影响循环水处理剂缓蚀效果的因素 KSYHPD

工业水处理专论与综述影响循环水处理剂缓蚀效果的因素中国石油化工集团公司水处理中心（北京，100083）李本高余正齐上海宝山钢铁集团公司能源部（上海，201900）张宜莓类型；并采用旋转挂片腐蚀试验方法对这些水处理剂的缓蚀效果进行研究，发现药剂的自身浓度，水质钙硬和碱度、浊度、铁离子浓度以及杀菌剂对不同类型水处理剂的缓蚀效果影响是不同的，因此，应根据水处理剂的类型确定使用条件。

412丨A文章编号丨1005829X（2000）04随着循环水处理技术的快速发展，不同类型的水处理剂和配方不断出现，使不同水质的处理效果不断提高，对确保工业生产装置的安全、高效、长周期运行起到积极作用。同时，由于市场竞争的加剧，各工业企业为获得更大的社会和经济效益，对水处理技术的要求也在不断提高。一方面要求水处理效果好，能够满足不同工况对水处理的要求；另一方面要求水处理技术和水处理剂能够在高浓缩倍数下运行，做到*大限度地节约用水、减少污水排放、减少水处理剂的用量。为了*大限度的发挥水处理剂的作用，了解和研究水处理剂的适用条件和作用机理尤为重要，不少从事水处理技术研究和应用的工程技术人员对亚硝酸盐、聚磷酸盐、钼酸盐、有机磷酸盐、多元醇磷酸酯、锌盐和有机胺等缓蚀剂作过较为深入的研究，对这些缓蚀剂的正确使用和新型缓蚀剂的开发起到了促进作用。但是，对缓蚀剂和复合缓蚀阻垢剂在使用中对其缓蚀性能的影响因素尚缺少系统的研究，认识也不深刻，在应用上表现出同一种药剂在不同的循环水系统处理效果相差甚远，同一种复合剂在同一个循环水系统不同时期处理效果相差甚远，*终不能取得好的效果。因此，为解释水处理剂在实际使用中出现的一些异常现象，正确掌握水处理剂的使用条件，有必要对目前常规使用的8类典型的水处理剂的影响因素作较为系统的研究。

1试验方法1.1药剂与材质药剂：试验中所使用的水处理剂全部取自国内企业循环水现场；水质：北京自来水（钙硬100mg/L；总碱135mg/L）；材质：0碳钢I型试片，表1.2试验方法分析方法：试验用水处理剂的主要成分分析采用瑞士Buiuk公司生产的300M核磁共振仪（NMR）。

腐蚀试验：参照中石化冷却水分析和试验方法中的404方法。

2结果与讨论对从现场取到有代表性的35个国内外水处理剂样品，经过对这些样品的主要成分分析，可以归结为8种类型。它们的主要成分和缓蚀性能如下。

首先对采集的35个样品进行理化指标分析，根据理化指标进行初步分类，再用核磁共振和离子色谱对主要成分和结构进行鉴定归类结果如表1表1归类样品的主要成分药剂类型主要成分1亚硝酸盐2PBTC7PO43/Zn2+3聚丙烯酸/HEDP/Z2+4聚丙烯酸/PBTC/Zn2+5聚丙烯酸/聚氧乙烯醚磷酸酯/Zn2+6丙烯酸和马来酸酐共聚物/PBTC/Zn7丙烯酸和AMPS共聚物/HEDP/PBTC/Zn2+8丙烯酸和烯丙基羟丙磺酸醚共聚物/HEDP/PO43/Zn2+表2不同类型药剂在不同浓度下的药剂类型药剂浓度/mgDL第1类是阳极型缓蚀剂，第2类至第8类均为非阳极型缓蚀阻垢剂；进一步比较可以看出，第1类和第2类为小分子缓蚀剂，第3类至第8类均含高分子聚合物，在这6类缓蚀阻垢剂中，第3类至第5类均含单元高分子聚合物，第6类至第8类均含多元高分子共聚物。除这些不同外，其它组分也不完全相同，具有代表性。

