火电厂循环冷却水系统防蚀阻垢技术研究要点

1、摘 要本论文简要介绍了水处理剂的类型及阻垢剂在火电厂循环水系统中的作用，介绍了阻垢剂的种类：天然聚合物阻垢剂、合成聚合物阻垢剂和环境友好型共聚物，以及它们的发展现状，并对阻垢剂的作用机理做了详细的描述，还研究了影响阻垢效果的重要因素，最后对阻垢剂的研究方向作出了展望。关键词：循环冷却水；阻垢剂；阻垢效果目 录第一章 前 言11.1 水处理剂简介11.2 阻垢剂简介11.3 阻垢剂在循环水系统中的作用2第二章 阻垢剂的种类及发展现状32.1 天然聚合物阻垢剂32.2 合成聚合物阻垢剂32.2.1 含磷聚合物32.2.2 聚羧酸类42.3 环境友好型共聚物72.3.1 聚天冬氨酸72.3.2 聚环

2、氧琥珀酸(盐)8第三章 阻垢剂的作用机理103.1 螯合作用103.2 分散作用103.3 晶格畸变作用11第四章 影响阻垢效果的主要因素134.1 药品浓度对阻垢效果的影响134.2 浊度对阻垢效果的影响144.3 铁离子对阻垢效果的影响154.4 钙硬和碱度对阻垢效果的影响154.5 杀菌剂对阻垢效果的影响16第五章 阻垢剂的发展展望17第六章 结 论18参考文献19致 谢20第一章 前 言水是人类赖以生存的基础，是工业生产运行的命脉，也是我国经济安全和社会发展的“三大战略资源”之一。“十二五”期间我国工业经济仍将保持7%以上较高速度增长，工业用水需求仍将持续增长，现有水资源供需矛盾更加突

3、出。水处理化学品，也称水处理剂，它包括工业、城建、环保等方面用于水处理过程的各种药剂，在工业用水中应用广泛，是一类重要的精细化学品。 工业冷却用水在我国工业用水中占了相当大的比重，是我国目前和今后工业节水工作的重点，已引起了国家政府部门的高度重视。围绕着提高火电厂循环冷却水的循环再利用率，实现废水深度处理后的回用，降低对水资源的污染，实现低排放和零排放，火电厂循环冷却水处理化学品也将面临着新的市场机遇和挑战。 1.1 水处理剂简介随着现代工业的迅速发展，工业用水量占工农业总用水量的比重逐年提高。水资源短缺和水污染已成为世界上一个日益受关注的问题。如何节水、节能、节材和保护环境是极其严峻的任务。

4、火电厂循环冷却水处理药剂就是在这样的背景下发展起来的。水处理剂是实施水处理技术的重要材料。近年来水处理剂的发展已经成为新材料领域中化工产品的一个重要分支，也是环保节水节能产业的重要组成部分。正确掌握与合理应用水处理药剂将对保护水资源、改善水环境及实现经济和社会的可持续发展起到积极的推动作用。水处理剂包括缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂、清洗剂、预膜剂及消泡剂等。有很多水处理剂兼有缓蚀和阻垢作用。水处理剂的研发是水处理的基础，其研究和生产一直是人们所关注的热点。1.2 阻垢剂简介冷却水在使用时不断循环和浓缩，水中的矿物质含量也会不断增加，从而引起设备管道结垢、腐蚀。污垢的存在不仅会影响传热效率，还会产生垢

5、下腐蚀。因此，循环水中防垢十分重要。目前，在火电厂循环冷却水处理过程中，大多采用投加化学药剂的方法控制污垢的形成。阻垢剂主要是指能够防止水垢和污垢产生或抑制其沉积生长的化学类试剂，是工业水处理中必不可少的元素，可以用来延长设备寿命并保证设备安全运行。其中聚合物阻垢剂具有优异的阻垢性能、低公害或无公害、用量少、良好的溶限效应和协同效应等优点，为高浓缩倍数的碱性水处理技术在工业上的实施提供了条件。目前，随着科学技术的发展，阻垢剂的研究也在不断地深入并日趋成熟，其特点及功能在日趋完善的同时，种类亦在不断增加。1.3 阻垢剂在循环水系统中的作用水资源贫乏一直是我国面临的一大难题，尤其是近年来随着我国工

