聚合物类水处理药剂阻垢性能测定研究

蒋华锋

(潍坊金石环保科技有限公司，山东 潍坊 261300)

在工业循环冷却水系统中，为了控制腐蚀、结垢及微生物黏泥等而添加的水处理化学品被称为水处理剂[1]。水处理剂是精细化工产品中的一个重要门类，具有很强的专用性，不同的使用目的和处理对象需要有不同的水处理剂，一般包括缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂、絮凝剂、净化剂、清洗剂、预膜剂等。其中常用的阻垢分散剂主要包括聚磷酸盐类、膦酸盐类、聚合物类等几大类[1]。聚合物类阻垢剂是一大类性能优异的功能高分子材料，它们大都含有能够起阻垢分散作用的羧基(—COOH)、羟基(—OH)、酰胺基(—CONH2)、磺酸基(—SO3H)、磷酸基(—[PO(OH)2])、酯基(—COO—)等功能基团，可以使晶体在生长过程中发生晶格歪曲作用,提高对钙的容忍度，对水中的磷酸钙、碳酸钙、硫酸钙等有不同程度的阻垢作用，作为阻垢分散剂广泛应用于石化、化工、冶金、电力等行业的工业循环冷却水处理、油田注水处理、锅炉水处理、浊环集尘水处理中。

实际使用中，聚合物类阻垢药剂一般与其他类型药剂复配使用[2]，可以起到更优异的效果。文献[3-4]主要针对有机磷类药物进行阻垢性能研究，对聚合物类药剂阻垢性测定研究的文献不多，且系统性不强。文章选取目前市场上常见的几种聚合物类阻垢剂，进行了系统的阻垢性能测定研究，为相关专业人士在处理不同工况条件下的药剂选用提供重要的参考依据。

1 实验部分

1.1 实验材料

1.2 实验仪器

500 mL锥形瓶，500 mL容量瓶；恒温水浴锅；紫外分光光度计。

1.3 实验方法

1.3.1 碳酸钙阻垢率

将试液和空白试液分别置于锥形瓶中，放入恒温(80 ℃)水浴中(试液的液面不得高于水浴的液面)，恒温放置10 h。冷却至室温后用中速定量滤纸过滤。移取25 mL滤液置于250 mL的锥形瓶中，加水至约80 mL，加5 mL 200 g/L的氢氧化钾溶液和0.1 g钙-羧酸指示剂,用EDTA滴定至溶液由紫红色变为亮蓝色即为终点。

Ca2+质量浓度=40.08CV1/V

式中，C为EDTA标准溶液的物质的量浓度，mol/L；V1为消耗EDTA的体积，mL；V为所取试液的体积，mL。

碳酸钙阻垢率=(P4-P3)/(0.24-P3)×100%

式中，P4为加水处理试验后的Ca2+质量浓度，mg/mL；P3为未加水处理剂空白试液试验后的Ca2+质量浓度，mg/mL；0.24为实验前配制好的试液中Ca2+质量浓度，mg/mL。

1.3.2 磷酸钙阻垢率

取500 mL容量瓶，用上述溶液润洗，加入阻垢剂试样，加入氯化钙标准溶液，边加边摇，使Ca2+为100 mg/L，补加上述液定容；将其转移至500 mL的锥形瓶中，于恒温水浴80 ℃，恒温放置10 h；

磷酸钙阻垢率的性能=(P4-P3)/(P0-P3)

1.3.3 硫酸钙阻垢率

在500 mL容量瓶中加入250 mL蒸馏水，用滴定管加入一定体积的氯化钙标准溶液，使Ca2+达到一定的量，用移液管加入一定量的水处理剂试样溶液，摇匀;然后加入20 mL硼砂缓冲溶液，摇匀;用滴定管缓慢加入一定体积的硫酸钠标准溶液(边加边摇)，用水稀释至刻度并摇匀。

将试液和空白试液分别置于锥形瓶中，放入恒温(80 ℃)水浴(试液的液面不得高于水浴的液面)中，恒温放置10 h；冷却至室温后用中速定量滤纸过滤；移取25 mL滤液置于250 mL的锥形瓶中，加水至约80 mL，加5 mL 200 g/L的氢氧化钾溶液和0.1 g钙-羧酸指示剂,用EDTA滴定至溶液由紫红色变为亮蓝色即为终点。

硫酸钙阻垢率=(P4-P3)/(P0-P3)×100%

式中，P4为加水处理剂试验后的Ca2+质量浓度，mg/mL；P3为未加水处理剂空白试液试验后的Ca2+质量浓度，mg/mL；P0为实验前配制好的试液中Ca2+质量浓度，mg/mL。

2 试验结果与分析

实际聚合物系列碳酸钙阻垢剂是按照商品量加入的。例如将0.5 g阻垢剂加入100 mL水中，再量取1 mL上述溶液加入500 mL水中，即成为10 mg/L的碳酸钙阻垢剂。

2.1 碳酸钙阻垢率

不同聚合物类阻垢剂碳酸钙阻垢率测定试验数据如表1所示。

表1 碳酸钙阻垢率

试验发现环境因素对碳酸钙阻垢影响很大，不同温度、不同试验浓度下，碳酸钙阻垢也差别较大。对比不同加入量，即10 mg/L与20 mg/L碳酸钙阻垢性能对比,碳酸钙阻垢性能提升，但是除PAA阻垢性能明显低于其他聚合物外，其他聚合物阻垢性能差别不大。另外，阻垢剂的加入量与阻碳酸钙垢性能并不是成比例增加的。

2.2 磷酸钙阻垢率

不同聚合物类阻垢剂硫酸钙阻垢率测定实验数据如表2所示。

表2 磷酸钙阻垢率

实验中发现，聚合物水处理剂存在的情况下，磷酸钙结垢状态为絮状物，不易沉积。由表2可知：当AA/AMPS加入商品量为20 mg/L时，阻磷酸钙垢为53.06%，其他聚合物阻垢性能相对较差。当聚合物商品量加到40 mg/L时，AA/AMPS,AA/HPA,AA/HPA/AMPS阻磷酸钙垢能达到90%以上。

2.3 硫酸钙阻垢率

不同聚合物类阻垢剂硫酸钙阻垢率测定实验数据如表3所示。

表3 硫酸钙阻垢率

3 结论

(1)实验测试方法不同,即质量浓度不同、温度不同，加入相同的阻垢剂得到的阻垢率也不尽相同；外界环境对静态阻垢试验影响较大，主要影响因素在于温度的变化。

(2)在相同条件下，PAA的碳酸钙阻垢最差，其他相差不大。

(3)聚合物的磷酸钙垢对于药剂加入量有较高的要求，加入量必须在大于某个值才能起到阻垢的效果。