工业循环水处理.doc

水处理技术国内外阻垢剂研究进展摘要：本文介绍了常规阻垢剂的3种阻垢机理：螯合作用、晶体畸变作用、凝聚与分散作用，综述了天然聚合物阻垢剂、含磷类聚合物阻垢剂、共聚物阻垢剂、绿色新型阻垢剂的性能及特点，重点对绿色新型阻垢剂的进展进行了探讨，并展望了阻垢剂的发展方向。关键词：阻垢机理 阻垢剂 性能The development of scale inhibitor athomeandabroadAbstract：Three scale inhibitor mechanisms chelation solubilization, crystal distortion, pool and decentralized were introduced in this paper. The performance and the characteristic of the natural polymet inhibitors, the phosphorus - containing polymer inhibitors, the copolymer inhibitors, the new scale of green were reviewed. The development of green inhibitors were mainly discussedThe development direction of the inhibitor was also prospectedKeywords: scale inhibition mechanism scale inhibition performance1 前言随着工业化生产的迅速发展，水资源短缺和水质污染日益严重，已成为世界性的社会危机。在工业用水系统中，污垢的形成是除材料和设备腐蚀以外的第二大主要危害。我国水处理阻垢剂的研究开发于20世纪70年代(而国外早于30年代开始)，经过了近40年的发展，经历了天然聚合物阻垢剂、含磷聚合物阻垢剂等1。本文就近年来国内外阻垢剂的研究及发展进行了综述。2 阻垢机理阻垢剂的阻垢机理比较复杂，随着沉淀过程动力学、成垢预测模型和各种阻垢技术的大量研究，成垢机理的研究和结垢的控制有了很大的进展。一般认为成垢物质和溶液之间存在着动态平衡，阻垢剂能够吸附到成垢物质上，并影响垢的生长和溶解的动态平衡2。阻垢剂的阻垢机理主要分为3种：螯合增溶、晶格畸变、凝聚与分散作用3。2.1 螯合增溶作用阻垢剂能与水中Ca2+、Mg2+ 等阳离子形成可溶性的螯合物，阻止与其成垢阴离子(如CO32-、PO43- 等)的接触，使得成垢的几率大大下降，提高了冷却水中Ca2+、Mg2+ 的允许浓度，相对来说就增大了钙、镁盐的溶解度4。2.2 晶格畸变作用无机盐(CaCO3或CaSO4)从水中析出形成垢的过程，结晶动力学观点认为，结垢的过程首先是产生晶核，形成少量的微晶粒，然后微晶粒在溶液中碰撞，且按一种特有的次序集合或排列，由微晶粒生长成大晶体而沉积。当有机磷酸或聚电解质加人水溶液中，由于它们对钙离子具有螯合能力，阻碍或干扰了无机盐微晶体正常生长，致使晶体不能按特有的次序排列，形成形状不规则的晶体，使晶体发生畸变5。2.3 凝聚与分散作用分散作用的结果是阻止成垢粒子间的相互接和凝聚，从而可以阻止垢的生长。成垢粒子可以是钙、镁离子，也可以是由千百个CaCO3和MgCO3分子组成的成垢颗粒，还可以是尘埃、泥沙或其他水不溶物。对于聚羧酸盐类聚合物阻垢剂，在水溶液中解离生成的阴离子在与CaCO3微晶碰撞时，会发生物理化学吸附现象，使微晶表面形成双电层。在吸附产物碰到其它聚羧酸盐离子时，会把已吸附的晶体转移过去，出现晶粒的均匀分散现象，从而阻碍晶粒间及晶粒与金属表面间的碰撞，减少溶液中的晶核数，进而将CaCO3稳定在水溶液中6。3 阻垢剂的研究进展近年来，国内外学者对阻垢剂进行了大量的研究工作，阻垢剂经历了天然阻垢剂、天然聚合物阻垢剂、含磷类聚合物阻垢剂、共聚物阻垢剂、绿色新型阻垢剂等多个阶段。印度尼西亚的Suharso等7采用槟榔膏提取物作为阻垢剂，研究了不同浓度下其阻垢效率，结果显示阻垢率随浓度变化而变化，在十一的浓度之下，其阻垢效率可接近100%。方莉等8通过以天冬氨酸或马来酸酐聚合得到聚天冬胺酸的钠盐和酯，聚合产物和天冬氨酸本身一起加入PASP水处理剂的配方，当聚合物的分子质量为30004000时，对于碳酸钙和硫酸钡有最佳的阻垢效果；当聚合物分子质量为10002000时，对硫酸钙最佳阻垢有最佳的阻垢效果。拉丁美洲的Srinivasa R. Popuri等9，以苹果酸和柠檬酸为原料合成了聚合物阻垢剂，并研究了不同配比的聚合物的足够性能。实验结果表明均聚物具有最高的足够效率为98%，且该种阻垢剂是水溶性、无毒、可生物降解的，具有良好的应用前景。