盧亞楠

（河南清水源科技股份有限公司，河南 濟(jì)源454650）

雖然工業(yè)阻垢技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但由于水資源的日趨緊張，工況條件日益惡化，結(jié)垢問(wèn)題仍然是危害最大，困擾石油、化工、電力等行業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)正常運(yùn)行的一大難題。目前，投加阻垢劑仍然是控制循環(huán)水結(jié)垢的主要手段之一。開(kāi)發(fā)高效環(huán)保的阻垢劑成為研究的熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的新產(chǎn)品問(wèn)世。合理有效地阻垢劑性能評(píng)價(jià)方法對(duì)于了解不同阻垢劑的性能及作用機(jī)理，開(kāi)發(fā)更加有效的阻垢劑至關(guān)重要。因此，建立準(zhǔn)確、客觀、便捷的阻垢劑性能評(píng)價(jià)方法成為水處理工作人員的重要任務(wù)。

評(píng)價(jià)阻垢劑性能的方法很多，靜態(tài)阻垢法［1］和鼓泡法［2］是最常用的評(píng)定方法，這些方法普遍存在著測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)，操作繁瑣，檢測(cè)重復(fù)性差，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備及穩(wěn)定性要求較高等缺點(diǎn)。相關(guān)學(xué)者在綜合評(píng)價(jià)和改進(jìn)的基礎(chǔ)上又提出了pH法［3，4］、電導(dǎo)法［5］和濁度法［6］等。這些方法與經(jīng)典的方法相比，雖然有實(shí)驗(yàn)周期短（由8～24h縮短到2～10min），操作簡(jiǎn)單（只需一臺(tái)pH計(jì)，電導(dǎo)儀或濁度計(jì)），數(shù)據(jù)重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，但是它們所反映的仍然是螯合作用的指標(biāo)，測(cè)定結(jié)果不能反映阻垢劑的綜合性能［7,8］。極限碳酸鈣法［9,10］等反映了沉淀析出瞬間的變化，但析出的沉淀會(huì)被水流帶走或穩(wěn)定地存在水體中，不會(huì)沉積到設(shè)備表面。有時(shí)候極限碳酸鈣法評(píng)價(jià)結(jié)果雖然偏低，但阻垢劑的阻垢效果并不一定差。以上幾種方法都只考慮了阻垢劑對(duì)難溶性鹽類在特定條件下的溶限性，并不能全面地評(píng)價(jià)阻垢劑的阻垢分散效果，如果結(jié)垢產(chǎn)物能夠穩(wěn)定存在溶液中或隨水流動(dòng)，并不會(huì)影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行［11］。因此，直接評(píng)定金屬表面的結(jié)垢程度具有重要意義。動(dòng)態(tài)模擬法是評(píng)價(jià)阻垢劑性能最可靠的方法，但由于實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、耗費(fèi)人力物力財(cái)力，因此不適用于實(shí)驗(yàn)室快速評(píng)價(jià)阻垢劑性能。

靜態(tài)阻垢法有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)試液的配制，加熱時(shí)間，加熱溫度，滴定手段等均進(jìn)行了統(tǒng)一的規(guī)定。在開(kāi)發(fā)和篩選阻垢劑的過(guò)程中，宜先在實(shí)驗(yàn)室的強(qiáng)化條件下，采用靜態(tài)阻垢法進(jìn)行簡(jiǎn)單快速的初步篩選。實(shí)驗(yàn)室模擬現(xiàn)場(chǎng)堿性水處理技術(shù)的一些主要運(yùn)行指標(biāo)，在相當(dāng)于一般工廠換熱器側(cè)壁溫度80℃條件下，采用蒸發(fā)濃縮的方法［12］使其pH值自然升高，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)冷卻水中不加酸調(diào)節(jié)，維持自然平衡pH值為9左右，以及成垢離子相應(yīng)增高的目的來(lái)進(jìn)行阻垢劑的篩選和評(píng)價(jià)。該方法只針對(duì)通常循環(huán)冷卻水中主要成垢鹽類，如碳酸鈣的初始進(jìn)行評(píng)定。水處理藥劑一方面可與溶液中的Ca2+形成穩(wěn)定地螯合物，另一方面可與難溶性鹽產(chǎn)生晶格畸變或凝聚分散等作用，這樣形成的水垢在宏觀上看是一種“水渣”，會(huì)隨著排水一起排出，不會(huì)沉積在設(shè)備表面［13］。因此，我們實(shí)驗(yàn)室考慮兩方面的影響因素，通過(guò)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)水中螯合的Ca2+的量和燒杯內(nèi)壁沉積的Ca2+的量，綜合評(píng)價(jià)阻垢劑的阻垢和分散性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器設(shè)備

