劉偉偉，付麗君，劉朝輝，喻　江（.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州30030；.黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江哈爾濱50030）

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綠色阻垢劑對(duì)循環(huán)水的混凝效果的影響研究

劉偉偉1，付麗君2，劉朝輝1，喻江1
（1.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030；2.黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江哈爾濱150030）

摘要：通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了火電廠循環(huán)水中綠色阻垢劑對(duì)混凝劑混凝效果的影響以及阻垢劑的阻垢性能。實(shí)驗(yàn)主要研究的綠色阻垢劑是PASP和PESA，通過(guò)加入不同量的阻垢劑研究混凝時(shí)的沉降速度，礬花大小，以及上清液濁度，沉降速度、水的濁度和顏色等指標(biāo)判斷混凝效果。另外采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法碳酸鈣沉積法對(duì)聚天冬氨酸的阻垢效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。分別研究綠色阻垢劑在不同濃度、溫度、pH值下，根據(jù)對(duì)循環(huán)水的阻垢率、處理后的硬度、堿度等指標(biāo)判斷阻垢效果。將PESA、PASP和MA-AA、HEDP進(jìn)行正交復(fù)配，通過(guò)測(cè)其復(fù)配物的阻垢率，篩選出兩組合適配比。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水；綠色阻垢劑；混凝；阻垢

0　引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源危機(jī)越來(lái)越嚴(yán)峻[1]，水質(zhì)逐漸惡化。為防止電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中發(fā)生沉積物的析出、附著，設(shè)備腐蝕等現(xiàn)象，添加混凝劑和阻垢劑是一種有效的方法[2]。聚天冬氨酸（PASP）與聚環(huán)氧琥珀酸（PESA）作為綠色環(huán)保型水處理劑正日益得到廣泛的應(yīng)用，同時(shí)PASP和PESA對(duì)混凝劑的混凝效果又有著諸多影響[3～5]。因此研究阻垢劑的阻垢效率和其對(duì)混凝劑的混凝效果的影響為電廠循環(huán)水處理提供依據(jù)。

1　綠色阻垢劑對(duì)循環(huán)水的混凝影響實(shí)驗(yàn)

1.1原水水質(zhì)分析

原水為某熱電廠循環(huán)水，通過(guò)測(cè)定，所得結(jié)果與電廠提供的各項(xiàng)目結(jié)果相同。主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　水質(zhì)分析結(jié)果

1.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

1.2.1未加阻垢劑時(shí)的混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

選用聚合硫酸鐵作為混凝劑，在25℃室溫下，在不加入任何阻垢劑時(shí)，根據(jù)不同聚鐵加入量，測(cè)定礬花下降100mm所需的時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)聚鐵的混凝效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，增加混凝劑的加入量，礬花下降100mm所用時(shí)間先減小后增大。當(dāng)聚鐵加藥量在35～45mg/L時(shí)礬花下降100mm所需時(shí)間均在15s以下，生成較大礬花且沉降速度很快，上清液澄清，無(wú)色，混凝效果最佳。當(dāng)加藥量繼續(xù)增大時(shí)，混凝速度逐漸變慢且由于加入過(guò)多的聚鐵使得上清液顏色發(fā)黃。

從沉降速度和礬花生成情況綜合考察，混凝劑的最佳加藥量的范圍是35～45mg/L，但考慮經(jīng)濟(jì)性，聚鐵宜選取的適宜加藥量應(yīng)為35mg/L。

1.2.2聚天冬氨酸對(duì)混凝效果的影響

在水樣中先加入不同量的PASP，再加入35mg/L的混凝劑，觀察加藥后的混凝效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　PASP加藥量對(duì)混凝效果的影響

由表2可知，隨著PASP的加入量的增加，混凝過(guò)程沉降速度降低，形成沉淀越來(lái)越少，而且上清液顏色逐漸變渾濁，最后變成黃色。由此可知，加入PASP對(duì)混凝劑的混凝效果有不利影響，而且隨著加入量的增加，混凝效果逐漸變差。

