新型低硬度水緩蝕阻垢劑TH-682D的性能及應(yīng)用研究

田忠偉，賀茂才*，宋盟盟，高燦柱

（1.山東省泰和水處理有限公司，山東 棗莊277100；2.山東大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源短缺和水環(huán)境污染的問題日益顯現(xiàn)，節(jié)約用水已成為我國可持續(xù)發(fā)展的必然要求。對占工業(yè)用水量70%的冷卻水進(jìn)行濃縮循環(huán)使用是節(jié)水、節(jié)能、減排、降耗的有效措施[1]。目前，國內(nèi)工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范要求濃縮倍數(shù)一般不小于3倍，而提高補(bǔ)充水的濃縮倍數(shù)并循環(huán)使用則需要在系統(tǒng)中投加緩蝕阻垢劑來控制腐蝕和結(jié)垢。而對于東南和東北地區(qū)的補(bǔ)充水多為軟水或低硬度水質(zhì)，水中Ca2+、Mg2+含量低，結(jié)垢問題不嚴(yán)重，腐蝕成為主要問題，補(bǔ)充水經(jīng)濃縮3倍后特別容易導(dǎo)致腐蝕。因此，為解決軟水和低硬度水的腐蝕和結(jié)垢問題，同時使產(chǎn)品的應(yīng)用更有針對性，本課題組經(jīng)多次試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用，研制了綠色環(huán)保型軟水和低硬度水緩蝕阻垢劑TH-682D，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)、銷售和應(yīng)用[2，3]。

本文分別通過考察梯度濃度下各種緩蝕阻垢劑的 CaCO3阻垢率（參照GB/T 16632-2008），通過與常規(guī)緩蝕阻垢劑ATMP和HEDP對比來說明TH-682D阻垢性能。此外，通過對現(xiàn)場補(bǔ)充水的CaCO3、CaSO4等鈣垢的阻垢率試驗(yàn)考察了TH-682D對現(xiàn)場水的阻垢效果。還參照GB/T 18175-2000標(biāo)準(zhǔn)考察了阻垢緩蝕劑TH-682D對現(xiàn)場補(bǔ)充水的碳鋼和銅的緩蝕效果[4]，以評價其緩蝕性能。并通過在黑龍江一家電廠進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，證明了TH-682D在低硬度循環(huán)冷卻水中具有良好的阻垢和緩蝕效果。而且TH-682D不含亞硝酸鹽、鉻酸鹽等有毒物質(zhì)，對環(huán)境無污染，符合水處理劑綠色、環(huán)保的發(fā)展方向。

1 藥劑組成及阻垢緩蝕機(jī)理

緩蝕阻垢劑TH-682主要由特殊界面活性劑、聚羧酸、高效分散劑、絡(luò)合物、緩蝕劑等組成，適用于低硬度水作冷卻介質(zhì)的系統(tǒng)。利用有機(jī)膦酸對垢的螯合、增溶、晶格畸變等作用和聚羧酸對垢的增溶、晶格畸變、靜電斥力等作用，使之能夠有效地控制結(jié)垢。此外，綠色環(huán)保型低硬度水緩蝕阻垢劑TH-682D是一種混合型緩蝕劑，主要通過抑制金屬的極化起到緩蝕作用。利用緩蝕劑和絡(luò)合物的負(fù)離子在金屬表面形成一種不溶性的穩(wěn)定絡(luò)合物，絡(luò)合物吸附在碳鋼等金屬表面上形成了一層惰性、穩(wěn)定的保護(hù)膜。這種膜電阻大并能使金屬和水中的腐蝕介質(zhì)隔離，從而起到抑制腐蝕的作用[3，5，6]。緩蝕阻垢劑TH-682不含亞硝酸鹽、鉻酸鹽等有毒物質(zhì)，對環(huán)境無污染。緩蝕阻垢劑TH-682正常使用時對碳鋼腐蝕速率遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)。對Cl-高于300mg·L-1，同時鈣鎂含量高的腐蝕性水的緩蝕效果同樣達(dá)標(biāo)，阻垢性能優(yōu)良。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 材料與儀器