恒溫水浴鍋（0～100℃）

容量瓶：100m l，250m l

具塞三角瓶：250m l

移液管：各種規(guī)格

滴定管：50ml

1.2 主要試劑與材料

EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.01mol/L

HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.05mol/L

KOH（分析純）溶液：0.5mol/L

鈣羧酸鈉鹽指示劑

溴甲酚氯甲基紅指示劑

1.3 實(shí)驗(yàn)配水水質(zhì)

按照河南某化工廠的鈣硬（以CaCO3計(jì)）230mg/L，總堿度（以CaCO3計(jì)）350mg/L來(lái)配水。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 螯合性能實(shí)驗(yàn)

依照CaCO3沉積法（GB/T16632-1996），模擬河南某化工廠水質(zhì)指標(biāo)配水和水處理劑制備成試液。將試液和空白試液分別置于500ml燒杯中，并浸入80℃的恒溫水浴中進(jìn)行自然蒸發(fā)濃縮，隨著濃縮倍率的升高，實(shí)驗(yàn)水中結(jié)垢性鹽類濃度逐漸升高并析出。當(dāng)試液蒸發(fā)濃縮至設(shè)定濃縮倍數(shù)時(shí)，取出燒杯冷卻至室溫，用中速定性濾紙過(guò)濾，注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（包括垢量的多少，垢的形態(tài)、密實(shí)情況、附著杯壁的牢固程度和溶液的渾濁度等），測(cè)定試液中的鈣離子，計(jì)算阻垢率，評(píng)價(jià)阻垢劑的螯合性能。

1.4.2 分散性能實(shí)驗(yàn)

用純水緩慢沖洗實(shí)驗(yàn)燒杯內(nèi)壁數(shù)次，將沖洗液倒掉，盡量使軟垢全部沖洗掉，殘留在燒杯壁上的垢為硬垢。然后加入適量的鹽酸，將杯壁硬垢充分溶解，然后轉(zhuǎn)移定容至100ml容量瓶中，檢測(cè)其中鈣離子的量（數(shù)值按碳酸鈣計(jì)算）。鈣離子越高，說(shuō)明附著的硬垢越多，阻垢劑的分散性能越差。

1.5 結(jié)果與討論

1.5.1 幾種阻垢劑對(duì)Ca2+的螯合性能研究

表1 幾種水處理藥劑不同濃度下的阻垢率

圖1 幾種阻垢劑不同投加量下的阻垢率

從表1和圖1中可以看出：在溫度為80℃的條件下，濃縮倍數(shù)達(dá)到2時(shí)，幾種阻垢分散劑隨著濃度的增加，對(duì)碳酸鈣垢的阻垢率均有所增加。當(dāng)濃度達(dá)到10mg/L時(shí)，阻垢率增加緩慢，說(shuō)明這幾種阻垢分散劑具有閾值效應(yīng)。阻垢性能最佳時(shí)，阻垢率由高到低依次為：PBTC＞HEDP＞PAA＞EDTMP。

但是，不同的阻垢劑生成的垢形態(tài)不同，HEDP生成的是點(diǎn)狀硬垢；PBTC生成的是冰渣型硬垢；PAA生成的是絮狀虛垢；EDTMP生成的是白色片狀軟垢。生成的垢如果可以隨水流沖走，而不沉積在換熱器的表面，也不會(huì)影響到設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，水處理劑的好壞，除了要考慮其對(duì)Ca2+的螯合性能，還要評(píng)價(jià)阻垢劑的分散和晶格畸變性能。

1.5.2 幾種阻垢劑的分散和晶格畸變性能研究

從表2和圖2中可以看出：在溫度為80℃條件下，濃縮倍數(shù)達(dá)到2左右時(shí)，幾種阻垢分散劑隨著濃度的增加，燒杯內(nèi)壁上的硬垢量逐漸減少。當(dāng)達(dá)到10mg/L時(shí)，硬垢量減少緩慢，藥劑的分散性能達(dá)到最佳。此時(shí)，藥劑的分散性由高到低依次為：EDTMP＞PAA＞PBTC＞HEDP。

表2 硬垢附著率

圖2 幾種阻垢劑不同投加量下生成的硬垢量

因此，綜合考慮水處理藥劑對(duì)Ca2+的螯合性、分散和晶格畸變性能來(lái)看，幾種藥劑的性能從好到壞依次為：PBTC＞PAA＞HEDP＞EDTMP。

2 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)室采用了靜態(tài)阻垢和蒸發(fā)濃縮相結(jié)合，模擬現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)運(yùn)行條件，通過(guò)檢測(cè)試驗(yàn)水中和杯壁硬垢的Ca2+離子含量的方法，綜合考慮了水處理藥劑對(duì)Ca2+的螯合性、分散和晶格畸變等性能，從而便于我們得到穩(wěn)定性好和準(zhǔn)確度高的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)為我們下一步進(jìn)行水處理藥劑實(shí)際應(yīng)用效果的研究提供了理論基礎(chǔ)。

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