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阻垢剂在工业循环水处理工艺中的应用

来源:未知   作者:admin   时间:2016-07-19  浏览:

1、阻垢剂的类型与发展控制

  水垢的技术有很多,如采用低硬度补充水,加大排污量,添加阻垢剂和物理阻垢等。使用阻垢分散剂是其中最简便最常用的方法。添加阻垢剂可以把循环冷却水中至垢离子浓度维持在较高的浓度,但抑制水垢的生成,从而提高浓缩倍数,降低补水量和排污量,减少对水资源消耗和污染,有很好的经济和环保效益。

  绝大多数阻垢剂都有阻垢和缓蚀的双重作用。水处理阻垢剂的发展,经历了几次较大的变革,简单地可以将其分为以下几个阶段:无机盐类缓蚀剂、含磷阻垢剂、聚羧酸类阻垢剂、无磷水处理剂。

  1.1无机盐类阻垢剂

  铬酸盐、亚硝酸盐等无机盐类缓蚀剂,阻垢作用十分显著,适应各种循环水水质处理。但由于本身有毒,是一种致癌物质,随着环保法规的日益严格,此类药剂的使用必将受到严格的限制。

  1.2含磷阻垢剂1.2.1无机磷酸盐在冷却水处理中,常用的聚磷酸盐有长链状阴离子的三聚磷酸钠和六偏磷酸钠。聚磷酸盐兼具有阻垢和缓蚀作用。优点是用量较小、成本较低、无毒、价格较便宜。缺点是不稳定,易水解成磷酸根;对铜及铜合金有侵蚀性,更为严重的是导致环境富营养化。

  1.2.2有机膦酸酯

  有机膦酸酯抑制硫酸钙的效果较好,但抑制碳酸钙的效果较差。有机膦酸酯分子结构中有C-O-P键,从水解的角度看,它虽比聚磷酸盐难水解,但比有机多元膦酸容易水解生成正磷酸。尤其是在温度较高和碱度较强的情况下,它易水解生成正磷酸盐和相应的醇,而失去阻垢作用。

  1.2.3有机多元膦酸

  有机多元膦酸具有化学性能稳定,耐高温和高pH值,有明显的“溶限效应”和“协同效应”。有机多元膦酸及其盐类与聚磷酸盐在许多方面是相似的,它们都有低浓度的阻垢作用,对钢铁都有缓蚀作用。但是有机多元膦酸及其盐类并不像聚磷酸盐那样易水解为正磷酸盐,且含磷量低,减少了形成磷酸钙的危险,同时也减轻了环境富营养化的压力。另外,有机多元膦酸不能有效地抑制磷酸钙垢和Zn垢以及解决氧化铁沉淀问题。有机多元膦酸分子中有两个或两个以上的膦酸基团直接与碳原子相连接。按其结构,有机多元膦酸可以分为四大类:甲叉瞵酸型、同碳二磷酸型、羧酸膦酸型和含其它原子膦酸型。

  1.3无磷阻垢剂

  现今无磷阻垢剂的品种大致包括低分子量的聚羧酸盐类、烷基环氧羧酸盐类、聚环氧琥珀酸盐类、聚天冬氨酸盐类等。

  1.3.1聚羧酸盐类

  常用的聚羧酸类阻垢剂有聚丙烯酸(PAA)、水解聚马来酸酐型、马来酸酐-丙烯酸的共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯类共聚物等。

阻垢剂在工业循环水处理工艺中的应用

  1.3.2烷基环氧羧酸盐类

  烷基环氧羧酸盐简称AEC。特点是无毒、能耐氯、耐温,有特别优良的碳酸钙阻垢性能,可以取代有机膦酸。当其与少量无机盐复配时,用于高值、高碱度、高硬度、高浓缩倍数的冷却水系统,并为环境所接受。烷基环氧羧酸盐在无磷的条件下,缓蚀率与有机膦酸的效果相当。

