无磷缓蚀阻垢剂的应用研究

李　巍，窦泽权

（1.天津市南开中学，天津300100，2.天津科维津宏环保科技有限公司，天津300401）



无磷缓蚀阻垢剂的应用研究

李巍1，窦泽权2

（1.天津市南开中学，天津300100，2.天津科维津宏环保科技有限公司，天津300401）

针对神华煤化工某循环水系统的特点，模拟现场运行水质，通过静态阻垢分散实验、旋转挂片腐蚀实验、动态阻垢缓蚀实验开发出采用新型羧酸类共聚物接枝天然高分子化合物和聚环氧琥珀酸为主要成分的无磷水处理药剂。与传统含磷药剂和无磷药剂实验比较，新型无磷水处理药剂缓蚀、阻垢处理性能均优于传统含磷配方药剂，在煤化工循环水系统现场应用，取得良好的处理效果。

无磷；阻垢；缓蚀；煤化工

神华煤化工某循环水系统，循环量1.2万t/h，由于采取工业园区零排放循环用水方式运行，其循环水中氯离子近500mg/L，电导率5 000μS/cm，钙离子250～350mg/L，具有水体腐蚀性强，水质变化较大的特点。原采用磷系处理药剂，总磷控制在4～6 mg/L，排水中的磷对后续循环处理带来压力，同时对微泄露的循环水系统易引起爆发性的菌藻滋生，进而影响循环水系统的正常运行。

笔者针对该系统循环水质特点，进行了无磷缓蚀阻垢水处理药剂的研究，开发出新型不含磷的羧酸类共聚物接枝天然高分子化合物TM-7010，并将其与聚环氧琥珀酸（PESA）复配组成无磷水处理药剂使用，该药剂具有良好的缓蚀及阻垢效果。

1　实验部分

模拟现场水质，通过静态阻垢、静态腐蚀以及动态模拟实验，研发出最佳的无磷缓蚀阻垢药剂。

1.1主要仪器和药剂

仪器：pH-3C型pH计，上海雷磁公司；KZC-Ⅱ型阻垢性能测试仪，摩天公司；752N型紫外可见光分光光度计，上海精科公司；RCC-Ⅲ型旋转挂片腐蚀实验仪；QYDM型动态模拟实验装置，高邮市秦邮仪器公司；DDS-ⅡA型电导仪，上海雷磁公司。

药剂：羟基亚乙基二膦酸（HEDP），2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸（PBTC），TM-7010（马来酸酐、丙烯酸和缓蚀单体为主体的多元共聚物），聚环氧琥珀酸（PESA），聚丙烯酸（PAA），水解聚马来酸酐（HPMA），磺酸基团丙烯酸，酯类三元共聚物，AA/ AMPS共聚物，天津科维津宏环保科技有限公司；3DT系列2#，纳尔科环保技术公司；六偏磷酸钠，氯化锌，氯化钙，碳酸氢钠，市售，均为分析纯。

1.2实验方法

阻垢实验：目前常用的无磷阻垢剂主要使用聚合物〔1-2〕，包括PESA、PAA、HPMA等。对含磷药剂与新配制的无磷水处理剂进行静态阻垢实验，考察在不同使用浓度下的药剂阻垢性能。测定阻垢性能依据《水处理阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》（GB/ T 16632—2008）。

缓蚀实验：采用煤化工企业现场循环水质，考察无磷配方药剂的缓蚀效果，并与含磷缓蚀药剂性能对比。实验依据《水处理剂缓蚀性能测定旋转挂片法》（GB/T 18175—2000）进行测定，通过分析腐蚀实验前后Zn2+浓度，考察药剂的稳定Zn2+性能和配合浓度。

动态实验：根据《冷却水动态模拟实验方法》模拟现场循环水系统进行动态模拟实验〔3〕。

2　实验结果与讨论

2.1阻垢性能对比

将PESA+TM-7010复合配方药剂与传统配方药剂进行静态阻垢实验对比，试验水质模拟煤化工现场运行的水质情况：Ca2+350mg/L，电导率5 000 μS/cm，总碱度300mg/L，Cl-500mg/L，结果见表1。

表1　静态阻垢实验结果

含磷药剂控制总磷在4～10mg/L。

从表1可以看出，对比含PESA无磷药剂和传统含磷药剂，PESA+TM-7010无磷配方药剂在阻垢性能上与含PBTC的含磷药剂相当，好于以HEDP为阻垢剂的含磷药剂，好于PESA与常见分散剂配合AA/AMPS的无磷药剂，PESA与TM-7010协同阻垢效能更佳。

同时从投加浓度增加后处理效果看，在PESA+ TM-7010药剂质量浓度达到40mg/L以上后，阻垢效果趋于平缓，并已达到较好的静态阻垢水平。

2.2新型无磷处理剂的缓蚀处理效果

控制实验水质：电导率5 000μS/cm，氯离子500 mg/L，碱度250mg/L，钙离子250mg/L，Zn2+2.0mg/L。在此条件下，PESA+TM-7010在20、30、40、50、60 mg/L投加质量浓度下对碳钢的腐蚀速率分别为0.113、0.088、0.032、0.031、0.028 mm/a，对不锈钢的腐蚀速率分别为0.001、0.001、0、0、0mm/a。