試驗(yàn)用試劑均為分析級；水為二次反滲透水；阻垢緩蝕劑 TH-682D（30%）、ATMP（50%）和 HEDP（50%）均為山東省泰和水處理有限公司產(chǎn)品；除特別說明，投加的阻垢緩蝕劑均以商品計。

緩蝕試驗(yàn)儀器（江蘇高郵儀器廠）；RCC-I型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕測定儀。

2.2 試驗(yàn)方法

TH-682D、ATMP和HEDP的碳酸鈣阻垢試驗(yàn)，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16632-2008《水處理劑阻垢性能的測定-碳酸鈣沉積法》通過一系列藥劑量的TH-682D、ATMP和HEDP的阻垢試驗(yàn)，考察3種藥劑的阻垢效果。

TH-682D對現(xiàn)場補(bǔ)充水的鈣垢阻垢試驗(yàn)也參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16632-2008《水處理劑阻垢性能的測定-碳酸鈣沉積法》，考察TH-682D對鈣垢的阻垢效果。

TH-682D緩蝕試驗(yàn)參照GB/T18175-2000《水處理劑緩蝕性能測定——旋轉(zhuǎn)掛片法》。

2.3 阻垢試驗(yàn)

2.3.1 靜態(tài)碳酸鈣阻垢試驗(yàn)-GB/T 16632-2008 TH-682D、ATMP和HEDP的靜態(tài)碳酸鈣阻垢試驗(yàn)參照GB/T 16632-2008標(biāo)準(zhǔn)?？疾煜嗤瑵舛认?種藥劑的阻垢率高低，加藥量為 1、2、3、4、5、6mg·L-1（干基）。

圖1 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Results of static scale inhibition test

由圖1可知，3種緩蝕阻垢劑中，TH-682D的靜態(tài)阻CaCO3垢效果最好，在同一藥劑濃度下均高于HEDP和ATMP的阻垢率。此外TH-682D的磷含量最低，符合低磷環(huán)保的要求。

2.3.2 現(xiàn)場水阻垢試驗(yàn)-Q/SY 126-2007 在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16632-2008下，TH-682D的靜態(tài)阻垢效果好。因此，在軟水和低硬度水質(zhì)中，TH-682D也應(yīng)該具有良好的阻垢效果。對此，選擇黑龍江一電廠的補(bǔ)充水為試驗(yàn)水質(zhì)（水質(zhì)分析見表1），參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16632-2008進(jìn)行試驗(yàn)。在加熱條件下，促使Ca（HCO3）2加速分解為CaCO3。達(dá)到平衡后測定試液中的Ca2+濃度。通過前期Ca2+含量與試驗(yàn)后Ca2+的含量進(jìn)行對比，Ca2+度愈大，則該水處理劑的阻垢性能愈好，以此評價TH-682D對現(xiàn)場水的阻垢效果。

參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16632-2008，按補(bǔ)充水加藥量為30mg·L-1。經(jīng)分析，TH-682D對鈣垢的阻垢率為98.36%。因此，TH-682D對低硬度水具有良好的阻垢效果。

通過以上試驗(yàn)結(jié)果可知，TH-682D具有良好的阻垢效果，能夠滿足低硬度水質(zhì)的阻垢要求。

2.4 緩蝕試驗(yàn)

分別進(jìn)行TH-682D對碳鋼和銅的緩蝕試驗(yàn)，方法參照GB/T 18175-2000，按補(bǔ)充水一次性加藥30mg·L-1，其水質(zhì)參數(shù)見表 1。

表1 補(bǔ)充水水質(zhì)分析Tab.1 Water quality analysis of feeding water

試驗(yàn)條件：溫度（50±1）℃，試片材質(zhì)為A3碳鋼、不銹鋼和銅，面積為 28cm2，轉(zhuǎn)速 90r·min-1，試驗(yàn)時間72h，試片不經(jīng)過預(yù)膜處理，試驗(yàn)水為補(bǔ)充水。

