一種無磷緩蝕劑的應用特點

徐 瑛，孫國風，張凱瑞

(1.新余市生態環境局， 江西 新余 338000;2.上海洗霸科技股份有限公司， 上海 200080)

隨著環保要求的逐漸提高，在循環冷卻水系統中使用的緩蝕阻垢藥劑對磷酸鹽的要求也越來越嚴，從以前對循環水總磷基本不限制，到循環水的總磷(以磷酸計)必須小于1.5mg/L, 以達到國家的廢水排放標準，使循環水可以不經過其他處理，可直接排放。因此無磷的緩蝕阻垢劑也逐漸開始使用。目前，無磷的緩蝕阻垢劑，在阻垢方面使用各種聚和物完全可以達到使用要求，但是在緩蝕方面，需要尋找緩蝕效果好，使用濃度較低的無磷緩蝕劑，這是開發無磷緩蝕阻垢劑的關鍵所在。

無磷緩蝕劑NPAA-21由廣東振科科技有限公司生產，其主要成分和分子結構不詳，外觀為黃色透明液體，有效固體含量大于等于30%，產品密度1.15g/cm3，pH值(1%水溶液)為8-10之間，產品不含磷，100mg/L的該產品貢獻約20mg/L 的COD，該產品緩蝕性能好，適合應用于循環冷卻水系統中。

1 試驗方法

腐蝕試驗方法：按照標準GB/T18175-2014《水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉掛片法》進行，其中，試驗用水為配制水，除特別標明外，試驗溫度為45±1.0℃，試片旋轉速度：75-80r/min，對應試片的線速度為0.31～0.35m/s， 所用試片為Ⅰ型A3碳鋼試片，其試片表面積為28cm2,試驗時間72h。

阻垢試驗：按照標準GB/T16632-2008《水處理劑阻垢性能的測定 碳酸鈣沉積法》，以含有一定量碳酸氫根和鈣離子的配制水和水處理劑制備成試液。在 80±1.0℃條件下，促使碳酸氫鈣加速分解為碳酸鈣沉淀。10 h后測定試液中的鈣離子濃度，鈣離子濃度愈大，則水處理劑的阻垢性能愈好。

2 試驗結果及討論

2.1 在低堿度和低硬度水中的緩蝕性能

水質1：蒸餾水，其中的鈣離子和堿度均為零，水的電導率為5μs/cm。

水質2：使用蒸餾水進行配制，使水的鈣硬度為20mg/L，總堿度為20mg/L (均以碳酸鈣計)，氯離子：100mg/L。使用的緩蝕劑：NPAA-21+2.0mg/L的Zn2+，試驗結果見表1。

表1 NPAA-21在低堿度低硬度水中的緩蝕效果一覽表

從上述表1的結果可以看出，即使在堿度和硬度均為零的蒸餾水中，只要投加30mg/L以上的NPAA-21和適量的鋅離子，A3碳鋼試片的腐蝕率就只有0.064mm/a，達到了碳鋼試片腐蝕率小于0.075 mm/a的國家標準。即使水中有一定濃度的氯離子，NPAA-21也有很好的防腐效果，投加濃度在30 mg/L以上，其腐蝕率就可以達到國家標準。

2.2 在低流速水中的緩蝕性能

常用的磷系藥劑其緩蝕效果受水流速的影響較大，在進行旋轉掛片試驗時，如果轉速降低，緩蝕效果將大為降低。但是NPAA-21藥劑受水流速的影響相對較小。在旋轉掛片腐蝕試驗中，試片的轉速72r/min，旋轉掛片儀試片的旋轉直徑為8 cm，此時對應的線速度為0.31m/s。下表2是使用上海自來水，加入NPAA-21∶50mg/L+2mg/L的鋅離子，在不同流速下A3碳鋼試片的腐蝕結果一欄表

表2 不同流速下碳鋼試片腐蝕一欄表

從試驗結果看出，雖然循環水的流速降低，碳鋼試片的腐蝕率有所增加，但是總的說來，其腐蝕率降低受流速的影響相比磷系藥劑好許多。

在中海油海南某石化項目循環水處理中，大檢修時發現循環水正常流速的碳鋼換熱器，受到了良好的保護，但是在一些流速較低，特別是水走殼層的碳鋼換熱器腐蝕較大。因此我們將原來的低磷配方改為以NPAA-21為主劑的無磷配方，使用后，打開原先腐蝕較嚴重的碳鋼換熱器，其腐蝕情況得到了較大的改善。

