聚合物類水處理藥劑阻垢性能測定研究

蔣華鋒

(濰坊金石環?？萍加邢薰荆綎| 濰坊 261300)

在工業循環冷卻水系統中，為了控制腐蝕、結垢及微生物黏泥等而添加的水處理化學品被稱為水處理劑[1]。水處理劑是精細化工產品中的一個重要門類，具有很強的專用性，不同的使用目的和處理對象需要有不同的水處理劑，一般包括緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑、絮凝劑、凈化劑、清洗劑、預膜劑等。其中常用的阻垢分散劑主要包括聚磷酸鹽類、膦酸鹽類、聚合物類等幾大類[1]。聚合物類阻垢劑是一大類性能優異的功能高分子材料，它們大都含有能夠起阻垢分散作用的羧基(—COOH)、羥基(—OH)、酰胺基(—CONH2)、磺酸基(—SO3H)、磷酸基(—[PO(OH)2])、酯基(—COO—)等功能基團，可以使晶體在生長過程中發生晶格歪曲作用,提高對鈣的容忍度，對水中的磷酸鈣、碳酸鈣、硫酸鈣等有不同程度的阻垢作用，作為阻垢分散劑廣泛應用于石化、化工、冶金、電力等行業的工業循環冷卻水處理、油田注水處理、鍋爐水處理、濁環集塵水處理中。

實際使用中，聚合物類阻垢藥劑一般與其他類型藥劑復配使用[2]，可以起到更優異的效果。文獻[3-4]主要針對有機磷類藥物進行阻垢性能研究，對聚合物類藥劑阻垢性測定研究的文獻不多，且系統性不強。文章選取目前市場上常見的幾種聚合物類阻垢劑，進行了系統的阻垢性能測定研究，為相關專業人士在處理不同工況條件下的藥劑選用提供重要的參考依據。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

1.2 實驗儀器

500 mL錐形瓶，500 mL容量瓶；恒溫水浴鍋；紫外分光光度計。

1.3 實驗方法

1.3.1 碳酸鈣阻垢率

將試液和空白試液分別置于錐形瓶中，放入恒溫(80 ℃)水浴中(試液的液面不得高于水浴的液面)，恒溫放置10 h。冷卻至室溫后用中速定量濾紙過濾。移取25 mL濾液置于250 mL的錐形瓶中，加水至約80 mL，加5 mL 200 g/L的氫氧化鉀溶液和0.1 g鈣-羧酸指示劑,用EDTA滴定至溶液由紫紅色變為亮藍色即為終點。

Ca2+質量濃度=40.08CV1/V

式中，C為EDTA標準溶液的物質的量濃度，mol/L；V1為消耗EDTA的體積，mL；V為所取試液的體積，mL。

碳酸鈣阻垢率=(P4-P3)/(0.24-P3)×100%

式中，P4為加水處理試驗后的Ca2+質量濃度，mg/mL；P3為未加水處理劑空白試液試驗后的Ca2+質量濃度，mg/mL；0.24為實驗前配制好的試液中Ca2+質量濃度，mg/mL。

1.3.2 磷酸鈣阻垢率

取500 mL容量瓶，用上述溶液潤洗，加入阻垢劑試樣，加入氯化鈣標準溶液，邊加邊搖，使Ca2+為100 mg/L，補加上述液定容；將其轉移至500 mL的錐形瓶中，于恒溫水浴80 ℃，恒溫放置10 h；

磷酸鈣阻垢率的性能=(P4-P3)/(P0-P3)

1.3.3 硫酸鈣阻垢率

在500 mL容量瓶中加入250 mL蒸餾水，用滴定管加入一定體積的氯化鈣標準溶液，使Ca2+達到一定的量，用移液管加入一定量的水處理劑試樣溶液，搖勻;然后加入20 mL硼砂緩沖溶液，搖勻;用滴定管緩慢加入一定體積的硫酸鈉標準溶液(邊加邊搖)，用水稀釋至刻度并搖勻。

將試液和空白試液分別置于錐形瓶中，放入恒溫(80 ℃)水浴(試液的液面不得高于水浴的液面)中，恒溫放置10 h；冷卻至室溫后用中速定量濾紙過濾；移取25 mL濾液置于250 mL的錐形瓶中，加水至約80 mL，加5 mL 200 g/L的氫氧化鉀溶液和0.1 g鈣-羧酸指示劑,用EDTA滴定至溶液由紫紅色變為亮藍色即為終點。

硫酸鈣阻垢率=(P4-P3)/(P0-P3)×100%

式中，P4為加水處理劑試驗后的Ca2+質量濃度，mg/mL；P3為未加水處理劑空白試液試驗后的Ca2+質量濃度，mg/mL；P0為實驗前配制好的試液中Ca2+質量濃度，mg/mL。

2 試驗結果與分析

實際聚合物系列碳酸鈣阻垢劑是按照商品量加入的。例如將0.5 g阻垢劑加入100 mL水中，再量取1 mL上述溶液加入500 mL水中，即成為10 mg/L的碳酸鈣阻垢劑。

2.1 碳酸鈣阻垢率

不同聚合物類阻垢劑碳酸鈣阻垢率測定試驗數據如表1所示。

表1 碳酸鈣阻垢率

試驗發現環境因素對碳酸鈣阻垢影響很大，不同溫度、不同試驗濃度下，碳酸鈣阻垢也差別較大。對比不同加入量，即10 mg/L與20 mg/L碳酸鈣阻垢性能對比,碳酸鈣阻垢性能提升，但是除PAA阻垢性能明顯低于其他聚合物外，其他聚合物阻垢性能差別不大。另外，阻垢劑的加入量與阻碳酸鈣垢性能并不是成比例增加的。

2.2 磷酸鈣阻垢率

不同聚合物類阻垢劑硫酸鈣阻垢率測定實驗數據如表2所示。

表2 磷酸鈣阻垢率

實驗中發現，聚合物水處理劑存在的情況下，磷酸鈣結垢狀態為絮狀物，不易沉積。由表2可知：當AA/AMPS加入商品量為20 mg/L時，阻磷酸鈣垢為53.06%，其他聚合物阻垢性能相對較差。當聚合物商品量加到40 mg/L時，AA/AMPS,AA/HPA,AA/HPA/AMPS阻磷酸鈣垢能達到90%以上。

2.3 硫酸鈣阻垢率

不同聚合物類阻垢劑硫酸鈣阻垢率測定實驗數據如表3所示。

表3 硫酸鈣阻垢率

3 結論

(1)實驗測試方法不同,即質量濃度不同、溫度不同，加入相同的阻垢劑得到的阻垢率也不盡相同；外界環境對靜態阻垢試驗影響較大，主要影響因素在于溫度的變化。

(2)在相同條件下，PAA的碳酸鈣阻垢最差，其他相差不大。

(3)聚合物的磷酸鈣垢對于藥劑加入量有較高的要求，加入量必須在大于某個值才能起到阻垢的效果。