6、业生产的迅速发展，工业用水量急剧上升。如果将直流冷却水改为循环冷却水，即可节约95%以上的水量(以浓缩倍率2.0计)。但是用循环水取代直流冷却水后，随着冷却水在使用时的不断循环和浓缩，水中的矿物质含量会不断增加，又从冷却塔带人大量溶解氧、尘土、孢子和细菌，水质变坏，以致给整个冷却水系统带来了比采用直流冷却水时严重得多的腐蚀、结垢、菌藻和粘泥等问题。解决这些问题的有效方法是在循环冷却水中添加阻垢剂。因此，在循环水中加入合适的阻垢剂是极其重要的。第二章 阻垢剂的种类及发展现状阻垢剂的开发与研究经历了无机盐、聚合电解质、天然高分子、有机磷酸、聚羧酸共聚物等阶段,已逐步由单一化技术向多元化复合型技术发

7、展。分散阻垢剂的种类分为天然聚合物阻垢剂、合成聚合物阻垢剂和环境友好型阻垢剂。2.1 天然聚合物阻垢剂20世纪60年代初，尚未合成聚合物阻垢剂时，采用丹宁、木质素、磺化木质素、淀粉和羧甲基纤维素等天然有机物质作阻垢剂，控制水垢的生成。但因其在水处理应用中一般用量较多(50200 mg/L)，费用高，高温和高压条件下稳定性很差，目前只有小型的水处理系统仍在使用，以及应用于复合配方中。但因天然聚合物的无毒或毒性低的性质，近年来对其进行了改性和与其它聚合物复配的研究。丹宁是一类含有很多酚羟基而聚合度不同的物质，能与Ca2+、Mg2+等形成溶解度较大的螯合物，对CaCO3和CaSO4都有较好的稳定作用

8、。淀粉和纤维素都属于碳水化合物中的多聚糖类高分子化合物，由于分子中含有大量的羟基，对Ca2+、Mg2+等有抑制作用。木质素是一种芳香型化合物，能与金属离子形成木质素的螯合物，从而抑制结垢。壳聚糖对CaCO3晶核和晶体的活性点具有特殊的吸附能力，会引起晶体变形而无法正常生长。腐植酸钠是复杂的高分子羧酸盐混合物，可抑制CaCO3晶体的生长。木质素是一种无定型的芳香族化合物，活性极强。谢燕等1以工业木质素磺酸盐LS为原料，采用自由基共聚反应对LS进行接枝磺酸基改性，制备了改良的磺化木质素LSA，在对其进行分散性能的比较后，结果表明LSA对碳酸钙垢具有良好的阻垢性能，对磷酸钙垢、锌垢和分散氧化铁也有一

9、定的作用，是一种阻垢分散性绿色阻垢剂。2.2 合成聚合物阻垢剂2.2.1 含磷聚合物2.2.1.1 无机类在冷却水处理中，三聚磷酸钠和六偏磷酸钠是最常见的阻垢剂，也是早期城市配水系统或直流冷却水系统中防止水垢的一种常用方法。但由于它水解生成的正磷酸盐易与水中的钙离子生成磷酸钙水垢，同时又促进系统中菌藻的繁殖，因此，单纯用聚磷酸盐作阻垢剂在火电厂冷却水处理中已经逐渐被淘汰。2.2.1.2 有机类有机含磷聚合物是由无机单体次磷酸与其它有机单体共聚而成的聚合物，一类称之为膦酸亚基聚羧酸、膦基聚羧酸或聚膦基羧酸(PCA)；另一类称之为膦酰基羧酸(POCA)。其特点是将羧基与膦酸基结合于同一分子中，由于

10、其分子上同时有=PO(OH)基和-COOH基，因而具有较好的阻垢和缓蚀能力，主要对碳酸钙垢有效，其复合配方对硫酸钙垢、磷酸钙垢以及分散粘泥和氧化铁也有协同效果。在火电厂冷却水系统中该类含磷聚合物既可作阻垢剂又可作缓蚀剂，并且有很高的钙容忍度，被认为是多功能药剂。国内对此类含磷聚合物阻垢剂的开发始于20世纪90年代，并逐渐地引入羟基和磺酸基等基团，例如，何焕杰等2以AA、MA和次磷酸钠为主要原料合成的膦基丙烯酸-马来酸酐共聚物阻垢剂ZPS-01，并对其进行了多方面的研究，结果表明，阻垢剂ZPS-01不仅能有效地抑制CaCO3、CaSO4、Ca3(PO4)2的沉积，而且还能有效地稳定Zn2+，并且