挪威的Martin K等10制备了一系列带有不同官能团的聚合物并研究了其阻碳酸钙和磷酸钙垢的足够性能。结果表明，超支化聚乙烯亚胺具有较高阻垢效率。南韩的Dong-Jin Choi等11，研究了一种新型、绿色的缓蚀阻垢剂，该阻垢剂采用柠檬酸/磷酸酯为原料，在敞开式循环水中测其阻垢性能。结果显示，该种阻垢剂同时具有缓蚀阻垢以及抑制微生物生长的功能。法国巴黎的Marie Chaussemier等12综述了近十年来的天然绿色阻垢剂的研究进展，文中重点介绍了石化行业的一些绿色阻垢剂。霍宇凝等13采用无催化剂的L-天冬氨酸缩聚法合成的产物，最终产品的热稳定性好，合成过程的合成工艺简单，反应过程简单较容易控制，产物的阻垢性能优越。董雪玲等14采用马来酸酐，柠檬酸，氨为原料，制得聚天冬氨酸共聚物，该共聚物阻垢效率优越，而且此制备方法简单，原料成本低，工业化生产可行性大，随着研究的进行该阻垢剂的性能会越来越优秀，具有良好的开发前景。叶文玉等15以苯乙烯和顺丁烯二酸酯为原料进行共聚，然后用磺化剂进行磺化，制得磺化顺丁烯二酸酯/苯乙烯共聚物，再进行中和，得到最终产物，而该阻垢分散剂溶于水。4 展望阻垢剂能除去垢积阻止水垢形成，提高换热效率，减少电能或减少燃料的消耗；水处理还可减少排污，提高水的利用率，一般可节约60%以上，符合我国节能减排的新政策。今后主要研究方向：(1)对现有的阻垢剂近一步的完善，加强其合成研究，对其合成工艺进行优化，达到合成方法更简单，合成时间更短，耗费成本更低，能有效的应用到水处理过程中去的目标；(2)加入新的物质对现有阻垢剂进行复配改性，得到阻垢效率更高的产品；(3)响应国际号召，研制无磷或低磷等的副作用低的绿色阻垢剂。参考文献1 白莎，向燊，朱莹. 绿色阻垢剂的研究进展和发展方向J. 广东化工，2014，16(41)：85 - 88.2 王树勖，杨岳，刘继文. 用做工业循环水的低温水处理实验J. 石化技术与应用，2004，22(5)：357 - 359.3 王庆生，李靖，赵爱民，等. 制氧过程循环冷却水系统中低温结垢的研究J.工业水处理，2006，26(5)：47 - 49.4 孙林，孔秀琴. 阻垢剂在废水中阻垢性能的实验研究J. 应用化工，2014，43(9)：1565 -1571.5 田晓文，李萍，李飞. 一种新型无磷共聚物阻垢剂的研究J. 当代化工，2014，43(7)：72 - 75.6 尹晓爽，刘瑛，杨文忠. 不同链长有机膦酸阻垢剂对硫酸钡结晶过程的影响J. 石油学报，2014，30(5)：42 - 45.7 Suharso, Buhani, Syaiful Bahri, et al. Gambier extracts as an inhibitor of calcium carbonate (CaCO3) scale formationJ. Desalination 265 (2011) 102 - 106.8 方莉，谭天伟聚天门冬氨酸的合成研究J. 化学反应工程与工艺，2003, 19(4): 295 - 299.9 Hatice Kaplan Can, Gizem ner. Water-soluble anhydride containing alternating copolymers as scale inhibitorsJ. Desalination 355 (2015) 225 - 232.10 Martin K, Jensen, Malcolm A. Kelland. A new class of hyperbranched polymeric scale inhibitorsJ. Journal of Petroleum Science and Engineering 94 - 95 (2012) 66 - 72.11 Dong-Jin Choi, Seung-Jae You, Jung-Gu Kim. Development of an environmental safe corrosion, scale, and microorganism inhibitor for open recirculating cooling systemsJ. Materials Science and Engineering A335 (2002) 228 - 236.12 Marie Chaussemier, Ermane Pourmohtasham, Dominique Gelus. State of art of natural inhibitors of calcium carbonate scalingJ. International Biodeterioration & Biodegr