绿色阻垢剂对循环水的混凝效果的影响研究

刘伟伟，付丽君，刘朝辉，喻　江（.华电电力科学研究院，浙江杭州30030；.黑龙江省电力科学研究院，黑龙江哈尔滨50030）



绿色阻垢剂对循环水的混凝效果的影响研究

刘伟伟1，付丽君2，刘朝辉1，喻江1
（1.华电电力科学研究院，浙江杭州310030；2.黑龙江省电力科学研究院，黑龙江哈尔滨150030）

摘要：通过实验研究了火电厂循环水中绿色阻垢剂对混凝剂混凝效果的影响以及阻垢剂的阻垢性能。实验主要研究的绿色阻垢剂是PASP和PESA，通过加入不同量的阻垢剂研究混凝时的沉降速度，矾花大小，以及上清液浊度，沉降速度、水的浊度和颜色等指标判断混凝效果。另外采用国家标准方法碳酸钙沉积法对聚天冬氨酸的阻垢效果进行实验研究。分别研究绿色阻垢剂在不同浓度、温度、pH值下，根据对循环水的阻垢率、处理后的硬度、碱度等指标判断阻垢效果。将PESA、PASP和MA-AA、HEDP进行正交复配，通过测其复配物的阻垢率，筛选出两组合适配比。

关键词：循环水；绿色阻垢剂；混凝；阻垢

0　引言

随着国民经济的发展，水资源危机越来越严峻[1]，水质逐渐恶化。为防止电厂循环冷却水系统中发生沉积物的析出、附着，设备腐蚀等现象，添加混凝剂和阻垢剂是一种有效的方法[2]。聚天冬氨酸（PASP）与聚环氧琥珀酸（PESA）作为绿色环保型水处理剂正日益得到广泛的应用，同时PASP和PESA对混凝剂的混凝效果又有着诸多影响[3～5]。因此研究阻垢剂的阻垢效率和其对混凝剂的混凝效果的影响为电厂循环水处理提供依据。

1　绿色阻垢剂对循环水的混凝影响实验

1.1原水水质分析

原水为某热电厂循环水，通过测定，所得结果与电厂提供的各项目结果相同。主要实验项目结果见表1。

表1　水质分析结果

1.2实验结果与讨论

1.2.1未加阻垢剂时的混凝实验结果

选用聚合硫酸铁作为混凝剂，在25℃室温下，在不加入任何阻垢剂时，根据不同聚铁加入量，测定矾花下降100mm所需的时间来评价聚铁的混凝效果，实验结果如图1所示。

由图1可知，增加混凝剂的加入量，矾花下降100mm所用时间先减小后增大。当聚铁加药量在35～45mg/L时矾花下降100mm所需时间均在15s以下，生成较大矾花且沉降速度很快，上清液澄清，无色，混凝效果最佳。当加药量继续增大时，混凝速度逐渐变慢且由于加入过多的聚铁使得上清液颜色发黄。

从沉降速度和矾花生成情况综合考察，混凝剂的最佳加药量的范围是35～45mg/L，但考虑经济性，聚铁宜选取的适宜加药量应为35mg/L。

1.2.2聚天冬氨酸对混凝效果的影响

在水样中先加入不同量的PASP，再加入35mg/L的混凝剂，观察加药后的混凝效果，实验结果见表2。

表2　PASP加药量对混凝效果的影响

由表2可知，随着PASP的加入量的增加，混凝过程沉降速度降低，形成沉淀越来越少，而且上清液颜色逐渐变浑浊，最后变成黄色。由此可知，加入PASP对混凝剂的混凝效果有不利影响，而且随着加入量的增加，混凝效果逐渐变差。

在水样中加入不同量的PASP和混凝剂之后，测其上清液的浊度。上清液的浊度与PASP加入量的关系如图2所示。

由图2可知，当混凝剂的加入量为35mg/L时，PASP加药量小于10mg/L时，对浊度的影响不大，浊度在原水浊度值附近波动。随着加药量的增大，上清液浊度缓慢上升，但上升幅度较小，最高达到3.5。当聚铁加入量为80mg/L时，PASP加药量增加后浊度会大于原水的浊度，随着阻垢剂的增加，对浊度的影响较大，随着PASP的加入量的增加，浊度增加相比较快，同时上清液中未能沉降颗粒状物体增多，颜色逐渐加深。实验结果表明阻垢剂的分散作用对浊度有着较大影响。

在水样中加入PASP和混凝剂后，观测混凝沉降时间的变化。聚铁的加药量分别为35mg/L和80mg/L，实验结果如图3所示。

由图3可知，当不加阻垢剂时，矾花下降100mm所需时间最短。加入阻垢剂后，沉降时间延长，当加药量达到4mg/L时，呈下降趋势，但下降率较小，当加入18mg/L时，矾花下降100mm所需时间仍远大于未加阻垢剂所需时间。在加入相同量的PASP下，对比加入35mg/L和80mg/L的混凝剂，可以看出加入80mg/L的聚铁，矾花沉降100mm所用时间更长。