11、复配性好，用量少，在高钙、弱碱性及高温等恶劣水质体系中具有阻垢性能好，热稳定性高等特点。目前，由于环境法规的日益严格，磷的排放受限，例如，德国已要求磷的排放1 mg/L，在此形势下，低磷水处理剂的开发和应用就日益成为国内外关注的焦点。2000年11月，新型多官能团阻垢缓蚀剂DPSC(N，N-二甲叉磷酸-N-甲叉磷酸-N，-羧甲基乙二胺)，在南京化工大学通过国家技术鉴定，它的推广实用使我国工业水处理技术的低磷化变成了现实。2.2.2 聚羧酸类2.2.2.1丙烯酸类共聚物聚丙烯酸型阻垢剂是开发较早的一类聚合物阻垢剂，主要包括聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMMA)及它们的钠盐。此类阻垢剂毒性较

12、小、价格便宜、具有溶限效应，相对分子质量在3000到5000之间，阻垢效果较好，用药量低，一般药量在4mg/L左右即达较高阻垢率，几乎没有排放污染问题。但由于易形成聚丙烯酸钙，使其在含有高浓度Ca2+时单独使用效果较差。丙烯酸类共聚物是以丙烯酸为主要单体，-COOH基团为主要的功能基团一类阻垢剂。此类共聚物对钙和镁等离子具有较强的鳌合能力，不仅有分散和凝聚作用，还能在无机垢结晶过程中干扰晶格的正常排列，从而达到阻垢、防垢作用。其的特点是，不同的原料配比和相对分子量将主要影响其在同一水质条件下的阻垢分散性能，如（图2-1）所示。我国阻垢剂的研发虽然较国外比较缓慢，但近些年来也取得了相当的成果。我

13、国自80年代初引进丙烯酸/丙烯酸羟烷基酯二元和三元共聚物后，成功开发了丙烯酸/丙烯酸甲酯共聚物，奠定了水溶性聚合物水处理剂的基础。许晓慧等3以衣康酸为主原料，与丙烯酸羟丙酯及丙烯磺酸钠在复合引发剂引发下进行多元共聚。研究了聚合温度、氧化还原剂投加量、单体投加量对聚合反应的影响，在最优条件下所得共聚物残余单体质量分数最低，转化率高。该衣康酸多元共聚物是一种良好的阻垢剂，目前已在多家单位循环冷却水系统使用，具有用量少、性能良好、浓缩倍率高的特点。马来酸酐类共聚物马来酸酐类共聚物是以马来酸或水解马来酸酐为主要单体的一类共聚物阻垢剂，其结构中羟基数较聚丙烯酸类阻垢剂多，因此具有良好的阻碳酸钙和硫酸钙垢

14、的效果，且热稳定性能好，在海水淡化的闪蒸装置中和低压锅炉上得到广泛应用。杨亚玲、张健4合成了有机磷酸型水质稳定剂膦酸化水解聚马来酸酐(PHPMA)，经深入研究， 结果表明，该共聚物具有阻垢和缓蚀双重性能，并且阻垢性能优于水解马来酸酐。张治宏等5以水为溶剂，过氧化二苯甲酰(BPO)为引发剂，马来酸酐、丙烯酰胺和丙烯酸甲酯为单体，合成了马来酸酐-丙烯酰胺-丙烯酸甲酯三元共聚物。该共聚物具有良好的阻垢能力，在Ca2+与HCO-3的浓度均为250 mg/L (以CaCO3计)、温度为80、pH值为6的水质条件下，投加该共聚物8 mg/L，静态阻垢率可达98.8%。马来酸酐-丙烯酸类共聚物马来酸-丙烯酸

