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影响循环水处理剂阻垢分散效果的主要因素

发布时间：2011/4/10 阅读次数：2105 字体大小: 【小】【中】【大】

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近年来，不同类型的水处理剂和配方不断涌现，为了最大限度地发挥水处理剂的作用，了解和研究水处理剂的适用条件和作用机理尤为重要。不少从事水处理技术研究和应用的技术人员对聚磷酸盐、有机磷酸盐和羧酸类聚合物等阻垢分散剂作过较为深入的研究^[1-3]，对这些阻垢分散剂的正确使用和新型阻垢分散剂的开发起到了促进作用。但是，对阻垢剂和复合缓蚀阻垢剂在使用中对阻碳酸钙和磷酸钙的阻垢分散性能影响因素尚缺少系统的研究，表现出同一种药剂在不同的循环水系统或在同一个循环水系统不同的时期处理效果相差甚远。为解释水处理剂在实际使用中出现的一些异常现象，正确掌握水处理剂的使用条件，有必要对目前常规使用的几种典型的水处理剂的影响因素作较为系统的研究。
　　本文通过核磁共振仪(NMR)仪对国内外在中国使用的9种典型的水处理剂的主要成分进行分析，由主要成分确定药剂类型；用静态阻垢试验方法研究药剂浓度、浊度、铁离子、钙硬和碱度以及杀菌剂等因素对这些药剂阻垢分散性能的影响，发现上述5个主要影响因素对不同类型药剂的阻垢分散性能影响是不大相同的。

1 试验方法

1.1 水质与药剂
　　水质：北京自来水钙硬100mg/L，碱度135mg/L)。
　　药剂：水处理剂全部取自循环水现场。
1.2　试验方法
　　分析方法：试验用水处理剂的主要成分分析采用瑞士Buuk公司生产的300M核磁共振仪(NMR)。
　　阻垢方法：阻碳酸钙垢按照中石化《冷却水分析和试验方法》中的401法。
　　阻磷酸钙垢按照中石化《冷却水分析和试验方法》中的402法。

2　阻垢分散剂的分类

　　对取自现场的35个国内外水处理剂样品，首先进行理化指标分析，进行初步分类，再用核磁共振和离子色谱对主要成分和结构进行鉴定，归结为9种类型具体如表1所示。第1类至第3类为共聚物型阻垢分散剂，第4类至第9类均为复合型缓蚀阻垢剂；进一步比较可以看出，第4类至第6类主要成分是单元高分子聚合物，第7类至第9类均含多元高分子共聚物。

3　阻垢分散效果的影响因素

3.1 药剂浓度的影响
　　药剂浓度是影响效果的主要因素之一。表2是药剂在各自推荐药剂浓度范围的阻垢分散效果。结果表明：9种不同类型药剂在３个浓度条件下对碳酸钙均有阻垢效果。在相同浓度下，复合剂的阻垢率大于单剂的阻垢率，主要是复合剂中的其它组分和聚合物之间存在协同作用。在一般条件下，HEDP与聚合物存在明显的协同效果。对聚合物单剂，含羟磺酸基团的阻垢效果优于其它类型效果，主要是因聚合物中的磺酸基团是强极性基团，有较强的分散作用。但对阻磷酸钙的情况与阻碳酸钙明显不同，1、4和7三类几乎没有阻磷酸钙的作用，其它六类在低浓度下阻垢效果很差，随浓度升高，阻垢效果明显增加，如第2、3、8和9四类。这种现象说明阻磷酸钙的作用机理与阻碳酸钙的作用机理是不相同的。王京等^[4]认为：阻垢剂对阻碳酸钙垢主要靠增溶和致畸，使碳酸钙不易形成晶体和晶体增大。但对阻磷酸钙不同，由于磷酸钙溶度积极小，极易形成晶体，阻垢剂对磷酸钙的增溶作用微不足道，只有那些能够分散已经形成晶体的阻垢分散剂，才能显示阻止磷酸钙形成水垢的作用，因此，对磷酸钙起作用主要靠药剂的分散能力。在一般条件下，含羟基、磺酸基的聚合物有较好的分散作用，因而表现出较好的阻磷酸钙的效果。

**表1 归类样品的主要成分**
药剂类型	主要成分
1	丙烯酸/多环芳烃磺酸盐
2	丙烯酸/烯丙基羟丙磺酸醚
3	丙烯酸/甲基丙烯酸羟丙酯
4	聚丙烯酸/HEDP/Zn²⁺
5	聚丙烯酸/PBTC/Zn²⁺
6	聚丙烯酸/聚氧乙烯醚酸酯/Zn²⁺
7	丙烯酸和马来酸酐共聚物/PBTC/Zn²⁺
8	丙烯酸和AMPS共聚物/HEDP/PBTC/Zn²⁺
9	丙烯酸和羟丙磺酸醚共聚物/HEDP/PO₄^3-/Zn²⁺

