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）

雖然工業阻垢技術取得了長足進步，但由于水資源的日趨緊張，工況條件日益惡化，結垢問題仍然是危害最大，困擾石油、化工、電力等行業循環水系統正常運行的一大難題。目前，投加阻垢劑仍然是控制循環水結垢的主要手段之一。開發高效環保的阻垢劑成為研究的熱點，國內外越來越多的新產品問世。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，開發更加有效的阻垢劑至關重要。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，對試驗設備及穩定性要求較高等缺點。相關學者在綜合評價和改進的基礎上又提出了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），數據重復性好等優點，但是它們所反映的仍然是螯合作用的指標，測定結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定地存在水體中，不會沉積到設備表面。有時候極限碳酸鈣法評價結果雖然偏低，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，如果結垢產物能夠穩定存在溶液中或隨水流動，并不會影響生產的正常運行［11］。因此，直接評定金屬表面的結垢程度具有重要意義。動態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一的規定。在開發和篩選阻垢劑的過程中，宜先在實驗室的強化條件下，采用靜態阻垢法進行簡單快速的初步篩選。實驗室模擬現場堿性水處理技術的一些主要運行指標，在相當于一般工廠換熱器側壁溫度80℃條件下，采用蒸發濃縮的方法［12］使其pH值自然升高，達到現場冷卻水中不加酸調節，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+形成穩定地螯合物，另一方面可與難溶性鹽產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

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濃縮，隨著濃縮倍率的升高，實驗水中結垢性鹽類濃度逐漸升高并析出。當試液蒸發濃縮至設定濃縮倍數時，取出燒杯冷卻至室溫，用中速定性濾紙過濾，注意觀察實驗現象（包括垢量的多少，垢的形態、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壁數次，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，然后轉移定容至100ml容量瓶中，檢測其中鈣離子的量（數值按碳酸鈣計算）。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，濃縮倍數達到2左右時，幾種阻垢分散劑隨著濃度的增加，燒杯內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 結論

實驗室采用了靜態阻垢和蒸發濃縮相結合，模擬現場水質運行條件，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定性好和準確度高的實驗數據，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。

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