15、共聚物是一种性能优良的阻垢分散剂，广泛应用于循环冷却水、油田注水、原油脱水和锅炉水处理，具有良好的抑制水垢生成和剥离老垢作用。近年来，以马来酸酐、丙烯酸为主体的二元、三元或更多元共聚物因其阻垢效果好、耐温、价廉等特点而备受关注。而马来酸酐-丙烯酰胺共聚物阻垢剂，还具有不易凝胶、钙容忍度高、对溶液温度和pH值适用范围宽、抗Fe3+干扰能力强、协同效应好、合成工艺简单、成本低等优点。目前国内采用甲苯溶液，过氧化二苯甲酰(简称BP0)作引发剂，先聚合，后水解的生产工艺。常青等6人用过硫酸铵作为引发剂，以马来酸酐(MAH)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸甲酯(MA)为单体，合成了三元共聚物阻垢剂。并对单体配

16、比、引发剂种类及用量、单体浓度、反应温度及反应时间等一系列反应条件进行了系统研究，探讨了单体配比、聚合温度等对共聚物溶解性、分子量和阻垢率的影响，试验表明该物是一种非常高效的多功能阻垢剂，且共聚物对温度的承受范围比较广泛，具有耐高温的优良性质，这使它特别适合于循环冷却水的处理。2.2.2.4 磺酸类共聚物磺酸类共聚物阻垢剂是国外20世纪80年代开发的一种优良的水处理剂。常用的磺酸单体主要有2-羟基-3-烯丙氧基磺酸(HAPS)、苯乙烯磺酸、苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(简称AMPS)。其中由于AMPS价格适中，对水解、温度和二价阳离子的作用稳定，目前被作为使用最多的一种磺酸单体而

17、得到应用，以其作为共聚单体合成的磺酸共聚物更是格外引人注目。由于磺酸类聚合物可以有效地防止均聚物与水中离子反应生成难溶性聚合物钙凝胶，特别能抑制磷酸钙垢，能有效地分散颗粒物、稳定金属离子和有机膦酸，尤其对铁垢有很好的阻垢分散作用，另外，由于磺酸基团对盐不敏感，抗温、抗盐能力较好，尤其抗高价金属离子的能力强，因而在国内外掀起了一股研究开发的热潮。我国磺酸盐类单体研究开发迟缓，20世纪90年代初，AMPS开发的初见成效，为含磺酸盐基团的水溶性聚合物阻垢分散剂研制创造了条件。因此，近年来不断开发出了一系列的含磺酸盐基团的阻垢分散剂，它们多为二元或三元共聚物，除磺酸盐类单体外，常选用易聚合的丙烯酸、马

18、来酸酐等含有碳碳双键的化合物作为单体。对CaSO4、Ca3(PO4)2垢有良好的抑制作用，并能有效的分散氧化铁和稳定锌离子，与国外同类产品具有一致性。2.3 环境友好型共聚物阻垢剂发展到二十世纪90年代，随着人类环保意识的提高，环保法规进一步严格，许多国家开始限制有毒、有害物质及磷的排放，无毒、低磷或无磷配方、可生物降解的绿色阻垢分散剂成为水处理剂研制的主题。目前国内外研究最多的产品主要聚天冬氨酸(PASP)和聚环氧琥珀酸(PESA)。2.3.1 聚天冬氨酸聚天冬氨酸作为水处理的新型绿色化学品，是一种从原料、制备过程到最终产品均对人体和环境无害的易生物降解的水处理药剂，它的可生物降解性使其成为

19、特别有价值的水处理剂。使用后的PASP可高效、稳定地被微生物、真菌降解为对环境无害的终产物，使其成为特别有价值的环保型水处理剂之一。Donlar公司于20世纪90年代初期生产和使用了聚天冬氨酸，为此荣获了1996年度“美国总统绿色化学挑战奖”。实验证明聚天冬氨酸具有良好的缓蚀阻垢性能，能抑制CaCO3、CaSO4和BaSO4垢的形成，可耐高温，热稳定性好，可应用于高温、高钙水系统及反渗透膜处理系统，所以对这类水处理剂的研究与开发在国外已成为热点。德国、美国、英国、日本、俄罗斯、法国、波兰等国的多家公司积极研究开发了PASP。有研究报道认为，PASP在相对分子质量为2 0005 000，使用质量

