再生水為補水的工業冷卻水無磷藥劑性能評定

崔 浩，潘旭東，楊 喻，康洪磊

(1.天津大沽化工股份有限公司臨港分廠，天津 300450；2.中海油天津化工研究設計院有限公司，天津 300131)

天津某大型化工企業始建于1939年，是一家以食鹽電解為基礎，以發展海洋化工、石油化工為目標，生產燒堿、聚氯乙烯樹脂、環氧丙烷、聚醚、苯乙烯、ABS樹脂、液體氯、合成鹽酸等多種產品的綜合性大型氯堿企業。2017年以來，迫于環保要求，該廠更換了循環冷卻水補水來源，由原來的以灤河水為主，改為以污水再生水為主、混有少量灤河水的中水水源。與此同時，廠方的污水排放標準大幅提高，要求低磷、無磷排放，鑒于業主的要求，我公司與該廠合作，開發了適應再生水水質的無磷環保水處理藥劑。

1 補水水質

1.1 水質分析

該廠擁有循環量50000m3/h的循環水處理系統。補充水由污水再生水和灤河水混合而來，考慮到補充水以污水再生水為主，且其水質較灤河水惡劣，我們主要考慮再生水水質。再生水水質見表1。

表1 再生水水質

1.2 水型(水質穩定性)判斷

根據再生水水質數據，我們基本可以判斷污水再生采用的是雙膜脫鹽(超濾+反滲透)的深度處理工藝，水中鈣(8.66mg/L)、鎂離子(4.35mg/L)數值極小，幾乎已經脫除，堿度亦處于較低水平，說明該水質基本不存在結垢因子，而氯離子(63.25mg/L)、硫酸根(105mg/L)殘留濃度依然很高，導致該水體最終體現更為強烈的腐蝕傾向。

2 無磷藥劑要求

2.1 環保要求

2.2 藥劑緩蝕阻垢性能要求

3 無磷藥劑性能評定

3.1 緩蝕性能評定

選取緩蝕性能優異的無磷緩蝕阻垢劑單劑，N-烷基-N-脂肪酰基氨基脂肪酸鹽(NAFAS)[1]、聚天冬氨酸、多元共聚物分散劑、天然高分子殼聚糖、鉬酸鈉進行復配得無磷藥劑,對比25×10-6磷系藥劑，對A3鋼、銅、不銹鋼試片，旋轉掛片法評定緩蝕性能[2]。

其中，N-烷基-N-脂肪酰基氨基脂肪酸鹽(NAFAS)為我公司自主研發的新型環境友好脂肪酰胺類無磷緩蝕劑，NAFAS的合成技術路線如下：

n=10～20;R1為帶有官能團的烷烴，碳數為1～6；R2為碳數為1～5的短鏈烷烴。

表2 藥劑緩蝕性能評定

從表2可以看出，無磷藥劑對銅、不銹鋼、碳鋼緩蝕性能均表現良好，碳鋼試片數據不及磷系藥劑，但腐蝕率遠遠高于《工業循環冷卻水處理設計規范》要求，無磷藥劑可以替代磷系藥劑。

3.2 阻垢性能評定

阻垢實驗采用水處理劑阻垢性能測定方法。實驗條件：根據現場補水水質配制濃縮5倍水，(80±1)℃恒溫水浴，實驗時間10h。分別使用緩蝕實驗篩選優質配方和原磷系藥劑進行阻垢實驗評測，藥劑濃度分別為25×10-6、30×10-6、50×10-6。實驗結果阻垢率見表3。

表3 藥劑阻垢性能評測

試驗結果表明，無磷藥劑阻垢性能良好，可以替代磷系藥劑。

3.3 動態實驗

分別使用緩蝕實驗篩選優質配方和原磷系藥劑進行動態模擬實驗[3]。實驗條件：實驗用水采用現場水樣。換熱管材質碳鋼D 10mm×1mm×495mm,試片材質A3碳鋼、銅、不銹鋼，管內流速2m/s，濃縮倍數4～5倍，實驗時間18d，pH自然平衡，管內進口溫度(30±2)℃，加熱蒸汽溫度(100±0.3)℃，藥劑濃度15×10-6。實驗結果見表4。

從實驗結果可以看出，動態模擬實驗污垢熱阻和腐蝕率數值符合《工業循環冷卻水處理設計規范》，說明無磷藥劑滿足行業需求指標，具有良好的緩蝕阻垢性能，可以替代現有磷系藥劑。

表4 動態模擬實驗結果

4 現場應用意義

無磷藥劑順利切換現場的磷系藥劑，實現了市政中水的再回用，節省了大量的新鮮水資源[4]；通過無磷控制技術，保證了企業污水環保達標排放的要求。課題的實施，為該廠切換補水和污水排放問題提供了有力的技術支持，具有重要的現實意義。