新型低硬度水緩蝕阻垢劑TH-682D的性能及應用研究

田忠偉，賀茂才*，宋盟盟，高燦柱

（1.山東省泰和水處理有限公司，山東 棗莊277100；2.山東大學 環境科學與工程學院，山東 濟南 250100）

隨著我國經濟的發展，水資源短缺和水環境污染的問題日益顯現，節約用水已成為我國可持續發展的必然要求。對占工業用水量70%的冷卻水進行濃縮循環使用是節水、節能、減排、降耗的有效措施[1]。目前，國內工業循環冷卻水處理設計規范要求濃縮倍數一般不小于3倍，而提高補充水的濃縮倍數并循環使用則需要在系統中投加緩蝕阻垢劑來控制腐蝕和結垢。而對于東南和東北地區的補充水多為軟水或低硬度水質，水中Ca2+、Mg2+含量低，結垢問題不嚴重，腐蝕成為主要問題，補充水經濃縮3倍后特別容易導致腐蝕。因此，為解決軟水和低硬度水的腐蝕和結垢問題，同時使產品的應用更有針對性，本課題組經多次試驗和現場應用，研制了綠色環保型軟水和低硬度水緩蝕阻垢劑TH-682D，并實現了工業化生產、銷售和應用[2，3]。

本文分別通過考察梯度濃度下各種緩蝕阻垢劑的 CaCO3阻垢率（參照GB/T 16632-2008），通過與常規緩蝕阻垢劑ATMP和HEDP對比來說明TH-682D阻垢性能。此外，通過對現場補充水的CaCO3、CaSO4等鈣垢的阻垢率試驗考察了TH-682D對現場水的阻垢效果。還參照GB/T 18175-2000標準考察了阻垢緩蝕劑TH-682D對現場補充水的碳鋼和銅的緩蝕效果[4]，以評價其緩蝕性能。并通過在黑龍江一家電廠進行了現場應用，證明了TH-682D在低硬度循環冷卻水中具有良好的阻垢和緩蝕效果。而且TH-682D不含亞硝酸鹽、鉻酸鹽等有毒物質，對環境無污染，符合水處理劑綠色、環保的發展方向。

1 藥劑組成及阻垢緩蝕機理

緩蝕阻垢劑TH-682主要由特殊界面活性劑、聚羧酸、高效分散劑、絡合物、緩蝕劑等組成，適用于低硬度水作冷卻介質的系統。利用有機膦酸對垢的螯合、增溶、晶格畸變等作用和聚羧酸對垢的增溶、晶格畸變、靜電斥力等作用，使之能夠有效地控制結垢。此外，綠色環保型低硬度水緩蝕阻垢劑TH-682D是一種混合型緩蝕劑，主要通過抑制金屬的極化起到緩蝕作用。利用緩蝕劑和絡合物的負離子在金屬表面形成一種不溶性的穩定絡合物，絡合物吸附在碳鋼等金屬表面上形成了一層惰性、穩定的保護膜。這種膜電阻大并能使金屬和水中的腐蝕介質隔離，從而起到抑制腐蝕的作用[3，5，6]。緩蝕阻垢劑TH-682不含亞硝酸鹽、鉻酸鹽等有毒物質，對環境無污染。緩蝕阻垢劑TH-682正常使用時對碳鋼腐蝕速率遠低于國家標準。對Cl-高于300mg·L-1，同時鈣鎂含量高的腐蝕性水的緩蝕效果同樣達標，阻垢性能優良。

2 實驗部分

2.1 材料與儀器

試驗用試劑均為分析級；水為二次反滲透水；阻垢緩蝕劑 TH-682D（30%）、ATMP（50%）和 HEDP（50%）均為山東省泰和水處理有限公司產品；除特別說明，投加的阻垢緩蝕劑均以商品計。

緩蝕試驗儀器（江蘇高郵儀器廠）；RCC-I型旋轉掛片腐蝕測定儀。

2.2 試驗方法

TH-682D、ATMP和HEDP的碳酸鈣阻垢試驗，參照標準GB/T 16632-2008《水處理劑阻垢性能的測定-碳酸鈣沉積法》通過一系列藥劑量的TH-682D、ATMP和HEDP的阻垢試驗，考察3種藥劑的阻垢效果。

TH-682D對現場補充水的鈣垢阻垢試驗也參照標準GB/T 16632-2008《水處理劑阻垢性能的測定-碳酸鈣沉積法》，考察TH-682D對鈣垢的阻垢效果。

TH-682D緩蝕試驗參照GB/T18175-2000《水處理劑緩蝕性能測定——旋轉掛片法》。

2.3 阻垢試驗

2.3.1 靜態碳酸鈣阻垢試驗-GB/T 16632-2008 TH-682D、ATMP和HEDP的靜態碳酸鈣阻垢試驗參照GB/T 16632-2008標準。考察相同濃度下3種藥劑的阻垢率高低，加藥量為 1、2、3、4、5、6mg·L-1（干基）。

