碱性水处理的沉积控制与TS_609_曹新荘

工业水处理1986Vol.6No。4碱性水处理的沉积控制与TS一690天津化工研究院曹新壮循环冷却水的碱性处理,是指,将循环水的pH控制在碱性范围,充分利用溶解在水中的CaZ+,MgZ+,CO聋一,HCO3一,510蛋-与OH一等缓蚀离子,在金属表面形成保护性薄层,让少量缓蚀剂控制腐蚀,同时使用阻垢剂控制结垢的一种处理方法。由于碱性处理减少了腐蚀、控制了结垢、减少并避免了由于加酸操作可能带来的事故、保证设备能长期安全运转。因此,自70年代问世之后,立即得到各国水处理界的重视、到70年代末,这种处理方法在国外水处理技术中,已居主导地位〔1〕〔2〕。我国从80年代初开始研究碱性水处理技术,几年来发展极快。现在,国内也形成以其为主的局面但与国外比较仍存在不少差距,其中主要是对强腐蚀性水质的处理尚有所限制与浓缩倍数较低。对于强腐蚀性水质,国外通过聚磷酸盐、磷酸盐与多元醇磷酸醋等复合锌盐,以及高磷酸盐处理等技术,已使处理范围扩大到Cl一+50`2一>so00ppm的强腐蚀性水质〔3〕。但是,在碱性条件下使用锌盐与聚磷酸盐作为缓蚀剂,必然会出现极难控制的Zn3(Po4)2Zn(OH):与Ca3(PO`)2等沉积,能否控制这些沉积,成为处理技术成败的关键。这就意味着在碱性处理中,缓蚀间题最终转化为结垢问题。影响浓缩倍数的原因是多方面的,除设备因素外,因为提高浓缩倍数恶化了水质,就给水处理的缓蚀阻垢与生物控制提出了更高的要求,采用锌盐与聚磷酸盐等缓蚀剂防腐,又会带来因药剂引起的结垢问题,因此提高浓缩倍数的关键仍然是控制结垢。为了解决碱性处理中的结垢间题,国外近几年合成了多种阻垢剂,其中以包括丙烯酸系共聚物在内的各种不饱和单体的共聚物分散剂效果较好〔4〕。我们在52年合成了对Ca3(PO`)2有较好分散能力的新一代聚丙烯酸一TS6o4A、83年又合成了对Ca。(PO`)2,Fe(OH)。,CaCO3与CaSO`有优异阻垢能力的新型丙烯酸系共聚物TS一609〔5〕。TS一609由于性能优异,价值适中,面市之后立即受到国内水处理同行的重视,不少单位结合自身工作,对它进行了更加广泛与深入的研究,这些研究成果也丰富与深化了我们对TS一609的认识,本文将结合这两年兄弟单位所做的工作,对TS一609与碱性水处理的沉积控制进行探讨。一、碳酸钙沉积的控制Ca“十与HCO3一在各种来源的工业用水中,一般以较高的含量存在,这两种成垢离子在冷却水的曝气循环中,会在换热面上形成CaCO:垢。CaZ++2HCO。一=CaCO:杏+CO:个+Hzo表示这两种成垢离子结垢倾向的溶度积K,,=〔Ca么+〕·〔COs么一〕=0.99x10一8(15℃)〔6〕,随着温度与pH的增加,结垢倾向还将进一步增加,因此,控制CaCO。沉积一直是工业水处理的主要任务。通过水处理专业研究人员多年来的工收稿日期:1986,落·41986Vol.6No。4工业水处理作,CaCO3沉积己得到较好的控制。几乎所有的天然或合成阻垢剂,均可通过抑制难溶盐结晶生成的鳌合、溶解限量、晶格畸变与分散作用的一种或数种形式,对CaCO3垢的生成起到一定的抑制作用。但在众多的阻垢剂中、以有机麟酸盐与聚磷酸盐效果最好。TS一60。对CaCO3的阻垢效果良好,我组评价在相同条件下,它的CaCO3阻垢率与T一225相同〔5〕。化工部光明研究所〔7〕利用某厂Ca“卜=110.5mg/l,MgZ+=is.gmg/l,HCO。一=298.9mgl/的原水、在相同条件下,对包括TS一609在内的几种国产阻垢剂进行抑制CaCO:成垢能力评定,结果见图1。图1表明,TS一609在三种阻垢剂中,抑制CaCO3沉积的效果最好。沉积。KSpca3·(Po`)2=10一2`~10一’3〔6〕控制Ca3(PO`):沉积是使用聚磷酸盐处理技术的关键问题。Ca3(PO`)2的沉积受系统pH、温度以及钙离子浓度等因素影响,其中尤以pH的影响为大。日本栗田公司的S.Kuob等〔8〕通过室内缓垢试验法,在pH=7.2一9.0范围内,研究了在未加阻垢剂的情况下,影响水中Ca3(PO`):沉积的临界pH值(pHe)的因素,根据试验数据,推出如下试验式:pHc二11.755一19〔CaH〕一19〔PO`8一〕一Zlgt0。65八U自O欲肾荃一砚职一一一一马一丙J专农物矛产夕产;月夕矛02468仔l垢护l浓度(l,I、m)图1扭垢荆的扭CaCO3垢曲线二、磷酸钙沉积的控制聚磷酸盐在水溶液中,能通过阴极与阳极保护作用,对铁与非铁金属起到缓蚀作用,由于它的污染危害小且价格低廉,多年来一直作为工业水处理的重要缓蚀剂之一而广泛应用。但是,聚磷酸盐在水溶液中稳定性差,易水解为正磷酸盐,水解过程还随系统pH与温度增高而增加,又随停留时间延长而加剧。水解所生成的PO护一,