循环水处理剂阻垢分散效果影响因素研究

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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,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: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。

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表2  不同类型药剂在不同浓度下的阴垢率  %

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