在水樣中加入不同量的PASP和混凝劑之后，測(cè)其上清液的濁度。上清液的濁度與PASP加入量的關(guān)系如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)混凝劑的加入量為35mg/L時(shí)，PASP加藥量小于10mg/L時(shí)，對(duì)濁度的影響不大，濁度在原水濁度值附近波動(dòng)。隨著加藥量的增大，上清液濁度緩慢上升，但上升幅度較小，最高達(dá)到3.5。當(dāng)聚鐵加入量為80mg/L時(shí)，PASP加藥量增加后濁度會(huì)大于原水的濁度，隨著阻垢劑的增加，對(duì)濁度的影響較大，隨著PASP的加入量的增加，濁度增加相比較快，同時(shí)上清液中未能沉降顆粒狀物體增多，顏色逐漸加深。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明阻垢劑的分散作用對(duì)濁度有著較大影響。

在水樣中加入PASP和混凝劑后，觀測(cè)混凝沉降時(shí)間的變化。聚鐵的加藥量分別為35mg/L和80mg/L，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，當(dāng)不加阻垢劑時(shí)，礬花下降100mm所需時(shí)間最短。加入阻垢劑后，沉降時(shí)間延長(zhǎng)，當(dāng)加藥量達(dá)到4mg/L時(shí)，呈下降趨勢(shì)，但下降率較小，當(dāng)加入18mg/L時(shí)，礬花下降100mm所需時(shí)間仍遠(yuǎn)大于未加阻垢劑所需時(shí)間。在加入相同量的PASP下，對(duì)比加入35mg/L和80mg/L的混凝劑，可以看出加入80mg/L的聚鐵，礬花沉降100mm所用時(shí)間更長(zhǎng)。

1.2.3聚環(huán)氧琥珀酸對(duì)混凝效果的影響

在水樣中先加入不同量的PESA，再加入35mg/L的混凝劑，觀察加藥后的混凝效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　PESA對(duì)混凝效果的影響

由表3可知，加入PESA影響混凝時(shí)沉淀的生成，同時(shí)使得上清液的顏色變黃。隨著PESA的加藥量的增加，生成的沉淀越來(lái)越少，上清液的顏色越來(lái)越深，由清澈變混濁再變?yōu)辄S色。因此表明PESA對(duì)混凝效果呈反比，加入PESA的量越大，混凝效果越差。

在水樣中加入一定量的PESA和混凝劑后，測(cè)其上清液的濁度。上清液濁度與PESA加入量的關(guān)系如圖4所示。

由圖4可得，加入PESA使得上清液的濁度增大。當(dāng)聚鐵加入量為35mg/L時(shí)，隨著加藥量的增加，濁度呈上升的趨勢(shì)。當(dāng)聚鐵加藥量為80 mg/L時(shí)，上清液濁度都大于不加阻垢劑時(shí)的濁度，但隨著阻垢劑的增加無(wú)明顯變化。同時(shí)隨著PESA的增加，上清液中未能沉降的顆粒狀物體增多，顏色加深變?yōu)榈S色。

在水樣中加入PESA和混凝劑后，觀測(cè)混凝沉降時(shí)間的變化。聚鐵的加藥量分別為35mg/L和80mg/L，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，不加阻垢劑時(shí)礬花下降100mm所需時(shí)間最短，因此阻垢劑的加入會(huì)影響混凝的沉降速度。當(dāng)聚鐵加藥量為35mg/L時(shí)，隨著阻垢劑的增加，礬花下降100mm所需時(shí)間呈遞減趨勢(shì)；當(dāng)聚鐵為80mg/L時(shí)，無(wú)明顯遞減趨勢(shì)，所需時(shí)間在35s附近波動(dòng)。由此可以得出結(jié)論，阻垢劑的加入會(huì)使混凝沉降時(shí)間延長(zhǎng)，隨著加藥量增加，沉降時(shí)間下降；當(dāng)加藥量增加到一定時(shí)，沉降時(shí)間幾乎沒(méi)有變化。

綜上所述，加入阻垢劑上清液濁度變大，濁度隨加藥量增加而遞增，進(jìn)而使混凝劑的混凝效果變差。但增長(zhǎng)幅度很小；實(shí)驗(yàn)表明綠色阻垢劑大部分都有與金屬離子螯合的性質(zhì)，當(dāng)加入聚鐵混凝劑時(shí)，阻垢劑會(huì)與其中的Fe3+螯合，消耗部分混凝劑，影響混凝的效果。