20、浓度为35 mg/L时阻碳酸钙垢性能最佳；在相对分子质量为1 0004 000，使用质量浓度为23 mg/L时阻硫酸钙垢性能最佳；在相对分子质量为3 0004 000，使用质量浓度为45 mg/L时阻硫酸钡垢性能最佳。而且，多数情况下其阻垢性能超过聚丙烯酸，适用于抑制冷却水、锅炉水及反渗透膜处理中的CaCO3、Ca3(PO4)2的成垢。聚天冬氨酸的价格较一般的水处理剂略高，而氧化淀粉是由次氯酸氧化玉米淀粉得到的具有一定羧酸含量的聚合物，亦是环境友好的水处理药剂。我国在2001年，霍宇凝等将聚天冬氨酸与氧化淀粉进行复配实验，二者的浓度均为1 mg/L，复配物的阻垢性能较单一的聚天冬氨酸有一定的提

21、高，且稳定性能好，适用于高钙、高pH值和高温的水系统中。PASP也可作为缓蚀剂用于解决油田中CO2的腐蚀问题，而且在海水淡化和纯水制备等方面亦有良好的应用前景。从环境角度考虑，PASP的无毒、可生物降解性、一剂多效等特点，使其成为特别有价值的环保型水处理剂之一。国内已对PASP的合成、结构和性能等方面作了一定的研究工作，并且进入工业化试生产阶段。PASP阻垢性能的优劣就其本身而言取决于其相对分子质量的大小。PASP作为水处理剂运用时，对相对分子质量的要求不是很大，一般在10004000范围内，当相对分子质量大于8000时其阻垢效果就比较差了，其对三种矿物质起阻垢作用的最适宜的相对分子质量范围如

22、图2-2所示。图2-2 PASP的阻垢性能和相对分子质量的关系2.3.2 聚环氧琥珀酸(盐)聚环氧琥珀酸是一种无磷、非氮和有良好生物降解性能的绿色阻垢缓蚀剂，适用于高碱高硬水系，且用量少，阻垢性能优于氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、羟基亚乙基二膦酸(HEDP)和聚丙烯酸(PAA)。20世纪90年代初美国就开发了这种药剂，日本及其它国家也相继开始对聚环氧琥珀酸钠及其衍生物进行了研究，目前正日益成为国际上研究的热点。PESA目前在国内正处于合成和性能实验研究阶段，而因其是一种无磷、无氮的环保型阻垢缓蚀剂，又具有多元阻垢性能，相信PESA有着极为广泛的应用前景。聚环氧琥珀酸(PESA)的结构式为：其中

23、，n值一般为250，M为H+或者水溶性的阳离子，如Na+、K+、NH4+等。PESA具有很强的抗碱性，兼具阻垢缓蚀双重功效，其开发突破了基团简单搭配、组合的传统思路，在聚合物分子中插入了氧原子而使其阻垢性能大大优于常用有机磷酸类聚合物阻垢剂。研究表明，当PESA质量浓度仅为3 mg/L时，对碳酸钙阻垢率就达95%以上；质量浓度为10 mg/L时，对碳酸钙阻垢率甚至可达100%。因此，PESA可广泛用于循环冷却水、油田废水以及锅炉用水的处理等领域。第三章 阻垢剂的作用机理从作用机理上来讲，阻垢剂的作用可分为螯合、分散和晶格畸变三部分。且在实验室评定试验中，分散作用是螯合作用的补救措施，晶格畸变作

24、用是分散作用的补救措施。3.1 螯合作用 由中心离子和某些合乎一定条件的同一多齿配位体的两个或两个以上配位原子键合而成的具有环状结构的配合物的过程称为螯合作用。螯合作用的结果是使得成垢阳离子(如Ca2+、Mg2+等)与螯合剂作用生成稳定的螯合物，从而阻止其与成垢阴离子(如CO32-，SO42-，PO43-和SiO32-等)的接触，使得成垢的几率大大下降。螯合作用是按化学计量进行的，如1个EDTA分子螯合1个二价金属离子。螯合剂的螯合能力可用钙螯合值来表示。通常商品水处理剂的螯合能力(以下各药剂活性组分质量分数均为50% ，螯合能力以CaCO3计)：氨基三亚甲基磷酸(ATMP)-300mg/g；