22药剂浓度对缓蚀效果的影响药剂浓度是影响药剂效果的主要因素之一，任何一种药剂只是在一定浓度下才表现出好的效果，缓蚀阻垢剂的缓蚀效果也是如此。表2是药剂在推荐浓度范围的缓蚀效果。

阳极型缓蚀剂在高浓度下才表现出良好的缓蚀效果，如药剂浓度达到400mg/L时，碳钢试片基本无腐蚀；大多数非阳极型缓蚀剂在较低的浓度时就有良好的缓蚀效果，如药剂浓度达到50mg/L时，2、3、4和6四类药剂的试片腐蚀速率均小于0. 025mm/seo优化a并且所有类型药剂的缓蚀效果随药剂浓度的增加而增加。但同一类型的聚合物与其它不同类型的缓蚀剂复合，缓蚀效果相差很大，如3、4、5三类药剂都是丙烯酸类聚合物、锌盐分别与第三组分HEDP〔6 7〕、PBTC和聚氧乙烯醚磷酸酯复合，所得到的复合剂的试片腐蚀速率分别为0. 970mm/a.该结果说明当阻垢分散剂相同时，复合剂的缓蚀效果好坏主要取决于第三组分的缓蚀效果和第三组分与其它组分的协同作用。当阻垢分散剂不同，阻垢分散剂的阻垢分散作用越强，其复合剂的缓蚀效果越差。比较第6、7和8三类药剂可以看出，虽然第7、第8类复合剂中的第3、第4组分的缓蚀效果比第6类强，但第7、第8类复合剂的缓蚀效果却比第6类复合剂的缓蚀效果差，主要原因在于第7、第8类复合剂中共聚物的阻垢分散性能比第6类复合剂强。进一步研究发现，对沉积膜型缓蚀阻垢剂，只有当药剂在水中的沉积能力和阻垢分散能力达到某种平衡时，药剂才表现出良好的缓蚀和阻垢效果〔8~10.反之，如果药剂的沉积能力大大超过阻垢分散能力，不但阻垢分散效果差，缓蚀效果也差。如锌盐，如果不与其它阻垢分散剂复合使用，几乎没有缓蚀效果。同样，如果药剂的阻垢分散能力大大超过沉积能力，阻垢分散效果虽好，但药剂难以沉积到金属表面形成沉积保护膜导致药剂的缓蚀效果也很差。

2.3浊度对药剂缓蚀效果的影响在循环水运行中，循环水的浊度有时很高。使循环水浊度升高的原因多种多样，但主要有源水处理效果不好，补充水浊度很高，导致循环水的浊度高；有些是因物料泄漏到循环水中，导致循环水浊度升高。循环水浊度升高后，水处理剂的处理效果有不同程度下降，表3是浊度对不同类型药剂缓蚀效果影响的结果。

表3结果显示，浊度对第1、2类药剂的缓蚀效表3不同类型药剂在不同浊度影响下的腐蚀速率mm/a药剂类型浊度/mg°L 715除第1类药剂浓度为400mg/L外，其它类型的药剂浓度均为50表4不同类型药剂在不同铁离子浓度下的腐蚀速率mm/a药剂类型铁离子浓度/mgDL 05611791.24780.7940.8970.9240.927除第1类药剂浓度为400mg/L外，其它类型的药剂浓度均为50果基本无影响，如第2类药剂在浊度0mg/L时，试片腐蚀速率为0.006mm/a，池度50mg/L时，试片腐蚀速率为0.007mm/a，腐蚀速率基本无变化。浊度对第5、7、8三类药剂的缓蚀效果有一定影响，但影响程度不大，如第5类药剂在浊度0mg/L时，试片腐蚀速率为0.970mm/a，浊度50mg/L时，试片腐蚀速率增加到1.188mm/a腐蚀速率增加在20%以内。浊度对第3、4、6三类药剂的缓蚀效果影响巨大，如第3类药剂在浊度0mg/L时，试片腐蚀速率0.011mm/a缓蚀效果良好，浊度增加到50mg/L时，试片的腐蚀速率增加到0.蚀速率增加了近70倍。导致这种现象的主要原因可能在于：引起浊度高的颗粒物质带有电荷，高分子阴离子物质比小分子阴离子化合物更容易与带电颗粒物质发生吸附作用，从而破坏了复合剂中药剂沉积和阻垢分散能力的平衡，使含高分子聚合物复合剂的缓蚀效果大幅度下降。

