及懸浮粒子均有良好抑制產(chǎn)生垢能力。日本三菱瓦斯化學(xué)公司研制的一種氧化多糖和含羧基的丙烯聚合物或馬來酸聚合物復(fù)合阻垢劑在高溫下也有很好的效果。美國Nalgon、Nalcon、Berz和羅門哈斯等公司在開發(fā)有機(jī)磺酸/不飽和羧酸二元共聚物基礎(chǔ)上，已向含磺酸、羧酸和膦酸等功能團(tuán)的三元共聚物發(fā)展，產(chǎn)品的性能大大提高。

80年代前，我國循環(huán)水處理都采用單劑阻垢或緩蝕。近年來，將具有阻垢和緩蝕作用的兩種以上的單劑用物理方法混合配成一種復(fù)合抑制劑。實踐證明，這種復(fù)合抑制劑的效果比單劑高得多，且用量少。

目前工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中大多用磷系配方防止水中的腐蝕和結(jié)垢。最常用的阻垢劑HEDP、ATMP 如用于高濃縮倍數(shù)或高鈣含量低濃縮倍數(shù)的循環(huán)冷卻水中就不能得到令人滿意的結(jié)果，而一些性能優(yōu)異的膦羧酸型水處理劑又存在價格較高的優(yōu)點，這就使得人們?nèi)ふ覂r格低廉、性能優(yōu)異的水質(zhì)穩(wěn)定劑。HPDP 是國外80年代開發(fā)的性能優(yōu)異的阻垢緩蝕劑，艾仕云等用靜態(tài)阻垢、旋轉(zhuǎn)掛片失重法實驗研究了HPDP(1-羥基丙叉-1，1-二膦酸)對CaCO3.、Ca3(PO4)2等的阻垢性能以及A3碳鋼的緩蝕性能等。試驗證明，HPDP 是一種優(yōu)良的阻垢緩蝕劑，適用于高溫、高堿、高PH、高濃縮倍數(shù)的循環(huán)冷卻水處理，具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，在我國應(yīng)用最為廣泛的循環(huán)冷卻水阻垢分散劑是水溶性聚合物，包括聚羧酸(聚炳烯酸，聚馬來酸)，丙烯酸(酐)共聚物、馬來酸共聚物、含磺酸基團(tuán)的共聚物及兼有緩蝕性能的膦酸鹽、膦羧酸等。其中含2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(簡稱AMPS)的共聚物。由于不受水中是否存在金屬離子的影響，對碳酸鈣、，硫酸鈣、磷酸鈣等鹽垢，特別是對磷酸鈣垢有良好的抑制作用，且能有效地分散氧化鐵和污泥，穩(wěn)定Zn2+、Mn2+等離子和有機(jī)膦酸，藥力持久，不易結(jié)膠等優(yōu)點，因而成為近期國內(nèi)外研究開發(fā)的熱點。

三 工業(yè)冷卻水緩蝕劑國內(nèi)發(fā)展概述

緩蝕劑可分為無機(jī)緩蝕劑和有機(jī)緩蝕劑兩大類。無機(jī)緩蝕劑主要有鉻酸鹽、亞硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、鉬酸鹽和鎢酸鹽等。目前國內(nèi)研究及應(yīng)用較多的仍然是磷酸鹽。有機(jī)緩蝕劑中膦酸類產(chǎn)品仍是目前研究開發(fā)的重點。此外，對鉬酸鹽緩蝕劑、硅鎢雜多化合物的復(fù)配緩蝕劑的研究也有一些報導(dǎo)。

龔浩等采用多種方法研究了合成有機(jī)烯胺鉬酸鹽緩蝕劑對Q235鋼的緩蝕作用和機(jī)理，發(fā)現(xiàn)有機(jī)鉬酸鹽MDTA 對碳鋼有良好的緩蝕效果，討論了有機(jī)基團(tuán)與無機(jī)基團(tuán)間的協(xié)同效應(yīng)。黃霓裳等對由鉬酸鹽、三乙醇胺磷酸鹽、磷酸二氫鋅、磷酸氫二胺和碳酰胺組成的復(fù)合緩蝕劑進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)該種復(fù)合緩蝕劑能有效抑制鋼鐵在氯化鈉溶液中的腐蝕，在Jefferies JRobitaille D R，Meullemeestre J 等人的基礎(chǔ)上對緩蝕機(jī)理作了進(jìn)一步探討。劉士榮等研究了鎢硅雜化合物的復(fù)配緩蝕劑的緩蝕性能，鎢化合物作為水質(zhì)緩蝕劑在工業(yè)水處理中正在研究并得到了應(yīng)用，鎢酸鈉作為主緩蝕劑的單一或復(fù)配緩蝕劑的緩蝕機(jī)理已作初步探討。工業(yè)冷卻水的PH值一般在6-8之間，根據(jù)雜多酸化學(xué)，鎢化合物在此PH值范圍內(nèi)可聚合成同多酸根陰離子，如果同時使用磷酸鹽、硅酸鹽時，還可聚合成各種形式的雜多酸根陰離子。因此，在使用鎢酸鈉作為主緩蝕劑時，考慮鎢形成雜多陰離子的可能性是必要的。研究表明，鎢磷酸鹽具有較高的緩蝕性能，但緩蝕劑投加量較高。

四 結(jié)束語

隨著工業(yè)化的進(jìn)程，水資源的匱乏，以及國家環(huán)保力度的加強(qiáng)，對于水資源的循環(huán)利用越來越受重視，高效、廉價的水處理藥劑將發(fā)揮愈來愈重要的作用。

[1]任建新.化學(xué)清洗[M].蘭州:甘肅科學(xué)技術(shù)出版社.1993.

[2]何鐵林.水處理化學(xué)品手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2000.

[3]世界精細(xì)化工手冊[M].北京:化工部科學(xué)技術(shù)情報研究所.1998.