25、二乙烯三氨五亚甲基磷酸(DTPMP)-450mg/g；乙二胺四乙酸(EDTA)-150mg/g；经基亚乙基二磷酸(HEDP)-450mg/g。折合算来，1mg螯合剂只能螯合不足0.5mg CaCO3垢。若需将总硬度为5mmol/L的钙镁离子稳定在循环水系统中，所需的螯合剂为1000 mg/L，这种投加量在经济上是无法承受的。由此可见，阻垢剂螯合作用的贡献只是其中很小一部分。但在中低硬度水中，起重要作用的仍是阻垢剂的螯合作用。3.2 分散作用阴离子型的聚合物能吸附在污垢的表面上，而污垢一般都带有负电荷，由于电荷相同，彼此会产生互相排斥作用，或者由于吸附作用而将污垢晶粒包围起来。这两种作用都能阻止

26、晶粒的增长，从而使污垢晶粒处于分散状态悬浮于水中。典型的例子如聚天冬氨酸(PASP)中有酸性羧基和碱性亚胺基两种活性基团，不仅能和水溶液中的Ca2+、Mg2+等形成稳定的络合物，还能和已形成CaCO3小晶体中的Ca2+作用，发生物理吸附和化学吸附过程。当这种吸附产物碰到其它的PASP分子时，会把已吸附的粒子交给其它PASP，最终呈现平均分散的状况，这称之为PASP的分散作用。分散作用示意如图3-1。分散作用的结果是阻止成垢粒子间的相互接触和凝聚，从而可阻止垢的生长。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。分散剂是具有

27、一定相对分子质量(或聚合度)的聚合物，分散性能的高低与相对分子质量(或聚合度)的大小密切相关。聚合度过低，则被吸附分散的粒子数少，分散效率低；聚合度过高，则被吸附分散的粒子数过多，水体变浑浊，甚至形成絮体(此时的作用与絮凝剂相近)。与螯合作用相比，分散作用是高效的。实验表明，1 mg分散剂可使10 100 mg的成垢粒子稳定存在于循环水中，在中高硬度水中，阻垢剂的分散功能起主要作用。图3-1 分散作用示意图3.3 晶格畸变作用当系统的硬度、碱度较高，所投入的螯合剂、分散剂不足以完全阻止它们析出的时候，它们就不可避免地析出。如果没有分散剂的存在，垢的生长将服从晶体生长的一般规律，所形成的垢坚固地

28、附着在热交换器表面上。如果有足量的分散剂的存在，由于成垢粒子(由成百上千个CaCO3分子组成)被分散剂吸附、包围，阻止了成垢粒子在其规则的晶格点阵上排列，从而使所生成的污垢松软、易被水流的冲刷而带走。投加与不投加分散剂时所形成的垢样的X-衍射图和电子扫描电镜照片如图3-2，3-3所示。图3-2 无(a)、有(b)阻垢剂时垢样的X-衍射图图3-3 无(a)、有(b)阻垢剂时垢样的扫描电镜照片由图3-2和图3-3以看出：不加分散剂的CaCO3垢样具有规则的外形，质地坚硬，其X-衍射图也具有确定的峰；投加分散剂后，CaCO3垢样呈无定型状态，质地松软，其X-衍射图的晶体特征较弱，表明分散剂的存在确实

29、改变了晶体的结构，具有较好的晶格畸变作用。在高硬重垢水中，阻垢剂的晶格畸变性能起主要作用。有机阻垢剂，例如羟基亚乙基二膦酸、氨基三亚甲基膦酸等，是由其分子中的部分官能团通过静电力吸附于致垢金属盐类正在形成的晶体表面的活性点上，抑制晶体增长，使形成的许多晶体保持在微晶状态，增加了致垢金属盐类在水中的溶解度。同时，由于阻垢剂分子在晶体表面上的吸附，晶体只能畸形地增长，畸变后的晶体与金属表面的黏附力减弱，不易沉积于金属表面上。而未参加吸附的官能团就会对晶体呈现离子性，因电荷的排斥力增大而使晶体处于分散状态。 正是由于以上三种作用的存在，使得水中致垢金属盐不在金属表面结垢。第四章 影响阻垢效果的主要因