24铁离子对不同类型药剂缓蚀效果的影响循环水中常常因金属腐蚀控制不好使铁离子浓度增加，特别是使用强腐蚀性水质的循环水系统和有物料泄漏的系统，铁离子浓度有时高达5mg/L.铁离子对不同类型药剂的缓蚀效果影响如表4所示。

表4结果表明：铁离子对第1类阳极型缓蚀剂的缓蚀效果影响不大，铁离子浓度从0mg/L增加到5mg/L，试片腐蚀速率仅增加0.008mm/a；但铁离子对其它七类非阳极型复合缓蚀阻垢剂的缓蚀效果影响巨大，如第2类复合剂，铁离子浓度0mg/L时，试片的腐蚀速率仅0. 006mm/a，缓蚀效果良好，但当铁离子浓度增加到5mg/L时，腐蚀速率猛增到0.94mm/a，增加约150倍，再如第4类复合剂，腐蚀速率从铁离子浓度0mg/L的0.022mm/a增加到铁离子浓度5mg/L的1.068mm/a腐蚀速率增加近50倍。主要原因可能在于铁离子极易以氢氧化铁沉积，这些沉积物对非阳极型缓蚀剂带来两方面的问题，一是氢氧化铁沉积到金属表面形成疏松的沉积物，引起严重的垢下腐蚀，而且隔断了低浓度的缓蚀剂与金属表面的作用，从而使试片的腐蚀速率大大加快；二是氢氧化铁的颗粒悬浮在循环水中，对药剂有吸附作用，引起水中药剂的有效浓度降低，导致复合剂的缓蚀效果下降。对阳极型缓蚀剂则不同，阳极型缓蚀剂的使用浓度高达400mg/L，与金属表面作用速率快，在氢氧化铁尚未沉积到金属表面上，就已经形成了良好的完整保护膜所以基本不受铁离子的影响。

2.5钙硬和碱度对不同类型药剂的缓蚀效果影响人们在水处理实践中发现，水中钙硬和碱度对阳极型缓蚀剂的缓蚀效果影响不大，但对非阳极型药剂的缓蚀效果影响很大，表5是不同类型药剂在不同钙硬和碱度的挂片腐蚀速率。

表5结果很清楚的显示，第1类阳极型缓蚀剂的缓蚀效果不受水中钙硬和碱度的影响。第2至第8类非阳极型药剂的缓工业纯水设备蚀效果表现出三种情况，一是复合剂在较低钙硬和碱度时缓蚀效果良好，它们的缓蚀效果不再随钙硬和碱度的增加而明显增加，如第2、4、6三类复合剂，它们的缓蚀效果随钙硬和碱度增加的幅度不大于0.02mm/a；二是复合剂在较低钙硬和碱度时缓蚀效果不好，它们的缓蚀效果表5不同类型药剂在不同钙硬和碱度下的药剂类型钙硬+碱度/mg 6110.0630.01080.7940.3870.333除第1类药剂浓度为400mg/L外，其它类型的药剂浓度均为50表6不同类型药剂与几类杀菌剂配合时的是聚季铵盐；3杀菌剂主要成分是洁而灭；4杀菌剂主要成分是二硫氰基甲烷；5杀菌剂主要成分是次氯酸盐。