1.2.3聚环氧琥珀酸对混凝效果的影响

在水样中先加入不同量的PESA，再加入35mg/L的混凝剂，观察加药后的混凝效果，实验结果见表3。

表3　PESA对混凝效果的影响

由表3可知，加入PESA影响混凝时沉淀的生成，同时使得上清液的颜色变黄。随着PESA的加药量的增加，生成的沉淀越来越少，上清液的颜色越来越深，由清澈变混浊再变为黄色。因此表明PESA对混凝效果呈反比，加入PESA的量越大，混凝效果越差。

在水样中加入一定量的PESA和混凝剂后，测其上清液的浊度。上清液浊度与PESA加入量的关系如图4所示。

由图4可得，加入PESA使得上清液的浊度增大。当聚铁加入量为35mg/L时，随着加药量的增加，浊度呈上升的趋势。当聚铁加药量为80 mg/L时，上清液浊度都大于不加阻垢剂时的浊度，但随着阻垢剂的增加无明显变化。同时随着PESA的增加，上清液中未能沉降的颗粒状物体增多，颜色加深变为淡黄色。

在水样中加入PESA和混凝剂后，观测混凝沉降时间的变化。聚铁的加药量分别为35mg/L和80mg/L，其实验结果如图5所示。

由图5可知，不加阻垢剂时矾花下降100mm所需时间最短，因此阻垢剂的加入会影响混凝的沉降速度。当聚铁加药量为35mg/L时，随着阻垢剂的增加，矾花下降100mm所需时间呈递减趋势；当聚铁为80mg/L时，无明显递减趋势，所需时间在35s附近波动。由此可以得出结论，阻垢剂的加入会使混凝沉降时间延长，随着加药量增加，沉降时间下降；当加药量增加到一定时，沉降时间几乎没有变化。

综上所述，加入阻垢剂上清液浊度变大，浊度随加药量增加而递增，进而使混凝剂的混凝效果变差。但增长幅度很小；实验表明绿色阻垢剂大部分都有与金属离子螯合的性质，当加入聚铁混凝剂时，阻垢剂会与其中的Fe3+螯合，消耗部分混凝剂，影响混凝的效果。

2　聚天冬氨酸与聚环氧琥珀酸阻垢性能实验

实验中所用试样为某热电厂循环冷却水，试样按3.5～4倍的浓缩倍率进行浓缩，实验水温为45℃和80℃。按照国标GB/T16632-1996《水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》。

2.1实验结果与分析

2.1.1温度对阻垢率的影响

向四组循环水样中分别加入阻垢剂PASP、PESA、MA-AA和HEDP。在不同温度下，静置10h，其阻垢率如图6所示。

由图6可知，阻垢剂PASE和PESA的阻垢率比MA-AA和HEDP的阻垢率高。当温度在60℃以下时，阻垢率都维持在较高水平；PASP、PESA和MA-AA在超过60℃时，阻垢率急剧下降；HEDP在超过70℃后才有明显下降，因此可以看出绿色阻垢剂耐温性能较低。绿色阻垢剂的适宜温度为20～60℃。

2.1.2 pH对阻垢率的影响

将水样蒸发浓缩3.5～4倍后，用氢氧化钠和盐酸调节试样pH，再分别加入阻垢剂PASP、PESA、MA-AA和HEDP，各阻垢剂加药量为6mg/L。恒温45℃静置10h，其阻垢率如图7所示。

由图7可知，PASP和PESA阻垢率比HEDP的阻垢率要大。当pH从6到12变化时，各阻垢剂的阻垢率先增大后减小，在pH约为8～9时达到最高，表明阻垢剂的适宜pH值为8.5。

2.1.3不同加药量对阻垢率的影响

将某热电厂循环水样蒸发浓缩3.5～4倍，分别加入阻垢剂PASP、PESA、MA-AA和HEDP，加药量从0到16mg/L变化。pH为8.5，按照国标法控制恒温在45℃，静置10h，其阻垢率如图8所示。

由图8可以知，随着加药量的增加，阻垢率增大，当加药量达到一定时，阻垢率达到最大值且不再随加药量的变化而改变。对比四种阻垢剂的阻垢率，PASP和PESA的阻垢效果优于MA-AA和HEDP。PASP和PESA阻垢效果相当，在加药为4mg/L时，阻垢率达到最大；而HEDP要加到12mg/L时阻垢率才达到最大，阻垢率增长相比较缓慢。因此可以分析出阻垢剂的适宜加药量为6～10mg/L。

2.1.4碱度对阻垢率的影响

将循环水蒸发浓缩后，通过加入NaHCO3，调节试样的碱度在200～1000mmol/L变化，然后分别加入阻垢剂PASP、PESA、MA-AA和HEDP，加药量定为6mg/L，pH调为8.5，控制恒温45℃，其阻垢率如图9所示。

由图9可知，增加碱度对PASP和PESA的阻垢率的影响很小，对MA-AA和HEDP有较大的影响，当碱度增加到1000mmol/L时，其阻垢率下降到50%。在同样条件下，PASP和PESA的阻垢率都要比另外两种阻垢剂高。