30、素4.1 药品浓度对阻垢效果的影响阻垢分散剂的分类：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4-1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。7表4-1归类样品的主要成分药剂类型主要成分1丙烯酸/多环芳烃磺酸盐2丙烯酸/烯丙基羟丙磺酸醚3丙烯酸/甲基丙烯酸羟丙酯4聚丙烯酸/HEDP/Zn2+5聚丙烯酸/PBTC/Zn2+6聚丙烯酸/聚氧乙烯醚磷酸酯/Zn2+7

31、丙烯酸和马来酸酐共聚物/PBTC/Zn2+8丙烯酸和AMPS共聚物/HEDP/PBTC/Zn2+9丙烯酸和羟丙磺酸醚共聚物/HEDP/PO43-/Zn2+药剂浓度是影响效果的主要因素之一。表4-2是药剂在各自推荐药剂浓度范围的阻垢分散效果。表4-2 不同类型药剂在不同浓度下的阻垢率%不同浓度时的阻垢率药剂类型30 (10)30 (10)30 (10)碳酸钙磷酸钙碳酸钙磷酸钙碳酸钙磷酸钙116.20.016.81.232.66.0251.36.555.190.769.493.8319.87.739.0100.041/297.9476.42.178.24.479.97.2582.34.985.79

32、.187.629.6683.139.385.938.686.039.3783.63.483.73.387.14.5887.627.493.393.294.095.8977.849.783.063.883.591.1表4-2数据说明：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

33、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8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4-2现出较好的阻磷酸钙的效果。4.2 浊度对阻垢效果的影响表4-3是浊度对9类药剂

34、阻碳酸钙垢和阻磷酸钙垢效果影响的结果。表4-3数据说明，单剂的阻碳酸钙垢效果受浊度的影响较小，多数复合剂阻碳酸钙垢效果受浊度的影响较大；另外，浊度对阻磷酸钙垢效果的影响大于阻碳酸钙垢效果，这个现象也说明药剂的阻碳酸钙主要是增溶和致畸作用，阻磷酸钙垢主要是分散作用。表4-3不同浊度下药剂的阻垢分散效果%不同浊度下的阻垢率药剂类型0 mg/L10 mg/L30 mg/L50 mg/L碳酸钙磷酸钙碳酸钙磷酸钙碳酸钙磷酸钙碳酸钙磷酸钙116.81.217.80.022.90.039.10.0255.190.758.186.857.764.466.352.7339.0100.033.390.433.57

35、6.133.666.5478.24.476.24.776.09.075.96.7585.79.182.49.072.48.069.99.1685.938.680.338.076.931.074.829.3783.73.383.10.082.30.081.50.0893.393.285.990.081.787.177.678.3983.063.879.463.072.057.368.657.04.3 铁离子对阻垢效果的影响循环水中常常因金属腐蚀使铁离子浓度增加，特别是使用强腐蚀性水质的循环水系统和有物料泄漏系统，铁离子浓度有时高达5 mg/L。铁离子对不同类型药剂的阻垢分散效果如表4-4所示。表

36、4-4 铁离子对药剂的阻垢分散效果的影响%不同铁离子含量时的阻垢率药剂类型0 mg/L1 mg/L3 mg/L5 mg/L碳酸钙磷酸钙碳酸钙磷酸钙碳酸钙磷酸钙碳酸钙磷酸钙116.81.216.30.02.40.03.00.0255.190.731.50.021.00.08.00.0339.0100.034.893.225.692.624.14.0478.24.478.04.778.75.975.66.1585.79.176.45.969.34.067.85.0685.938.676.338.044.632.537.723.1783.73.371.63.667.04.165.30.0893.39

37、3.291.887.789.587.487.666.8983.063.877.063.068.759.951.749.8表4-4数据表明：铁离子除对第4和8两类药剂阻碳酸钙垢效果的影响很小外，对其它七类药剂阻碳酸钙垢的影响巨大，且随铁离子浓度增加，阻碳酸钙垢效果大幅度下降；铁离子对所有的九类药剂的阻磷酸钙垢均有巨大影响，随铁离子浓度增加，阻磷酸钙垢的效果大幅度下降。这些结果说明循环水中铁离子对阻垢分散作用是一种十分有害的离子，在使用中应尽可能控制铁离子浓度小于1 mg/L。4.4 钙硬和碱度对阻垢效果的影响人们在水处理实践中发现，水中钙硬和碱度对阻垢分散剂的效果影响巨大。表4-5是钙硬和碱度对