圖1 靜態阻垢試驗結果Fig.1 Results of static scale inhibition test

由圖1可知，3種緩蝕阻垢劑中，TH-682D的靜態阻CaCO3垢效果最好，在同一藥劑濃度下均高于HEDP和ATMP的阻垢率。此外TH-682D的磷含量最低，符合低磷環保的要求。

2.3.2 現場水阻垢試驗-Q/SY 126-2007 在標準GB/T 16632-2008下，TH-682D的靜態阻垢效果好。因此，在軟水和低硬度水質中，TH-682D也應該具有良好的阻垢效果。對此，選擇黑龍江一電廠的補充水為試驗水質（水質分析見表1），參考標準GB/T 16632-2008進行試驗。在加熱條件下，促使Ca（HCO3）2加速分解為CaCO3。達到平衡后測定試液中的Ca2+濃度。通過前期Ca2+含量與試驗后Ca2+的含量進行對比，Ca2+度愈大，則該水處理劑的阻垢性能愈好，以此評價TH-682D對現場水的阻垢效果。

參照標準GB/T 16632-2008，按補充水加藥量為30mg·L-1。經分析，TH-682D對鈣垢的阻垢率為98.36%。因此，TH-682D對低硬度水具有良好的阻垢效果。

通過以上試驗結果可知，TH-682D具有良好的阻垢效果，能夠滿足低硬度水質的阻垢要求。

2.4 緩蝕試驗

分別進行TH-682D對碳鋼和銅的緩蝕試驗，方法參照GB/T 18175-2000，按補充水一次性加藥30mg·L-1，其水質參數見表 1。

表1 補充水水質分析Tab.1 Water quality analysis of feeding water

試驗條件：溫度（50±1）℃，試片材質為A3碳鋼、不銹鋼和銅，面積為 28cm2，轉速 90r·min-1，試驗時間72h，試片不經過預膜處理，試驗水為補充水。

緩蝕試驗結果見表2。

表2 TH-682D對碳鋼和銅的緩蝕試驗結果Tab.2 Corrosion results of TH-682D for carbon steel and copper

TH-682D對碳鋼、銅的腐蝕速率分別為0.0155、0.0012mm·a-1，對兩種材質的單一腐蝕速率和平均腐蝕速率均符合GB50050-2007的要求（碳鋼＜0.075mm·a-1，銅材質＜0.005mm·a-1）。因此，在此低硬度水質中，TH-682D對碳鋼、銅量種材質均具有良好的緩蝕效果。

3 現場應用

水處理劑的應用效果與循環水的現場運行條件密切相關。TH-682D對低硬度水的阻垢和緩蝕效果優異。因此，在黑龍江一家電廠進行了現場應用，該廠補充水水質見表1，循環水濃縮至3～4倍。

向系統投加TH-682D，并進行長時間的現場監測，按補充水加藥量為30mg·L-1，循環水中有機磷控制在2.0～4.0mg·L-1之間，其緩蝕結果見表3。

表3 電廠循環冷卻水緩蝕試驗結果Tab.3 Results of corrosion test in circulating cooling water of power plant

由表3結果表明，使用TH-682D 12個月，電廠運行良好。檢修發現循環水管道及冷凝汽器管壁狀況良好，循環水池懸掛的碳鋼和銅掛片表面光滑，無明顯腐蝕和結垢現象，其平均腐蝕速率分別為0.0202、0.0017mm·a-1，單一腐蝕速率和平均腐蝕速率均符合GB50050-2007的要求。

4 結論

（1）依據標準GB/T 16632-2008進行碳酸鈣阻垢試驗，在同一濃度下，低硬度水緩蝕阻垢劑TH-682D的碳酸鈣阻垢率均高于ATMP和HEDP，其阻垢效果顯著優于HEDP和ATMP。

（2）依據標準GB/T 16632-2008進行現場水阻垢試驗，TH-682D的鈣垢阻垢率為98.36%，阻垢效果良好，符合應用要求。

（3）緩蝕試驗說明TH-682D對低硬度水中的碳鋼、銅均具有良好的緩蝕效果，其腐蝕速率分別為 0.0155、0.0012mm·a-1，均符合 GB50050-2007 要求。

（4）通過在黑龍江一家電廠現場應用12個月，電廠運行良好，證明了TH-682D對低硬度、高濃縮倍數的循環水系統具有良好的緩蝕和阻垢效果。這對于解決東南和東北地區循環冷卻水嚴重的腐蝕問題，具有重要的意義。

[1] 鄭書忠.循環冷卻水水質及水處理劑標準應用指南[M].北京:化學工業出版社,2003.

[2] GB50050-2007《工業循環冷卻水處理設計規范》[S].中華人民共和國建設部,北京:中國計劃出版社出版,2008.

[3] 周本省.工業水處理技術（第二版）[M].北京:化學工業出版社,2002.

[4] GB/T18175-2000《水處理劑緩蝕性能的測定-旋轉掛片法》[S].國家質量技術監督局,北京,2000.7-12.

[5] 鮑其鼐.我國循環冷卻水處理30年[J].工業水處理,2010,30（12）:6-14.

[6] 趙曦,魏剛.有機膦系預膜劑在碳鋼表面的成膜機理[J].中國腐蝕與防護學報,2007,27（3）:147-150.