3　绿色阻垢剂的复配物阻垢性能实验

3.1实验内容

阻垢介质中有2种或2种以上的阻垢剂复配使用时，与原先单独使用时相比，阻垢作用显著增强，这种现象称为阻垢剂的协同效应。

本实验采用三因素三水平正交研究聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸分别和马来酸-丙烯酸、羟基亚乙基二膦酸共聚物之间的阻垢协同效应。按照复配配方加入相应量的阻垢剂在一定条件下对试样进行处理，然后采用国标法测其阻垢率，筛选出阻垢率最高的两组配比。

3.2实验结果与讨论

将聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸分别和马来酸-丙烯酸、羟基亚乙基二膦酸进行复配，测其阻垢效率。

第一组静态阻垢实验是PESA、PASP和MA-AA的复配，实验结果见表4。

表4　第一组PESA、MA-AA和PASP正交复配效果

第二组静态阻垢实验是PESA、PASP和HEDP的复配，其实验结果见表5。

表5　第二组PESA、HEDP和PASP正交复配效果

由表4和表5可知，PESA加入量为6mg/L时阻垢效果最佳，其中两组阻垢率分别达到95%和98%；PASP加药量为4mg/L时阻垢效果较好，有两组阻垢率分别达到92%和96%。因此，PESA、PASP和MA-AA的复配效果要比PESA、PASP和HEDP复配效果好。选取第一组第9号配方和第二组第7号配方为最佳组合方案，即加药量为PESA 6mg/L、MA-AA 4mg/L、PASP 3mg/L和PESA 6mg/L、PASP 6mg/L、HEDP 4 mg/L。

4　结语

（1）混凝剂加入量为30～45mg/L时混凝效果较好。绿色阻垢剂会增加水的浊度，使得混凝沉淀速度减小，矾花下降时间增加，同时绿色阻垢剂会与Fe3+离子发生螯合反应影响水的混凝效果，不利于水的混凝处理。

（2）聚天冬氨酸PASP与聚环氧琥珀酸PESA在80℃条件下阻垢率均较低。在温度为45℃条件下，当加药量为6mg/L时，两种阻垢剂的阻垢率都达到90%以上，具有良好的阻垢效果，能较好地阻止CaCO3垢的生成，因此PASP与PESA做为绿色环保型阻垢剂可以应用于电厂循环冷却水系统。

（3）pH对阻垢剂的性能有较大影响，PASP和PESA的最适宜pH为8.5，当pH较高或较低都不利于阻垢剂的阻垢效果；水样的碱度对绿色阻垢剂的阻垢率影响较小，对磷系阻垢剂有较大影响。

（4）阻垢剂的适宜加药量为6mg/L-10mg/L；在阻垢剂复配方案中，选取最佳两组复配方案为加药量为PESA 6mg/L、MA-AA 4mg/L、PASP 3mg/L和PESA 6mg/L、PASP 6mg/L、HEDP 4 mg/L，阻垢率分别为98% 和96%。

参考文献：

[1]李元培.火力发电厂水处理及水质控制[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]周伟生，杜启云，于瑞香，等.聚环氧琥珀酸在反渗透系统中阻垢效果的评价[J].工业水处理，2006，26（10）：58～60.

[3]陈颖敏，孙心利，吴静然.循环排污水回用中的磷系阻垢剂对混凝效果的影响及措施[J].热力发电，2010，39（1）：95～97.

[4] J Anastas P T，Waner T C. Green Chemistry：theory and practice[M].London：Oxford Science Publications，1998.

[5]王超，陈新萍，梁利民.绿色化学与缓蚀阻垢剂[J].化学与粘合，2001，（4）：171～173.

修回日期：2016-01-11

Effect of Green Scale Inhibitors on the Coagulation of Circulating Water

LIU Wei-wei1，FU Li-jun2，LIU Chao-hui1，YU Jiang1
（1. Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China；2. Heilongjiang Electric Power Research Institute，Harbin 150030，China）

Abstract：This article studied on the department of green scale inhibitors’effect on coagulation when circulating sewage water recovery in power plant and on anti-scaling performance of green scale inhibitor .PASP and PESA are mainly studied in this experiment. The green scale inhibitors’effect on coagulation is studied through these indicators such as the settling velocity，the alum size and the supernatant turbidity by adding different amounts of inhibitors. The scale inhibitor performance is studied using calcium carbonate deposition .Then the experiment research on the effect of temperature，pH and dosage. The combination of four agents PASP、PESA、MA-AA、HEDP is studied by orthogonal experimental to find the optimum proportion.

Key words：circulated cooling water；green scale inhibitor；coagulation；scale inhibition

收稿日期：2015-11-02

作者简介：刘伟伟（1986-），男，江苏南通人，硕士，工程师，主要从事电力化学技术工作。

中图分类号：TM621.8

文献标识码：B

文章编号：2095-3429（2016）01-0030-05

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.01.007