38、不同类型药剂的阻垢分散效果影响结果。表4-5结果很清楚地表明，水中钙硬和碱度对各类药剂的阻碳酸钙垢效果影响很大。随钙硬和碱度的增加，阻垢率下降，但影响程度是不相同的。对前四类药剂阻碳酸钙垢效果的影响较大，说明这四类药剂不宜在较高钙硬和碱度的水中使用。对后四类药剂的阻碳酸钙垢效果影响较小，说明这四类药剂可以在高硬度和碱度水中使用。表4-5钙硬和碱度对不同类型药剂阻垢分散效果的影响%不同钙硬和碱度水的阻垢率药剂类型A水B水C水D水碳酸钙磷酸钙碳酸钙磷酸钙碳酸钙磷酸钙碳酸钙磷酸钙1100.00.018.40.014.20.016.82100.049.695.27.967.70.055.1398.08

39、9.266.040.936.30.039.0493.783.391.716.589.23.378.2598.879.595.251.591.433.485.9698.079.595.251.591.433.485.9798.70.087.50.080.90.083.7897.7100.097.290.590.184.493.3997.5100.097.984.290.470.983.0说明：A水硬度和碱度分别为100 mg/L和135 mg/L；B水硬度和碱度分别为150mg/L和203mg/L；C水硬度和碱度分别为200mg/L和270 mg/L；D水硬度和碱度分别为250 mg/L和250

40、 mg/L。4.5 杀菌剂对阻垢效果的影响杀菌剂对缓蚀阻垢剂阻碳酸钙和阻磷酸钙的影响如表4-6所示。表4-6杀菌剂对药剂阻垢分散效果的影响%药剂类型不同杀菌剂时的阻垢率不加杀菌剂杀菌剂1杀菌剂2杀菌剂3杀菌剂4碳酸钙磷酸钙碳酸钙磷酸钙碳酸钙磷酸钙碳酸钙磷酸钙碳酸钙磷酸钙116.81.215.92.816.91.99.92.713.52.5255.190.754.569.834.40.746.883.955.689.6339.0100.034.993.644.10.936.698.037.196.0478.24.475.439.571.63.264.753.380.842.9585.79.177

41、.025.983.84.680.342.981.324.7685.938.690.539.589.33.289.952.982.356.5783.73.383.95.686.32.565.94.382.04.6893.393.290.1100.088.82.574.1100.095.298.8983.063.860.273.478.34.176.679.269.755.2说明：杀菌剂1主要成分是异噻唑啉酮；杀菌剂2的主要成分是聚季铵盐；杀菌剂3的主要成分是次氯酸盐；杀菌剂4的主要成分是二硫氰基甲烷从这些现象可以看出，不同类型的杀菌剂对不同类型的药剂效果影响是不相同的，但总体上看，杀菌剂对阻磷酸

42、钙的影响大于阻碳酸钙。第五章 阻垢剂的发展展望现今各个国家对于环境保护的重视程度在逐年增加，尤其对于工业水的处理问题上尤为重视，治理污水和节约用水具有同等重要的意义。目前，国外对于阻垢分散剂的研究正在向着环境友好的方向发展，并且考虑到经济效益，采取了复配的方式达到环保经济的目的。国内阻垢剂的开发与国外有很大的差距，根据可持续发展战略，绿色化无疑是二十一世纪阻垢剂发展的方向，因此，今后的工作应围绕着性能、经济、环境三大目标进行。1、含磷化合物的排放将引起周围水体的富营养化，促进菌藻的滋长形成“赤潮”，为此欧美国家已分别提出禁磷限磷措施，中国制订的综合污水排放标准也对磷的排放量做了限制。从长远发展看，磷系水处理缓蚀剂的生产和应用必将受到限制。2、随着环保力度的加大，治理污水和节约用水具有同等重要的意义，因此，研发符合环境保护要求的无磷或低磷、非氮和可生物降解的环境友好型阻垢剂将成为工业水处理领域中最主流的研究方向。目前应该加速对环境友好型水处理药剂聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸等的进一步研究，提高产品质量，降低生产成本，扩大其应用范围；同时研发新的合成工艺