2　聚天冬氨酸與聚環(huán)氧琥珀酸阻垢性能實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中所用試樣為某熱電廠循環(huán)冷卻水，試樣按3.5～4倍的濃縮倍率進(jìn)行濃縮，實(shí)驗(yàn)水溫為45℃和80℃。按照國(guó)標(biāo)GB/T16632-1996《水處理劑阻垢性能的測(cè)定碳酸鈣沉積法》。

2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1溫度對(duì)阻垢率的影響

向四組循環(huán)水樣中分別加入阻垢劑PASP、PESA、MA-AA和HEDP。在不同溫度下，靜置10h，其阻垢率如圖6所示。

由圖6可知，阻垢劑PASE和PESA的阻垢率比MA-AA和HEDP的阻垢率高。當(dāng)溫度在60℃以下時(shí)，阻垢率都維持在較高水平；PASP、PESA和MA-AA在超過(guò)60℃時(shí)，阻垢率急劇下降；HEDP在超過(guò)70℃后才有明顯下降，因此可以看出綠色阻垢劑耐溫性能較低。綠色阻垢劑的適宜溫度為20～60℃。

2.1.2 pH對(duì)阻垢率的影響

將水樣蒸發(fā)濃縮3.5～4倍后，用氫氧化鈉和鹽酸調(diào)節(jié)試樣pH，再分別加入阻垢劑PASP、PESA、MA-AA和HEDP，各阻垢劑加藥量為6mg/L。恒溫45℃靜置10h，其阻垢率如圖7所示。

由圖7可知，PASP和PESA阻垢率比HEDP的阻垢率要大。當(dāng)pH從6到12變化時(shí)，各阻垢劑的阻垢率先增大后減小，在pH約為8～9時(shí)達(dá)到最高，表明阻垢劑的適宜pH值為8.5。

2.1.3不同加藥量對(duì)阻垢率的影響

將某熱電廠循環(huán)水樣蒸發(fā)濃縮3.5～4倍，分別加入阻垢劑PASP、PESA、MA-AA和HEDP，加藥量從0到16mg/L變化。pH為8.5，按照國(guó)標(biāo)法控制恒溫在45℃，靜置10h，其阻垢率如圖8所示。

由圖8可以知，隨著加藥量的增加，阻垢率增大，當(dāng)加藥量達(dá)到一定時(shí)，阻垢率達(dá)到最大值且不再隨加藥量的變化而改變。對(duì)比四種阻垢劑的阻垢率，PASP和PESA的阻垢效果優(yōu)于MA-AA和HEDP。PASP和PESA阻垢效果相當(dāng)，在加藥為4mg/L時(shí)，阻垢率達(dá)到最大；而HEDP要加到12mg/L時(shí)阻垢率才達(dá)到最大，阻垢率增長(zhǎng)相比較緩慢。因此可以分析出阻垢劑的適宜加藥量為6～10mg/L。

2.1.4堿度對(duì)阻垢率的影響

將循環(huán)水蒸發(fā)濃縮后，通過(guò)加入NaHCO3，調(diào)節(jié)試樣的堿度在200～1000mmol/L變化，然后分別加入阻垢劑PASP、PESA、MA-AA和HEDP，加藥量定為6mg/L，pH調(diào)為8.5，控制恒溫45℃，其阻垢率如圖9所示。

由圖9可知，增加堿度對(duì)PASP和PESA的阻垢率的影響很小，對(duì)MA-AA和HEDP有較大的影響，當(dāng)堿度增加到1000mmol/L時(shí)，其阻垢率下降到50%。在同樣條件下，PASP和PESA的阻垢率都要比另外兩種阻垢劑高。

3　綠色阻垢劑的復(fù)配物阻垢性能實(shí)驗(yàn)

3.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

阻垢介質(zhì)中有2種或2種以上的阻垢劑復(fù)配使用時(shí)，與原先單獨(dú)使用時(shí)相比，阻垢作用顯著增強(qiáng)，這種現(xiàn)象稱為阻垢劑的協(xié)同效應(yīng)。

本實(shí)驗(yàn)采用三因素三水平正交研究聚天冬氨酸、聚環(huán)氧琥珀酸分別和馬來(lái)酸-丙烯酸、羥基亞乙基二膦酸共聚物之間的阻垢協(xié)同效應(yīng)。按照復(fù)配配方加入相應(yīng)量的阻垢劑在一定條件下對(duì)試樣進(jìn)行處理，然后采用國(guó)標(biāo)法測(cè)其阻垢率，篩選出阻垢率最高的兩組配比。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

