工业循环冷却水处理化学方法
1 有机膦酸
常用的有HEDP(羧基亚乙基二膦酸)、ATMP(氨基三亚甲基膦酸)、EDTMP(乙二胺四亚甲基膦酸)。较新的有机膦酸有:
1)PBTCA(2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸)的特点是,磷含量低,耐高温,能稳定Zn离子,在耐温上PBTCA>HEDP>ATMP>六偏磷酸钠。
2)HPA(羟基膦酰基乙酸)特点是有机膦酸中缓蚀作用最好,能稳定Zn,含磷量低。
3)PAPEMP(多氨基多醚基甲叉膦酸盐),其结构式如式(1)。
特点是:钙耐性很高、对碳酸钙、硫酸钙有很强的阻垢作用,能稳定铁、锌、硅的氧化物、对碳酸钙有阀值作用外,还有分散作用,特别适用于缺水地区的高浓缩倍数运行。
2 聚羧酸类
1)丙烯酸/2-甲基-2-丙烯酰胺基丙基磺酸共聚物(AA/AMPS)
共聚物中AMPS的质量分数一般在20%~50%之间,相对分子质量控制在1 000~20 000之间。共聚物中AMPS含量增加,其阻磷酸钙垢、稳定锌盐、分散氧化铁的性能提高,但阻碳酸钙垢的性能降低;共聚物中AA的含量增加,则其阻磷酸钙垢、稳定锌盐、分散氧化铁的性能降低,阻碳酸钙垢的能力增加。AA/AMPS是锌系配方中重要的组分之一。
2)含磷聚羧酸
以AA/AMPS/IPPA(PIPPA)为例。丙烯酸的均聚物聚丙烯酸(PAA),对碳酸钙和硫酸钙有阻垢作用和分散作用,但没有缓蚀作用。
丙烯酸的一般共聚物,除了对碳酸钙和硫酸钙垢有阻垢作用外,还对磷酸钙、膦酸钙、硅酸盐的沉积有抑止作用,能分散锌盐和氧化铁及各种悬浮物,但仍没有缓蚀作用。PIPPA[AA/AMPS/IPPA(异丙烯磷酸)共聚物]的分子中由于引入了异丙烯膦酸,却有明显的缓蚀作用,见表1。
3)聚天冬氨酸(PASP)
聚天冬氨酸可以分散水中的碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、氧化铁、粘土、二氧化钛、氢氧化锌、氢氧化镁、氧化锰等沉积物,并可阻垢。由于它易于被生物降解,不存在环境污染问题,因此被称为绿色阻垢剂。多数情况下,聚天冬氨酸对碳酸钙、硫酸钙和硫酸钡的阻垢率超过聚丙烯酸(见表2)。聚天冬氨酸阻碳酸钙垢时的最佳相对分子质量的范围为2 000~5 000,使用浓度为3~5 mg/L;阻硫酸钙时的最佳相对分子量范围为1 000~4 000,使用浓度为2~3 mg/L。
3 荧光示踪式加药系统
荧光示踪式加药系统可以直接、连续地监测循环水系统的运行情况,并实施化学处理过程的加药自动控制。该系统的工作原理是,将一种荧光有机酸盐示踪剂,按一定比例与水处理剂复配后加入循环水系统。循环水流过一石英管,光源照到石英管中的示踪荧光剂上,所产生的荧光与光源的入射光呈90的角度折射到光电倍增管上,水流中的示踪荧光剂的含量(浓度)正比于特定波长的荧光强度,据此可算出示踪荧光剂的含量,进而得知循环水中药剂的含量。与此同时,比例于示踪荧光剂含量的光电信号反馈给计算机,计算机即可根据事先设定的示踪荧光剂与水处理剂量之间的比例关系,向自动计量泵发出指令,从而实现自动加药。荧光示踪式加药系统的优点是:可大量减少分析和添加药剂的工作量;减少药剂的浪费。其缺点是,全套装置的投资较多。
4 锌离子的稳定剂
在开发低磷的水处理剂时,人们往往选择磷含量低的有机膦酸,例如PBTCA和HPA作为阻垢缓蚀剂,并选用锌盐与它们一起复配成有协同作用的缓蚀阻垢剂。
目前国内大部分冷却水系统采用不加酸调pH的碱性冷却水处理方案,冷却水的pH通常在8.5~9.3的范围内。此时如不添加性能良好的锌离子稳定剂,锌盐就会沉淀析出而失效。
最近,吴宇峰、唐同庆、梁劲翌研究了一些常用水处理剂对锌离子的稳定作用。试验结果表明,有机膦酸中以HPA和PBTCA较为有效,其稳Zn2+率分别为41.1%和35.6%;而含磺酸基团的共聚物AA/AMPS和BAA(丙烯酸/丙烯酸酯类磺酸盐)则更为突出,其稳Zn2+率分别为61.2%和56.4%。
5 加酸调pH的碱性冷却水处理
1)加酸调pH的碱性冷却水处理与加酸调pH的碱性冷却水处理相比,不加酸调pH的碱性冷却水处理的结垢倾向大大增加。目前全世界的淡水资源日益紧张,迫切需要循环水的浓缩倍数进一步提高。此时不加酸调pH的碱性冷却水处理方案遇到了困难。加酸调pH的碱性冷却水处理方案是用硫酸调整循环水的pH,并控制pH在7.5~8.3的范围内,降低了冷却水的碱度,从而可以使超高硬度的水质在高浓缩倍数下运行。
2)应用实例AEC水处理方案中使用的药剂主要含:环氧琥珀酸类聚合物和磺酸类聚合物、抗卤素氧化的噻唑类化合物和正磷酸盐等。循环水的pH控制在8.2。通用电气(中国)有限公司水处理事业部与齐鲁石油化学工业公司合作,通过动态模拟试验方法研究了AEC水处理方案在黄河水6倍浓缩倍数下的缓蚀阻垢效果。结果表明,在电导率超过6 000μS/cm,钙硬度(以CaCO3计)超过1 200 mg/L,氯根超过1 000mg/L的水质条件下,碳钢和黄铜的粘附速度及试管、挂片的腐蚀速率均达到了中石化标准的要求。AEC方案在高硬度、高碱度、高含盐量的水质条件下,具有优良的缓蚀阻垢效果。
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