工業循環水處理藥劑性能改進與應用

侯 雋，王澤東，張凱瑞

(上海洗霸科技股份有限公司，上海 200080)

為不影響工業企業的快速發展，又節能降耗[1]，在鋼鐵、電力、石油、化工、紡織等行業的工廠用水中，循環冷卻水的用水量最大[2]。針對循環水系統存在腐蝕、結垢問題，可選擇添加化學藥劑[3]。常用的水處理緩蝕劑有鉻酸鹽、亞硝酸鹽、硅酸鹽、鉬酸鹽、鋅鹽、磷酸鹽、聚磷酸鹽、有機膦酸、唑類等。常用的水處理阻垢分散劑有聚磷酸鹽、有機膦酸、磷羧酸、有機膦酸酯、聚羧酸、天然分散劑等[4]。因單一的化學藥劑往往只能解決水質的某種問題，復合型水處理藥劑已廣泛應用[5]。目前水處理藥劑正向綠色環境友好型發展[6]，循環水系統的水處理藥劑進行評價和分析尤為必要[7]。

1 實驗

1.1 儀器與水質

儀器：XYZK-A型旋轉掛片腐蝕儀，高郵市新郵儀器廠。

水質：水質從某石化廠循環水系統取水運送至上海洗霸(ECH)嘉定實驗室。

1.2 實驗方法

實驗用水采用現場寄來的水樣，攪勻均質后分別加到2 L燒杯中，然后加入復配好的不同配方的藥劑。將燒杯置于旋轉掛片腐蝕測試儀上，然后將乙醇處理好的掛片掛入水中，以 75 r/min 的轉速運行。試驗時燒杯用蓋子蓋上以防止水分蒸發，因此在運行期間不用補水。

1.3 分析方法

分析方法根據《HG/T 18175-2014 水處理劑緩蝕性能的測定旋轉掛片法》。

2 結果與討論

2.1 藥劑改進對比實驗

2.1.1 實驗條件

實驗用水是從項目現場寄來的新鮮水和回用水，水質基本參數如表1所示。

表1 水質分析結果一覽表

2.1.2 藥劑主要成分

ECH-334A：鋅鹽、緩蝕劑、多元聚合物、膦羧酸等。

ECH-334D：多元聚合物、膦羧酸、聚羧酸類等。

ECH-351：銅緩蝕劑。

ECH-334A：80 mg/L，ECH-334D：20 mg/L，ECH-351：10 mg/L。

ECH-改進1：引入磷基羧酸共聚物。

ECH-改進2：聚羧酸類用量降低。

ECH-改進3：聚羧酸類用量降低，引入無磷緩蝕劑。

2.1.3 實驗結果

在各條件下原ECH藥劑與改進的三種藥劑的使用效果對比結果如圖1-4。

圖1 新鮮水中ECH藥劑與改進ECH藥劑A3碳鋼腐蝕率數據對比

圖2 新鮮水中ECH藥劑與改進ECH藥劑20#鋼腐蝕率數據對比

圖3 回用水中ECH藥劑與改進ECH藥劑A3碳鋼腐蝕率數據對比

圖4 回用水中ECH藥劑與改進ECH藥劑20#鋼腐蝕率數據對比

使用A3鋼，在新鮮水中，除了ECH改進1配方效果不如目前配方外，其余配方試片表面均光亮無銹，緩蝕效果良好。使用20#鋼，ECH改進1配方效果一般。使用A3鋼，ECH改進2在回用水的使用中，效果一般。ECH改進3回用水的緩蝕效果相對較好。使用20#鋼時，改進藥劑的效果相對初始藥劑配方不太穩定。以上藥劑配方的緩蝕效果均能達到行業標準要求。