將聚天冬氨酸、聚環(huán)氧琥珀酸分別和馬來(lái)酸-丙烯酸、羥基亞乙基二膦酸進(jìn)行復(fù)配，測(cè)其阻垢效率。

第一組靜態(tài)阻垢實(shí)驗(yàn)是PESA、PASP和MA-AA的復(fù)配，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　第一組PESA、MA-AA和PASP正交復(fù)配效果

第二組靜態(tài)阻垢實(shí)驗(yàn)是PESA、PASP和HEDP的復(fù)配，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5　第二組PESA、HEDP和PASP正交復(fù)配效果

由表4和表5可知，PESA加入量為6mg/L時(shí)阻垢效果最佳，其中兩組阻垢率分別達(dá)到95%和98%；PASP加藥量為4mg/L時(shí)阻垢效果較好，有兩組阻垢率分別達(dá)到92%和96%。因此，PESA、PASP和MA-AA的復(fù)配效果要比PESA、PASP和HEDP復(fù)配效果好。選取第一組第9號(hào)配方和第二組第7號(hào)配方為最佳組合方案，即加藥量為PESA 6mg/L、MA-AA 4mg/L、PASP 3mg/L和PESA 6mg/L、PASP 6mg/L、HEDP 4 mg/L。

4　結(jié)語(yǔ)

（1）混凝劑加入量為30～45mg/L時(shí)混凝效果較好。綠色阻垢劑會(huì)增加水的濁度，使得混凝沉淀速度減小，礬花下降時(shí)間增加，同時(shí)綠色阻垢劑會(huì)與Fe3+離子發(fā)生螯合反應(yīng)影響水的混凝效果，不利于水的混凝處理。

（2）聚天冬氨酸PASP與聚環(huán)氧琥珀酸PESA在80℃條件下阻垢率均較低。在溫度為45℃條件下，當(dāng)加藥量為6mg/L時(shí)，兩種阻垢劑的阻垢率都達(dá)到90%以上，具有良好的阻垢效果，能較好地阻止CaCO3垢的生成，因此PASP與PESA做為綠色環(huán)保型阻垢劑可以應(yīng)用于電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

（3）pH對(duì)阻垢劑的性能有較大影響，PASP和PESA的最適宜pH為8.5，當(dāng)pH較高或較低都不利于阻垢劑的阻垢效果；水樣的堿度對(duì)綠色阻垢劑的阻垢率影響較小，對(duì)磷系阻垢劑有較大影響。

（4）阻垢劑的適宜加藥量為6mg/L-10mg/L；在阻垢劑復(fù)配方案中，選取最佳兩組復(fù)配方案為加藥量為PESA 6mg/L、MA-AA 4mg/L、PASP 3mg/L和PESA 6mg/L、PASP 6mg/L、HEDP 4 mg/L，阻垢率分別為98% 和96%。

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修回日期：2016-01-11

Effect of Green Scale Inhibitors on the Coagulation of Circulating Water

LIU Wei-wei1，F(xiàn)U Li-jun2，LIU Chao-hui1，YU Jiang1
（1. Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China；2. Heilongjiang Electric Power Research Institute，Harbin 150030，China）

Abstract：This article studied on the department of green scale inhibitors’effect on coagulation when circulating sewage water recovery in power plant and on anti-scaling performance of green scale inhibitor .PASP and PESA are mainly studied in this experiment. The green scale inhibitors’effect on coagulation is studied through these indicators such as the settling velocity，the alum size and the supernatant turbidity by adding different amounts of inhibitors. The scale inhibitor performance is studied using calcium carbonate deposition .Then the experiment research on the effect of temperature，pH and dosage. The combination of four agents PASP、PESA、MA-AA、HEDP is studied by orthogonal experimental to find the optimum proportion.

Key words：circulated cooling water；green scale inhibitor；coagulation；scale inhibition

收稿日期：2015-11-02

作者簡(jiǎn)介：劉偉偉（1986-），男，江蘇南通人，碩士，工程師，主要從事電力化學(xué)技術(shù)工作。

中圖分類號(hào)：TM621.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：2095-3429（2016）01-0030-05

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.01.007