緩蝕試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 TH-682D對碳鋼和銅的緩蝕試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Corrosion results of TH-682D for carbon steel and copper

TH-682D對碳鋼、銅的腐蝕速率分別為0.0155、0.0012mm·a-1，對兩種材質(zhì)的單一腐蝕速率和平均腐蝕速率均符合GB50050-2007的要求（碳鋼＜0.075mm·a-1，銅材質(zhì)＜0.005mm·a-1）。因此，在此低硬度水質(zhì)中，TH-682D對碳鋼、銅量種材質(zhì)均具有良好的緩蝕效果。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

水處理劑的應(yīng)用效果與循環(huán)水的現(xiàn)場運(yùn)行條件密切相關(guān)。TH-682D對低硬度水的阻垢和緩蝕效果優(yōu)異。因此，在黑龍江一家電廠進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，該廠補(bǔ)充水水質(zhì)見表1，循環(huán)水濃縮至3～4倍。

向系統(tǒng)投加TH-682D，并進(jìn)行長時間的現(xiàn)場監(jiān)測，按補(bǔ)充水加藥量為30mg·L-1，循環(huán)水中有機(jī)磷控制在2.0～4.0mg·L-1之間，其緩蝕結(jié)果見表3。

表3 電廠循環(huán)冷卻水緩蝕試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Results of corrosion test in circulating cooling water of power plant

由表3結(jié)果表明，使用TH-682D 12個月，電廠運(yùn)行良好。檢修發(fā)現(xiàn)循環(huán)水管道及冷凝汽器管壁狀況良好，循環(huán)水池懸掛的碳鋼和銅掛片表面光滑，無明顯腐蝕和結(jié)垢現(xiàn)象，其平均腐蝕速率分別為0.0202、0.0017mm·a-1，單一腐蝕速率和平均腐蝕速率均符合GB50050-2007的要求。

4 結(jié)論

（1）依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16632-2008進(jìn)行碳酸鈣阻垢試驗(yàn)，在同一濃度下，低硬度水緩蝕阻垢劑TH-682D的碳酸鈣阻垢率均高于ATMP和HEDP，其阻垢效果顯著優(yōu)于HEDP和ATMP。

（2）依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16632-2008進(jìn)行現(xiàn)場水阻垢試驗(yàn)，TH-682D的鈣垢阻垢率為98.36%，阻垢效果良好，符合應(yīng)用要求。

（3）緩蝕試驗(yàn)說明TH-682D對低硬度水中的碳鋼、銅均具有良好的緩蝕效果，其腐蝕速率分別為 0.0155、0.0012mm·a-1，均符合 GB50050-2007 要求。

（4）通過在黑龍江一家電廠現(xiàn)場應(yīng)用12個月，電廠運(yùn)行良好，證明了TH-682D對低硬度、高濃縮倍數(shù)的循環(huán)水系統(tǒng)具有良好的緩蝕和阻垢效果。這對于解決東南和東北地區(qū)循環(huán)冷卻水嚴(yán)重的腐蝕問題，具有重要的意義。

[1] 鄭書忠.循環(huán)冷卻水水質(zhì)及水處理劑標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用指南[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[2] GB50050-2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》[S].中華人民共和國建設(shè)部,北京:中國計劃出版社出版,2008.

[3] 周本省.工業(yè)水處理技術(shù)（第二版）[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

[4] GB/T18175-2000《水處理劑緩蝕性能的測定-旋轉(zhuǎn)掛片法》[S].國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局,北京,2000.7-12.

[5] 鮑其鼐.我國循環(huán)冷卻水處理30年[J].工業(yè)水處理,2010,30（12）:6-14.

[6] 趙曦,魏剛.有機(jī)膦系預(yù)膜劑在碳鋼表面的成膜機(jī)理[J].中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報,2007,27（3）:147-150.