新型低硬度水缓蚀阻垢剂TH-682D的性能及应用研究

田忠伟，贺茂才*，宋盟盟，高灿柱

（1.山东省泰和水处理有限公司，山东 枣庄277100；2.山东大学 环境科学与工程学院，山东 济南 250100）

随着我国经济的发展，水资源短缺和水环境污染的问题日益显现，节约用水已成为我国可持续发展的必然要求。对占工业用水量70%的冷却水进行浓缩循环使用是节水、节能、减排、降耗的有效措施[1]。目前，国内工业循环冷却水处理设计规范要求浓缩倍数一般不小于3倍，而提高补充水的浓缩倍数并循环使用则需要在系统中投加缓蚀阻垢剂来控制腐蚀和结垢。而对于东南和东北地区的补充水多为软水或低硬度水质，水中Ca2+、Mg2+含量低，结垢问题不严重，腐蚀成为主要问题，补充水经浓缩3倍后特别容易导致腐蚀。因此，为解决软水和低硬度水的腐蚀和结垢问题，同时使产品的应用更有针对性，本课题组经多次试验和现场应用，研制了绿色环保型软水和低硬度水缓蚀阻垢剂TH-682D，并实现了工业化生产、销售和应用[2，3]。

本文分别通过考察梯度浓度下各种缓蚀阻垢剂的 CaCO3阻垢率（参照GB/T 16632-2008），通过与常规缓蚀阻垢剂ATMP和HEDP对比来说明TH-682D阻垢性能。此外，通过对现场补充水的CaCO3、CaSO4等钙垢的阻垢率试验考察了TH-682D对现场水的阻垢效果。还参照GB/T 18175-2000标准考察了阻垢缓蚀剂TH-682D对现场补充水的碳钢和铜的缓蚀效果[4]，以评价其缓蚀性能。并通过在黑龙江一家电厂进行了现场应用，证明了TH-682D在低硬度循环冷却水中具有良好的阻垢和缓蚀效果。而且TH-682D不含亚硝酸盐、铬酸盐等有毒物质，对环境无污染，符合水处理剂绿色、环保的发展方向。

1 药剂组成及阻垢缓蚀机理

缓蚀阻垢剂TH-682主要由特殊界面活性剂、聚羧酸、高效分散剂、络合物、缓蚀剂等组成，适用于低硬度水作冷却介质的系统。利用有机膦酸对垢的螯合、增溶、晶格畸变等作用和聚羧酸对垢的增溶、晶格畸变、静电斥力等作用，使之能够有效地控制结垢。此外，绿色环保型低硬度水缓蚀阻垢剂TH-682D是一种混合型缓蚀剂，主要通过抑制金属的极化起到缓蚀作用。利用缓蚀剂和络合物的负离子在金属表面形成一种不溶性的稳定络合物，络合物吸附在碳钢等金属表面上形成了一层惰性、稳定的保护膜。这种膜电阻大并能使金属和水中的腐蚀介质隔离，从而起到抑制腐蚀的作用[3，5，6]。缓蚀阻垢剂TH-682不含亚硝酸盐、铬酸盐等有毒物质，对环境无污染。缓蚀阻垢剂TH-682正常使用时对碳钢腐蚀速率远低于国家标准。对Cl-高于300mg·L-1，同时钙镁含量高的腐蚀性水的缓蚀效果同样达标，阻垢性能优良。

2 实验部分

2.1 材料与仪器

试验用试剂均为分析级；水为二次反渗透水；阻垢缓蚀剂 TH-682D（30%）、ATMP（50%）和 HEDP（50%）均为山东省泰和水处理有限公司产品；除特别说明，投加的阻垢缓蚀剂均以商品计。

缓蚀试验仪器（江苏高邮仪器厂）；RCC-I型旋转挂片腐蚀测定仪。

2.2 试验方法

TH-682D、ATMP和HEDP的碳酸钙阻垢试验，参照标准GB/T 16632-2008《水处理剂阻垢性能的测定-碳酸钙沉积法》通过一系列药剂量的TH-682D、ATMP和HEDP的阻垢试验，考察3种药剂的阻垢效果。

TH-682D对现场补充水的钙垢阻垢试验也参照标准GB/T 16632-2008《水处理剂阻垢性能的测定-碳酸钙沉积法》，考察TH-682D对钙垢的阻垢效果。

TH-682D缓蚀试验参照GB/T18175-2000《水处理剂缓蚀性能测定——旋转挂片法》。

2.3 阻垢试验

2.3.1 静态碳酸钙阻垢试验-GB/T 16632-2008 TH-682D、ATMP和HEDP的静态碳酸钙阻垢试验参照GB/T 16632-2008标准。考察相同浓度下3种药剂的阻垢率高低，加药量为 1、2、3、4、5、6mg·L-1（干基）。