2.2 ECH藥劑應用項目現場問題的解決

2.2.1 項目現場問題概述

項目三循、四循、新鮮水的水質分析結果如表2，根據對三循、四循回用水水質分析結果，其水質存在一定差異，四循氯離子高于三循回用水。

表2 水質分析結果一覽表

2020年3月三循水月掛試管年腐蝕速率為0.0370 mm/a(<0.0020 mm/a)，超過項目公司要求標準。需改進藥劑配方提升緩蝕效果。

2.2.2 ECH藥劑應用于不同水質條件實驗

1)中水回用比例按照技術協議要求最高50%，與新水以50%：50%進行混合，然后對兩種配方的緩蝕性能進行評估。

配方如下：ECH-334A、ECH-334D、ECH-351配方保持不變，ECH-334D(改)引入新型無磷緩蝕阻垢劑配合多元共聚物、磷羧酸、堿液等。用量20～50 mg/L。

實驗探究三循、四循水質配比、不同藥劑濃度配比條件下掛片的腐蝕率，每個試驗平行兩組數據，取平均值結果如圖5、6所示。

圖5 三循回用水∶新水=1∶1中ECH藥劑與改進ECH藥劑鋼腐蝕率數據對比

圖6 四循回用水∶新水=1∶1中ECH藥劑與改進ECH藥劑腐蝕率數據對比

在三循回用水∶新水=1∶1，334A=80 mg/L，351=10 mg/L的條件下，探究334D、334D(改)的不同濃度條件下腐蝕率的變化情況。當回用水量達到50%時，原有藥劑ECH-334A、ECH-334D、ECH-351加藥濃度分別為80、40、10 mg/L時，腐蝕率基本可以控制小于0.02 mm/a。

在ECH-334D配方進行適當調整后，腐蝕率可以達到控制要求；當藥劑ECH-334D濃度適當增加之后，可以形成協同增效作用，緩蝕性能可以進一步得到提高達到企業標準要求。

2)考慮到將來中水回用率可能進一步增加的現實需求，按照極端情況中水回用率達到100%條件下，加藥方案對設備材質的腐蝕情況進行評估。試驗結果如圖7、8所示。

圖7 三循回用水中ECH藥劑與改進ECH藥劑腐蝕率數據對比

圖8 四循回用水中ECH藥劑與改進ECH藥劑腐蝕率數據對比

在中水比例達到100%水質條件下，藥劑配方組合難以控制腐蝕率在0.02 mm/a以下；針對四循系統，如果按照《GB50050-2017工業循環冷卻水處理設計規范》要求(腐蝕率<0.075 mm/a)，可以滿足使用要求；在極端水質條件下(回用水100%)具有參考應用借鑒意義。

3)根據腐蝕控制要求，為了解回用水以各種不同比例進入循環水系統后，目前加藥方案的腐蝕控制情況，在完成中水比例50%、100%特定比例水質條件下的腐蝕試驗后，再按照中水比例0%、20%、40%、60%、80%對試驗內容進行細化，具體試驗結果如圖9、10所示。

圖9 改進ECH藥劑在三循不同水質配比條件下腐蝕率數據對比

圖10 改進ECH藥劑在四循不同水質配比條件下腐蝕率數據對比

針對三循系統，當中水0%～60%時，腐蝕率可以控制<0.02 mm/a，但回用水比例繼續加大，則腐蝕控制難度明顯增加；針對四循系統，回用水比例達到40%時，腐蝕率可以控制小于0.02 mm/a，當回用水比例繼續加大，則腐蝕率明顯增加。

3 結果與討論

(1)改進的ECH藥劑配方與原ECH藥劑配方均可以達到《GB50050-2017工業循環冷卻水處理設計規范》允許的腐蝕率小于0.075 mm/a行業標準要求，但整體上改進的含磷較低，效果有所降低；

(2)對于現場水質實驗，當回用水比例≤50%時，腐蝕率可以達到企業控制要求(<0.02 mm/a)，針對三循回用水特征，中水回用比例可適當增加到60%。當四循中水比例超過50%，則腐蝕率明顯會超過企業控制要求(<0.02 mm/a)；

(3)當中水回用比例不超過80%使用時，腐蝕率可以達到《GB50050-2017工業循環冷卻水處理設計規范》允許的腐蝕率小于0.075 mm/a行業標準要求。從節水角度，回用水比例適當上調至80%可行，但是若嚴格腐蝕控制要求，回用水比例仍然建議不得超過50%。