2.3 在高氯離子水中的緩蝕性能

中國石化山東某項目中，其循環水水質情況大體如下：

表3 高氯離子水質一欄表

從表3可以看出，其循環水的氯離子濃度極高，超過了1000mg/L, 同時，循環水的電導率也在6000μs/cm以上，這種水的腐蝕性強，原先使用另一公司的磷系藥劑，其腐蝕率常超過0.075mm/a的標準。為此，改用以NPAA-21為主劑的緩蝕阻垢劑，使用實驗室配的模擬水進行旋轉掛片試驗。試驗結果表明：藥劑濃度越高，掛片上的銹跡越少，水的濁度也越小。具體試驗數據結果如表4所示。

表4 不同藥劑濃度的緩蝕性能試驗結果

該系列藥劑從2019年6月開始在現場使用，藥劑總投加濃度為120～150mg/L，循環水系統沒有明顯泄漏的情況下，現場監測試片和試管的腐蝕率均小于0.075mm/a。因此，NPAA-21不僅適用于低堿度低硬度強腐蝕型水質中，也可以應用在高氯高電導的強腐蝕型水中。

3 藥劑的其他一些性能

3.1 藥劑有豐富的泡沫

NPAA-21藥劑具有豐富的泡沫，這樣在循環水系統中使用，受到一定的限制。必要時可以往循環水系統投加消泡劑，以抑制泡沫的生成。這樣，該藥劑不能用于有分子篩設備的空分循環水系統中，以防止分子篩受到泡沫影響而失效。

3.2 藥劑與常用的阻垢劑基本無協同作用

為了驗證NPAA-21無磷緩蝕劑，與常用的阻垢劑復合使用，對阻垢劑的阻垢效果有無明顯提高，我們對常見的無磷阻垢劑PESA(聚環氧琥珀酸), PAA(聚丙烯酸), HPMA(水解聚馬來酸酐)，AA/AMPS(丙烯酸/磺酸鹽聚合物)，AA/HPA/AMPS(丙烯酸/丙烯酸羥丙脂/磺酸鹽聚合物)與NPAA-21一起時進行了阻垢試驗，試驗中，阻垢劑的投加量為5mg/L， NPAA-21用量20mg/L，阻垢試驗結果如表5所示：

表5 靜態阻垢試驗結果一欄表

從試驗結果可以看出，NPAA-21與常用的阻垢劑復合使用，對阻垢效果的提高基本沒有作用。

3.3 藥劑在氧化殺菌劑作用下的分解性能

由于不知道NPAA-21具體的化學結構和分子式，因此無法對NPAA-21藥劑進行有效的成分測試，只能進行旋轉掛片試驗，待碳鋼試片表面出現明顯的腐蝕后，認為NPAA-21藥劑已經分解失效。

試驗藥劑為NPAA-21∶50mg/L+2mg/L的鋅離子，第一個燒杯中始終不加次氯酸鈉殺菌劑，第二個燒杯中，試驗開始時投加了5mg/L的10%次氯酸鈉氧化性殺菌劑，然后每隔一天投加5mg/L的10%次氯酸鈉溶液，總共試驗時間為8天，不加次氯酸鈉燒杯中的碳鋼試片，經過8天試驗后，試片表面除掛孔處外，其余表面光亮如新。但是，加了次氯酸鈉殺菌劑燒杯中的掛片，第6天試片表面開始有銹，到第7天碳鋼試片表面發生大面積的生銹，說明NPAA-21藥劑已經分解失效。

由于循環水系統一般均需投加氯系的氧化性殺菌劑, NPAA-21藥劑在氧化性殺菌劑的作用下，會慢慢分解失效。這樣該藥劑用于高濃縮倍數的循環水系統中，加藥濃度不僅需要按照排污水量計算，還需要將NPAA-21藥劑在氧化性殺菌劑作用下分解的藥劑濃度補上，因此高濃縮倍數高停留時間下，投加NPAA-21的藥劑濃度不能完全按照濃縮倍數來計算，需要適當加大。但是，一般控制循環水中的余氯濃度偏低，大多在0.1～0.3mg/L之間，因此正常使用也不會造成太大問題。

4 結論

NPAA-21藥劑具有很好的緩蝕效果，可以應用于低堿度低硬度的腐蝕型水中，也可以應用于高氯離子高電導率的苛刻水質中，同時，該藥劑可以在低流速情況下使用。

但是，NPAA-21藥劑具有豐富的泡沫，不能用在有分子篩的空分裝置循環水系統中，該藥劑對常規的阻垢劑沒有協同作用。同時在氧化型殺菌劑作用下，會慢慢分解，因此在高濃縮倍數高停留時間的循環水系統使用時，需要將分解的NPAA-21藥劑也補充上，這些因素，也對NPAA-21藥劑的使用有一定限制。