低磷环保型水处理剂的研究

刘玉林，汪心想

(河南省化工研究所有限责任公司，河南郑州 450052)

低磷环保型水处理剂的研究

刘玉林，汪心想

(河南省化工研究所有限责任公司，河南郑州 450052)

分别合成了聚天冬氨酸、膦羟基乙酸;然后以聚天冬氨酸、膦羟基乙酸为主体，与聚丙烯酸类阻垢分散剂复配，开发出了一种低磷、可部分生物降解的环保型水处理剂，通过对其阻垢和缓蚀特性的研究，发现该水处理剂具有优良的阻垢缓蚀性能。

聚天冬氨酸;膦羟基乙酸;环保型水处理剂;低磷;阻垢缓蚀

Abstract:The polyaspartic acid and hydroxyphonoacetic acid are synthesized respectively，then combined with antiscalant and dispersant polyacrylic agents so that a low－phosphorus environment－friendly water treatment agent is produced，which has a property of partial biodegradation.Further study shows that its properties of scale and corrosion inhibition are satisfactory.

Key words:polyaspartic acid;hydroxyphonoacetic acid;environment－friendly water treatment agent;low phosphorus;scale and corrosion inhibition

我们国家对污水磷的排放GB8978－1996已经做出限制，污水排放中磷含量应小于1.0mg/L，因此，目前低磷或无磷水处理剂的研究开发已成为国内外同行关注的热点［1］。聚天冬氨酸(PASP)不含磷，是既能生物降解，又具有螯合和分散功能的一种均聚物，耐高温，热稳定性好，具有良好的阻垢分散作用;膦羟基乙酸(HPA)属于低磷系列的有机膦羧酸型水质稳定剂(磷含量只有19.8%)，其缓蚀性能比传统有机多元磷酸类处理剂高很多。通过研究发现，单一PASP或HPA等应用于工业循环水处理，水处理效果不十分理想，而且运行成本偏高。所以，我们利用PASP和HPA这些特性，以PASP、HPA为主体，与聚丙烯酸类阻垢分散剂等进行复配，发挥协同增效作用，开发出了一种新型低磷、高效环保型水处理剂，水处理剂中总磷含量≤5.0mg/L(以 P计)，通过静态、旋转挂片和动态模拟试验，证明该水处理剂具有优异的阻垢和缓蚀性能。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

L－天冬氨酸、聚丙烯酸类共聚物，工业级;磷酸、亚磷酸二乙酯、乙醛、氢氧化钠，化学纯。主要试验仪器:电动搅拌器，恒温水浴槽，旋转挂片腐蚀仪，动态模拟试验装置(自制)等。

1.2 聚天冬氨酸(PASP)合成

取20g工业级L－天冬氨酸，置于烧杯中，加入4mL 85%磷酸，在230～250℃进行热缩聚，将热缩聚产物加入到8% ～10%的氢氧化钠水溶液中，使之水解，控制pH值9～9.5，所得红棕色液体即为聚天冬氨酸的盐溶液［2］。

1.3 膦羟基乙酸(HPA)合成

取100g的亚磷酸二乙酯和200g 50%乙醛溶液，在30～50℃下反应2～3h，然后再慢慢升温至98～120℃，反应4～5h后，经后处理，得到棕色黏稠液即为膦羟基乙酸(HPA)［3］。

1.4 低磷水处理剂PASP复配物制备

从环保和阻垢缓蚀效果综合考虑，取合成好的聚天冬氨酸(PASP)和膦羟基乙酸(HPA)，与聚丙烯酸类阻垢分散剂等按其质量比3∶1∶1进行复配，复配物搅拌均匀后，得到红棕色黏稠透明液体，该产品总磷含量≤5%(以P计)。对其综合性能进行研究评价。

2 实验研究与结果

2.1 静态阻垢性能

实验方法参照GB/T16632－1996《水处理剂阻垢性能的测定 碳酸钙沉积法》。用水为配制水:ρ(Ca2+)=250mg/L(以CaCO3计)，ρ(HCO－3)=250mg/L(以CaCO3计)，80℃ 恒温10h后，浓缩1.5倍，用EDTA络合滴定试液中Ca2+浓度，静态阻垢率计算公式:

式中:c0，没有加水处理剂时，加热浓缩后溶液中Ca2+含量;c1，配制水中Ca2+含量;c2，加有水处理剂时，加热浓缩后溶液中Ca2+含量。

试验结果见表1。

表1 静态阻垢实验结果

由表1可以看出，在低浓度下，水处理剂阻垢效果较差，当随着低磷水处理药剂用量增加，阻垢率越来越大，投加量超过10mg/L以后，阻垢率可以达到96%以上;当药剂加入量达到16mg/L后，药剂加入量再增加，阻垢率(98%以上)变化不大。

2.2 缓蚀性能实验

实验方法参照GB/T18175－2000《水处理剂缓蚀性能测定旋转挂片法》。实验用水为配制水(与静态阻垢实验用水相同)。实验水温45℃，试片材质A3碳钢，转速80r/min，浓缩倍数1.5，时间80h，腐蚀率(mm/a)计算公式［4］:

式中:8.76×104，计算常数;△W，试片失重，g;A，试片表面积，cm2;t，试验时间，h;D，试片材质密度，g/cm3。

试验结果见表2。

表2 挂片腐蚀实验结果

由表2可以看出，随着水处理剂用量的增加，腐蚀率逐渐降低，当药剂投加量达到8mg/L时，腐蚀率可以达到 0.012mm/a，远低于国家标准 GB/50050－95(≤0.125mm/a)。

2.3 动态模拟实验

实验用水为本地自来水，Ca2+含量为190～510mg/L，碱度180～490mg/L(均以 CaCO3计)，进水温度32℃ ±1℃，进出水温差10℃，循环水流速1.0m/s，实验时间为360h，水处理剂投加量8～12mg/L，经检测分析，水中总磷含量≤0.6mg/L(以P计)，实验结果见表3。

表3 动态模拟实验结果

由上述动态实验结果可以看出，在水处理剂投加量8～12mg/L，水中总磷含量≤0.6mg/L(以 P计)情况下，该水处理剂具有优良的阻垢缓蚀性能，特别是在高浓缩倍数(3.0)下，阻垢率仍然可以达到90%以上。腐蚀速率和黏附速率都优于中石化动态模拟实验评价标准(腐蚀速率≤0.075mm/a，黏附速率≤15.0mcm［5］)。

3 结论

①通过静态、腐蚀挂片和动态实验表明，以PASP、HPA为主体，与聚丙烯酸类阻垢分散剂等进行复配，开发出的低磷环保型水处理剂具有优良的阻垢和缓蚀性能，适应于高硬度、高浓缩倍数的循环冷却水系统。②该低磷水处理剂，磷含量低，使用量小，总磷控制在≤0.6mg/L(以P计)情况下，其阻垢缓蚀效果优于中石化标准要求。污水排放符合国标GB8978－1996技术标准要求。③PASP、HPA等作为水处理剂的绿色化学品，建议要不断改进和完善制造工艺，降低生产成本，实现产业化生产，以此为基础，寻求开发更多符合环保要求的新型高效水处理剂。

［1］ 雷 玲，俞 斌.低磷高效水处理剂研究进展［J］.化工时刊，2004，18(12):22－24.

［2］ 熊蓉春，董雪玲，魏 刚..绿色生物高分子聚天冬氨酸的合成及其阻垢性能研究［J］.工业水处理，2001，21(1):17－20.

［3］ 欧洲专利，EP050792.

［4］ 栗田工业水处理药剂手册编委会、水处理药剂手册［M］.北京:中国石化出版社，1988.

［5］ 中国石油化工总公司.冷却水分析和试验方法［S］.1990.

Research of Low－Phosphorus Environment－Friendly Water Treatment Agent

LIU Yu－lin，WANG Xin－xiang
(Henan Chemical Industry Research Institute Co.Ltd，Zhengzhou 450052，China)

X703.5

A

1003－3467(2011)01－0042－02

2010－09－19

刘玉林(1963－)，男，高级工程师，从事水处理药剂的研究、开发工作，电话:13608685082。