**表2 不同类型药剂在不同浓度下的阴垢率 %**
药剂类型	不同浓度时的阻垢率
	30(10)		30(10)		30(10)
	碳酸钙	磷酸钙	碳酸钙	磷酸钙	碳酸钙	磷酸钙
1	16.2	0.0	16.8	1.2	32.6	6.0
2	51.3	6.5	55.1	90.7	69.4	93.8
3	19.8	7.7	39.0	100.0	41.2	97.9
4	76.4	2.1	78.2	4.4	79.9	7.2
5	82.3	4.9	85.7	9.1	87.6	29.6
6	83.1	39.3	85.9	38.6	86.0	39.3
7	83.6	3.4	83.7	3.3	87.1	4.5
8	87.6	27.4	93.3	93.2	94.0	95.8
9	77.8	49.7	83.0	63.8	83.5	91.1
说明:括号中的深度指第1、2、和3类药剂深度

3.2 浊度的影响
　　表3是浊度对9类药剂阻碳酸钙垢和阻磷酸钙垢效果影响的结果。表3数据说明，浊度对第3、4、和7三类药剂的阻碳酸钙垢效果基本无影响，对第5、6、8和9四类药剂阻碳酸钙垢效果有负面影响，且随浊度增加，这些药剂阻碳酸钙垢效果下降，但对第1和2两类药剂阻碳酸钙垢效果有增效作用，随浊度升高阻碳酸钙垢效果有所增加。比较这些差异可以看出，单剂的阻碳酸钙垢效果受浊度的影响较小，多数复合剂阻碳酸钙垢效果受浊度的影响较大；浊度对阻磷酸钙垢效果的影响大于阻碳酸钙垢效果，如第2、3、8和9四类药剂，阻磷酸钙垢效果随浊度的增加而大幅度下降，在使用时应控制循环水的浊度在10mg/L以内。这个现象也说明药剂的阻碳酸钙主要是增溶和致畸作用，阻磷酸钙垢主要是分散作用。

**表3 不同浊度下药剂的阻垢分散效果**
药剂类型	不同浊度下的阻垢率
	0 mg/L		10mg/L		30mg/L		50mg/L
	碳酸钙	磷酸钙	碳酸钙	磷酸钙	碳酸钙	磷酸钙	碳酸钙	磷酸钙
1	16.8	1.2	17.8	0.0	22.9	0.0	39.1	0.0
2	55.1	90.7	58.1	86.8	57.7	64.4	66.3	52.7
3	39.0	100.0	33.3	90.4	33.5	76.1	33.6	66.5
4	78.2	4.4	76.2	4.7	76.0	9.0	75.9	6.7
5	85.7	9.1	82.4	9.0	72.4	8.0	69.9	9.1
6	85.9	38.6	80.3	38.0	76.9	31.0	74.8	29.3
7	83.7	3.3	83.1	0.0	82.3	0.0	81.5	0.0
8	93.3	93.2	85.9	90.0	81.7	87.1	77.6	78.3
9	83.0	63.8	79.4	63.0	72.0	57.3	68.6	57.0

3.3 铁离子的影响
　　循环水中常常因金属腐蚀使铁离子浓度增加，特别是使用强腐蚀性水质的循环水系统和有物料泄漏系统，铁离子浓度有时高达5mg/L。铁离子对不同类型药剂的阻垢分散效果如表4所示。表4数据表明：铁离子除对第4和9两类药剂阻碳酸钙垢效果的影响很小外，对其它七类药剂阻碳酸钙垢的影响巨大，且随铁离子浓度增加，阻碳酸钙垢效果大幅度下降；铁离子对所有的九类药剂的阻磷酸钙垢均有巨大影响，随铁离子浓度增加，阻磷酸钙垢的效果大幅度下降。这些结果说明循环水中铁离子对阻垢分散作用是一种十分有害的离子，在使用中应尽可能控制铁离子浓度小于1mg/L。

**表4 铁离子对药剂的阻垢分散效果的影响　　 %**
药剂类型	不同铁离子含量时的阻垢率
	0 mg/L		1mg/L		3mg/L		5mg/L
	碳酸钙	磷酸钙	碳酸钙	磷酸钙	碳酸钙	磷酸钙	碳酸钙	磷酸钙
1	16.8	1.2	16.3	0.0	2.4	0.0	3.0	0.0
2	55.1	90.7	31.5	0.0	21.0	0.0	8.3	0.0
3	39.0	100.0	34.8	93.2	25.6	92.6	24.1	4.0
4	78.2	4.4	78.0	4.7	78.7	5.9	75.6	6.1
5	85.7	9.1	76.4	5.9	69.3	4.0	67.8	5.0
6	85.9	38.6	76.3	38.0	44.6	32.5	37.7	23.1
7	83.7	3.3	71.6	3.6	67.0	4.1	65.3	0.0
8	93.3	93.2	91.8	87.7	89.5	87.4	87.6	66.8
9	83.0	63.8	77.0	63.0	68.7	59.9	51.7	49.8

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