可以看出，在该水质下配合2.0mg/LZn2+，PESA+ TM-7010的缓蚀效果随投加浓度的增加而提高，在药剂投加质量浓度为40mg/L时，碳钢缓蚀效果已符合《工业循环冷却水处理设计规范》（GB 50050—2007）中对碳钢腐蚀速率＜0.075mm/a，不锈钢＜0.005 mm/a的规定，达到良好的缓蚀处理水平。

同时对比了PESA+TM-7010与传统含磷药剂配方的缓蚀结果，控制实验水质：电导率5 000μS/cm，氯离子500mg/L，碱度250mg/L，钙离子250mg/L，Zn2+2.0mg/L，药剂投加质量浓度50mg/L，结果见表2。

表2　旋转挂片腐蚀对比实验mm/a

由表2可以看出，PESA+TM-7010对碳钢的缓蚀效果优于传统含磷药剂，与纳尔科3DT无磷药剂水平持平，所有药剂对不锈钢与黄铜的缓蚀效果在试验中都合格。在PESA+TM-7010投加质量浓度40mg/L，pH 7.8～8.2条件下，实验还考察了48 h内Zn2+的实验残存含量，结果表明，在该水质环境下，投加1.5～2.0mg/L Zn2+即可满足缓蚀处理效果，投加2.0mg/LZn2+可达到优良的缓蚀处理效果。

2.3动态模拟实验结果

动态模拟实验时，按现场循环水状况控制模拟循环水水质：pH 7.8～8.3、电导率＜5 000μS/cm，钙离子＜350mg/L，总碱度＜250mg/L，钙硬度+总碱度（以碳酸钙计）＜1100mg/L，总铁＜1mg/L，Zn2+0.5～1.5mg/L，Cl-＜600mg/L。结果显示，换热管腐蚀速率0.024mm/a、换热管黏附速率5.41 mcm、碳钢腐蚀速率0.034 mm/a、黄铜腐蚀速率0.001mm/a、不锈钢腐蚀速率0。可以看出，PESA+TM-7010为主的新型复配药剂缓蚀、阻垢效果达到循环水处理要求，并处于优秀水平〔3〕。

3　现场应用效果

2015年该药剂配方在煤化工循环水系统使用1 a，全年水质及挂片腐蚀率结果表明，腐蚀速率合格率达到100%，其中对碳钢取得了良好的缓蚀效果，并解决了在较高氯离子质量浓度（Cl-500mg/L）下，原采用磷系药剂的不锈钢腐蚀速率超标问题。现场监测换热器黏附速率监测结果表明，现场阻垢处理效果良好，换热设备检修期目测，换热管无结垢现象。

在投加PESA+TM-7010无磷药剂后，与以前采用含磷药剂比较，循环水系统中的生物黏泥量下降，说明采用无磷配方药剂，降低了水中营养物质的含量，相对降低循环水中生物繁殖速度，为系统杀菌处理提供了更好的处理环境。

4　结论

通过静态阻垢、缓蚀分散实验以及动态模拟实验，筛选出以新型缓蚀药剂TM-7010和PESA为主的新型无磷水处理药剂，该药剂具有良好阻垢、缓蚀处理效果，经过现场使用，可满足煤化工循环水系统处理要求，达到无磷安全运行目的。

［1］张建枚，潘亚男.无磷水处理配方中阻垢分散剂的选择［J］.工业水处理，2015，35（2）：68-70.

［2］陶武荣，陈博武，季淑浥，等.无磷循环冷却水处理药剂的研究开发［J］.工业水处理，2011，31（8）：72-73.

［3］郑书忠，朱传俊，魏静，等.工业水处理水质分析及药剂质量性能

评价实用手册［M］.北京：中国标准出版社，2015：300-394.

Re?search on the app lication ofnon-phosphorus corrosion and scale inhibitors

LiWei1，Dou Zequan2
（1.Tianjin NankaiHigh School，Tianjin 300100，China；2.Tianjin Keweijinhong Environmental Protection Science and Technology Co.，Ltd.，Tianjin 300402，China）

Aimingat the characteristicsofa circulatingwater in Shenhua coal chemical industry，thewaterquality in the running spot field issimulated.Through static scale inhibition&dispersion test，rotary coupon corrosion testand dynamic scales inhibitor&dispersant test，a kind of non-phosphorus water treatment agent has been developed，using a new type of carboxylic acid copolymer grafted on to natural high molecular compounds and PESA asmain components.Compared with traditional phosphorus-containing agents and non-phosphorus agents，the results show that its corrosion inhibition and scale inhibition capacities are both better than that of traditional phosphoruscontaining formulated agents.Good treatmenteffects are obtained according to its application to circulatingwater in coal chemical industry spot fields.

non-phosphorus；scale inhibition；corrosion inhibition；coal chemical industry

TQ085+.412

A

1005-829X（2016）07-0068-03

李巍（1998—），电话：13821155012，E-mail：jhhgch@ 163.com。通讯作者：窦泽权，电话：13011350527，E-mail：13011350527@163.com。

2016-05-06（修改稿）