  1.3.3聚环氧琥珀酸羧盐聚环氧琥珀酸(PESA)是美国Prector&GambleCompany公司分别于20世纪80年代末开发的一种无磷水处理剂,国内近年来也进行了有关研究。PESA有良好的生物可降解性能并适用于高碱,高硬水系等特点的新型绿色阻垢剂。 

 2、阻垢剂的阻垢机理

  水垢是循环水中危害最为严重、最常见的结垢之一,水垢又称硬垢或无机垢,是由水中的微溶性盐类沉积在换热面上而形成的垢层。碳酸钙垢是冷却水系统中最常见的水垢之一。无阻垢剂的冷却水会出现严重的碳酸钙垢,水垢的形成过程可以分为结晶、聚合和沉积。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,使成垢机理的研究和对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。

  阻垢剂的阻垢机理的假设有很多,但它们还不能完全解释阻垢剂的一些性质和现象,目前流行的机理主要有以下几种:

  2.1品格畸变

  碳酸钙微晶成长时按照一定的晶格排列,结晶致密而坚硬。加入阻垢剂后,阻垢剂吸附在晶体上并掺杂在晶格的点阵中,对无机垢的结晶形成了干扰,使晶体发生畸变,或使大晶体内部的应力增大,从而使晶体易于破裂,阻碍了垢的生长。

  2.2络合增溶

  络合增溶作用是阻垢剂在水中能够与钙镁离子形成稳定的可溶性螯合物,将更多的钙镁离子稳定在水中,从而增大了钙镁盐的溶解度,抑制了垢的沉积。

  2.3凝聚与分散

  阴离子型阻垢剂,在水中解离生成的阴离子在与碳酸钙微晶碰撞时,会发生物理化学吸附现象,使微晶的表面形成双电层,使之带负电。

  因阻垢剂的链状结构可吸附多个相同电荷的微晶,静电斥力可阻止微晶相互碰撞,从而避免了大品体的形成。在吸附产物碰到其它阻垢剂分子时,将已吸附的晶体转移过去,出现晶粒均匀分散现象,从而阻碍了晶粒间和晶粒与金属表面的碰撞,减少了溶液中的晶核数,将碳酸钙稳定在溶液中。

  2.4再生-解脱膜假说

  聚丙烯酸类阻垢剂能在金属传热面上形成一种与无机晶体颗粒共同沉淀的膜,当这种膜增加到一定厚度后,在传热面上破裂,并带一定大小的垢层离开传热面。由于这种膜的不断形成和破裂,使垢层生长受到抑制。

  2.5双电层作用机理

  认为对有机膦酸盐类阻垢机制是由于阻垢剂在生长晶核附近的扩散边界层内富集,形成双电层并阻碍垢离子或分子簇在金属表面凝结。

  上述的几种机理是目前人们普遍认同的推测,对于阻垢剂的阻垢机理还有待于进一步研究。 

 3、目前阻垢剂应用存在的问题与发展

  含磷阻垢剂在工业水处理剂中还在大量使用,但目前磷对自然界水质的污染已引起了人们的高度警觉。近年来太湖暴发赤潮,湖水严重污染,水即使经过自来水厂加工也还散发恶臭,周边城市基本没有饮用水,各领域处于瘫痪状念,政府极力挽救,可是效果甚微,殃及的城市全处于瘫痪状态。

  目前我国还尚未对水处理剂中磷的使用有法规限制,而随着工业的快速发展,大量工业循环水的使用和排放,磷对自然界水质的污染已经成为了一个不容忽视的环境问题,

  因而,为了我们的生态环境、减少磷的排放,开发使用低磷、无磷水处理剂是今后水处理技术的一个发展方向。

  工业循环水中大量使用的含磷阻垢缓蚀剂,对水资源和环境的破坏效应引起了人们的高度重视,我国部分省市在禁止使用含磷洗涤剂的基础上已开始限制含磷阻垢剂的使用,开发推广无磷阻垢剂是水处理技术的发展方向。