图1 静态阻垢试验结果Fig.1 Results of static scale inhibition test

由图1可知，3种缓蚀阻垢剂中，TH-682D的静态阻CaCO3垢效果最好，在同一药剂浓度下均高于HEDP和ATMP的阻垢率。此外TH-682D的磷含量最低，符合低磷环保的要求。

2.3.2 现场水阻垢试验-Q/SY 126-2007 在标准GB/T 16632-2008下，TH-682D的静态阻垢效果好。因此，在软水和低硬度水质中，TH-682D也应该具有良好的阻垢效果。对此，选择黑龙江一电厂的补充水为试验水质（水质分析见表1），参考标准GB/T 16632-2008进行试验。在加热条件下，促使Ca（HCO3）2加速分解为CaCO3。达到平衡后测定试液中的Ca2+浓度。通过前期Ca2+含量与试验后Ca2+的含量进行对比，Ca2+度愈大，则该水处理剂的阻垢性能愈好，以此评价TH-682D对现场水的阻垢效果。

参照标准GB/T 16632-2008，按补充水加药量为30mg·L-1。经分析，TH-682D对钙垢的阻垢率为98.36%。因此，TH-682D对低硬度水具有良好的阻垢效果。

通过以上试验结果可知，TH-682D具有良好的阻垢效果，能够满足低硬度水质的阻垢要求。

2.4 缓蚀试验

分别进行TH-682D对碳钢和铜的缓蚀试验，方法参照GB/T 18175-2000，按补充水一次性加药30mg·L-1，其水质参数见表 1。

表1 补充水水质分析Tab.1 Water quality analysis of feeding water

试验条件：温度（50±1）℃，试片材质为A3碳钢、不锈钢和铜，面积为 28cm2，转速 90r·min-1，试验时间72h，试片不经过预膜处理，试验水为补充水。

缓蚀试验结果见表2。

表2 TH-682D对碳钢和铜的缓蚀试验结果Tab.2 Corrosion results of TH-682D for carbon steel and copper

TH-682D对碳钢、铜的腐蚀速率分别为0.0155、0.0012mm·a-1，对两种材质的单一腐蚀速率和平均腐蚀速率均符合GB50050-2007的要求（碳钢＜0.075mm·a-1，铜材质＜0.005mm·a-1）。因此，在此低硬度水质中，TH-682D对碳钢、铜量种材质均具有良好的缓蚀效果。

3 现场应用

水处理剂的应用效果与循环水的现场运行条件密切相关。TH-682D对低硬度水的阻垢和缓蚀效果优异。因此，在黑龙江一家电厂进行了现场应用，该厂补充水水质见表1，循环水浓缩至3～4倍。

向系统投加TH-682D，并进行长时间的现场监测，按补充水加药量为30mg·L-1，循环水中有机磷控制在2.0～4.0mg·L-1之间，其缓蚀结果见表3。

表3 电厂循环冷却水缓蚀试验结果Tab.3 Results of corrosion test in circulating cooling water of power plant

由表3结果表明，使用TH-682D 12个月，电厂运行良好。检修发现循环水管道及冷凝汽器管壁状况良好，循环水池悬挂的碳钢和铜挂片表面光滑，无明显腐蚀和结垢现象，其平均腐蚀速率分别为0.0202、0.0017mm·a-1，单一腐蚀速率和平均腐蚀速率均符合GB50050-2007的要求。

4 结论

（1）依据标准GB/T 16632-2008进行碳酸钙阻垢试验，在同一浓度下，低硬度水缓蚀阻垢剂TH-682D的碳酸钙阻垢率均高于ATMP和HEDP，其阻垢效果显著优于HEDP和ATMP。

（2）依据标准GB/T 16632-2008进行现场水阻垢试验，TH-682D的钙垢阻垢率为98.36%，阻垢效果良好，符合应用要求。

（3）缓蚀试验说明TH-682D对低硬度水中的碳钢、铜均具有良好的缓蚀效果，其腐蚀速率分别为 0.0155、0.0012mm·a-1，均符合 GB50050-2007 要求。

（4）通过在黑龙江一家电厂现场应用12个月，电厂运行良好，证明了TH-682D对低硬度、高浓缩倍数的循环水系统具有良好的缓蚀和阻垢效果。这对于解决东南和东北地区循环冷却水严重的腐蚀问题，具有重要的意义。

[1] 郑书忠.循环冷却水水质及水处理剂标准应用指南[M].北京:化学工业出版社,2003.

[2] GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》[S].中华人民共和国建设部,北京:中国计划出版社出版,2008.

[3] 周本省.工业水处理技术（第二版）[M].北京:化学工业出版社,2002.

[4] GB/T18175-2000《水处理剂缓蚀性能的测定-旋转挂片法》[S].国家质量技术监督局,北京,2000.7-12.

[5] 鲍其鼐.我国循环冷却水处理30年[J].工业水处理,2010,30（12）:6-14.

[6] 赵曦,魏刚.有机膦系预膜剂在碳钢表面的成膜机理[J].中国腐蚀与防护学报,2007,27（3）:147-150.