污水回用循環冷卻水系統中使用的無磷阻垢緩蝕劑研究

2020-09-21 02:38:2013

石油化工腐蝕與防護 2020年4期

(1.安徽省藍天能源環保科技有限公司,安徽合肥 231603；2.合肥工業大學資源與環境工程學院,安徽合肥 230000；3.合肥市工業水處理劑工程技術研究中心，安徽合肥 230000)

為了響應國家節能減排的號召，很多企業已經將污水處理后又回用于循環冷卻水系統，這樣既可減少排污費用，又可節省大量新鮮水，對保護水資源具有重要意義。但處理后的污水濁度高，有機物、無機鹽、氯離子等含量高，用于循環冷卻水系統時，容易造成系統結垢和設備腐蝕[1]。為解決上述問題，一般需在循環冷卻水系統中添加阻垢緩蝕劑。目前常用的阻垢緩蝕劑為有機膦系藥劑，但有機膦類藥劑不能有效地抑制磷酸鈣垢和鋅垢的形成，也不能解決氧化鐵沉淀問題，且本身易形成有機膦酸垢。因為磷本身也會對環境造成污染，環保部門已經對磷的使用作出了限制[2]。以某科技有限公司自主研發的高分子量聚馬來酸酐為主要原料，通過添加分散劑、增效劑、緩蝕劑等組分開發出了一種無磷阻垢緩蝕劑，經過阻垢試驗、極限碳酸鹽試驗、緩蝕試驗，證明該劑是適合在污水回用作補水的循環冷卻水系統中使用的高效阻垢緩蝕劑。

1 試驗部分

1.1 原材料和儀器

主要材料：Q235A碳鋼(Ⅰ型)試片、304不銹鋼(Ⅰ型)試片、H62黃銅(Ⅰ型)試片、聚馬來酸酐(某公司自主研發)、葡萄糖酸鈉，EDTA(乙二胺四乙酸)、檸檬酸鈉、聚環氧琥珀酸、馬來酸-丙烯酸共聚物、甲基苯并三氮唑、苯并三氮唑、二乙基二硫代氨基甲酸鈉(SDDTC)等化合物，這些物質均為環境友好型產品，可用于高堿度、高硬度水質中。另外，購買了1號含磷阻垢緩蝕劑和2號低磷阻垢緩蝕劑作為試驗的對比藥劑。

主要儀器：DDS-IIA型電導率儀、PHC-3C型pH計、ME204E電子天平、ZJ型浸漬腐蝕試驗儀和JJ-1型精密增力電動攪拌器等。

1.2 試驗用水

試驗用水為某火力發電廠處理后的污水出水，水質分析結果見表1。

表1 污水水質分析

由表1可以看出，處理后污水的pH值、電導率、硬度、堿度、氯離子含量,CODcr和氨氮含量數值均較高，該污水回用作循環冷卻水容易造成系統結垢和設備腐蝕。

1.3 試驗方法

按照GB/T 16632—2008《水處理劑阻垢性能的測定碳酸鈣沉積法》進行阻垢試驗，以評價阻垢緩蝕劑的阻垢性能；采用極限碳酸鹽試驗來評定藥劑的極限碳酸鹽濃度，判斷循環水的安全濃縮倍數；按照GB/T 18175—2014《水處理劑緩蝕性能的測定旋轉掛片法》的規定進行緩蝕試驗，評價阻垢緩蝕劑的緩蝕性能。

2 結果與討論

2.1 阻垢試驗

2.1.1 不同阻垢緩蝕劑阻垢性能試驗

以高分子聚馬來酸酐為主要原料，添加葡萄糖酸鈉、EDTA(乙二胺四乙酸)、檸檬酸鈉、聚環氧琥珀酸、馬來酸-丙烯酸共聚物、甲基苯并三氮唑、苯并三氮唑和SDDTC其中的一種或幾種，配制出AH-801,AH-802,AH-803,AH-804,AH-805,AH-806六種阻垢緩蝕劑。以配制水模擬污水回用補水，濃縮倍數為3～5，藥劑質量濃度為20 mg/L，80 ℃下恒溫10 h，取出冷卻至室溫后分別測量水中鈣離子的含量，計算出幾種阻垢緩蝕劑的阻垢率，結果見表2。由表2可以看出，在藥劑質量濃度為20 mg/L時，自制阻垢緩蝕劑AH-805阻垢效果最好，濃縮倍數為3～5時，阻垢率均在92%以上。

表2 不同阻垢劑的阻垢試驗結果

阻垢緩蝕劑AH-805以高相對分子量聚馬來酸酐為主要原料，聚馬來酸酐具有高效分散性，在水中因解離作用而顯負電性，能吸附阻垢晶體的晶核或微晶的顆粒，晶核或微晶因而帶有負電荷，并由于靜電斥力起到了分散作用，同時聚馬來酸酐會吸附到晶體的活性增長點進行螯合作用，抑制了晶格向一定方向的成長。聚馬來酸酐分子中含有羧基，可以與水中的鈣離子形成穩定的可溶性螯合物，穩定水中更多的鈣離子，從而增加鈣鹽的溶解度并抑制鈣垢的沉積[3]，其含羧基數量越多，阻垢效果越好，即相對分子量越高，阻垢性能越好。因此，相比于1號含磷阻垢緩蝕劑，2號低磷阻垢劑，AH-805在同等濃度條件下具有更高的阻垢率，對污水回用冷卻水系統，可以達到更高的濃縮倍數。

2.1.2 不同濃度阻垢緩蝕劑阻垢性能研究

以配制水模擬污水回用補水，濃縮倍數為5， AH-805藥劑、1號藥劑、2號藥劑質量濃度分別為15，20，25，30，35和40 mg/L時80 ℃下恒溫10 h，取出冷卻至室溫后分別測出水中鈣離子的含量，計算出幾種阻垢緩蝕劑的阻垢率，結果見表3。

由表3可以看出，AH-805阻垢效果優于1號含磷阻垢劑和2號低磷阻垢劑，且在此水況下，AH-805使用濃度更低，但阻垢率更高。

表3 不同濃度阻垢緩蝕劑的阻垢率

2.2 緩蝕試驗

采用上述火力發電廠處理后的污水，選用AH-805阻垢緩蝕劑、1號含磷阻垢緩蝕劑、2號低磷阻垢緩蝕劑，其加入的質量濃度分別為10，20，30和40 mg/L，試驗分析不同藥劑對碳鋼、不銹鋼、黃銅試片的緩蝕效果，結果如表4至表6所示。

表4 碳鋼腐蝕試驗結果

從表4至表6可以看出，采用聚馬來酸酐為主要原料的自制阻垢緩蝕劑AH-805在質量濃度20 mg/L條件下，碳鋼腐蝕速率為0.068 mm/a，不銹鋼腐蝕速率為0.003 mm/a，黃銅腐蝕速率為0.002 mm/a，均優于標準規定值，而外購的1號和2號藥劑只有質量分數達到40 mg/L時，碳鋼，不銹鋼，黃銅上的腐蝕速率才勉強滿足國家標準要求，自制阻垢緩蝕劑AH-805緩蝕效果明顯優于1號和2號產品。