随钙硬和碱度的增加而显著增加，如第5、7、8三类复合剂。原因可能是复合剂在较低钙硬和碱度的水中，阻垢分散能力远大于沉积能力，使药剂难以在金属表面上形成完整的沉积保护膜，导致药剂的缓蚀效果差。但随水中钙硬和碱度的增加，沉积趋势增强，使复合剂在水中的沉积能力和阻垢分散能力逐步达到平衡，从而使复合剂的缓蚀效果随水中钙硬和碱度的增加而增加，幅度超过0.45mm/a；三是复合剂在较低钙硬和碱度时缓蚀效果良好，它们的缓蚀效果随钙硬和碱度的增加而下降，如第3类复合剂，缓蚀效果随钙硬和碱度增加反而下降了0.04mm/a以上。原因主要在于复合剂随水中的钙硬和碱度的增加，打破了原有的沉积能力和阻垢分散能力的平衡，使沉积能力大于阻垢分散能力，药剂沉积不能及时得到从铁金属表面腐蚀形成的铁离子参与，所形成的沉积保护膜致密性较差，导致缓蚀效果下降。

26杀菌剂对不同类型药剂缓蚀效果的影响表6是几种有代表性的杀菌剂对8类水处理剂的缓蚀效果影响结果。

表6结果说明不同类型的杀菌剂对不同类型的缓蚀阻垢剂的效果影响不同。5种不同类型杀菌剂对第1类阳极型缓蚀剂的缓蚀效果基本无影响；第1种杀菌剂对第2类非阳极型缓蚀剂的缓蚀效果影响巨大，其它四类杀菌剂对第2类非阳极型缓蚀剂的缓蚀效果基本无影响；第1、5两种杀菌剂对第3类非阳极型缓蚀剂的缓蚀效果基本无影响，但第2、3、4三种杀菌剂对第3类非阳极型缓蚀剂的缓蚀效果影响巨大；第1、2两种杀菌剂对第4类非阳极型缓蚀剂的缓蚀效果基本无影响，但第3、4、5三种杀菌剂对第4类非阳极型缓蚀剂的缓蚀效果影响巨大；五种杀菌剂对第5类非阳极型缓蚀剂的缓蚀效果有增效作用，加入杀菌剂后，缓蚀效果均有不同程度的提高；第4、5两种杀菌剂对第6类非阳极型缓蚀剂的缓蚀效果基本无影响；但第1、2、3三种杀菌剂对第6类非阳极型缓蚀剂的缓蚀效果有不同程度的影响；第1、3、4、5四种杀菌剂对第7类非阳极型缓蚀剂的缓蚀效果有不同程度的增效作用，但第2种杀菌剂对第7类非阳极型缓蚀剂的缓蚀效果有较大影响；第1、2、3、4四种杀菌剂对第8类非阳极型缓蚀剂的缓蚀效果有增效作用，但第5种杀菌剂对第8类非阳极型缓蚀剂的缓蚀效果有一定影响。这些结果告诉我们，不同类型的缓蚀阻垢剂要选择不同类型的杀菌剂，才能使循环水处理获得良好的处理效果。

3结论药剂自身浓度对阳极型缓蚀剂的缓蚀效果影响较大，高浓度时的缓蚀效果较好，低浓度时的缓蚀效果较差，但浊度、总铁离子、钙硬和碱度、杀菌剂对它的缓蚀效果基本无影响；药剂自身浓度、浊度、总铁离子、钙硬和碱度、杀菌剂对不同类型的非阳极型复合缓蚀阻垢剂的缓蚀效果影响各不相同。浊度对多数类型药剂的缓蚀效果有影响，随浊度增加缓蚀效果下降；铁离子对所有类型的非阳极型药剂缓蚀性能有较大的影响，随铁离子浓度增加缓蚀效果大幅度下降；在一般条件下，对阻垢分散用性能好的非阳极型复合剂，缓蚀性能随钙硬和碱度的增加而增加；杀菌剂对非阳极型药剂缓蚀性能有影响，有的增效，有的使缓蚀效果下降，故在使用时应根据不同类型的药剂进行选定。

在筛选沉积型复合剂配方时，应根据水质的性质，使复合剂的沉积能力和阻垢分散能力达到某种程度的平衡，才能得到良好的水处理效果。

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