新型阻垢劑BHMTPMPA阻垢性能的實驗研究
[摘要] 在實驗室以動態(tài)模擬極限堿度法進(jìn)行了雙1,6亞己基三胺五亞甲基膦酸(BHMTPMPA)單體及復(fù)合配方阻垢性能試驗以及BHMTPMPA與其他阻垢劑的阻垢性能
對比試驗.結(jié)果表明:(1)BHMTPMPA具有較好的阻垢性能,用于循環(huán)水處理時可有效提高循環(huán)水濃縮倍率,降低循環(huán)水的耗水率;(2)使用BHMTPMPA可有效降低循環(huán)水排污水磷含量,有利環(huán)保.
[關(guān)鍵詞]BHMTPMPA;循環(huán)冷卻水處理; 阻垢劑;磷含量;耗水率
1 阻垢技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
有機(jī)膦酸自20世紀(jì)60年代引入國內(nèi)循環(huán)水處理領(lǐng)域,由于其熱穩(wěn)定性好,耐水解,阻垢性能優(yōu)異而被廣泛應(yīng)用.目前有機(jī)膦酸(ATMP,HEDP)及其鹽仍然是最廣泛應(yīng)用的阻垢劑,但其不能有效抑制膦酸鈣垢,鋅垢以及氧化鐵沉淀等.含磷化合物是微生物的營養(yǎng)源之一,易滋養(yǎng)菌藻,使環(huán)境水體營養(yǎng)化,從而造成水體污染.有機(jī)膦系列阻垢劑在火電廠循環(huán)水系統(tǒng)使用,系統(tǒng)易滋生菌藻,產(chǎn)生粘泥,引發(fā)對銅合金,不銹鋼等凝汽器管的腐蝕.目前對循環(huán)水系統(tǒng)排污水已限制磷的排放,因此開發(fā)和應(yīng)用低磷或無磷,環(huán)境友好型的綠色阻垢劑已成為國內(nèi)外研究和發(fā)展的方向. 為控制低pH值下循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕,目前普遍采用堿性冷卻水處理法.在堿性處理條件下循環(huán)水及其處理技術(shù)有以下發(fā)展趨勢.
(1) 為節(jié)約用水,循環(huán)水向高濃縮倍率技術(shù)發(fā)展,循環(huán)水水質(zhì)一般具有高硬度,高pH值得特點(diǎn).
(2) 為節(jié)約潔凈水源,中水會用于循環(huán)水系統(tǒng)成為當(dāng)前循環(huán)水用水的發(fā)展方向,新建大容量火力發(fā)電廠將使用中水作為電廠建設(shè)立項的必要條件.中水作為補(bǔ)充水時,微生物及有機(jī)類物質(zhì)含量高,宜采用低磷阻垢劑.
2 新型阻垢劑BHMTPMPA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
根據(jù)國內(nèi)外對有機(jī)膦系列阻垢劑結(jié)構(gòu)和阻垢機(jī)理的研究,并按目前循環(huán)水技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn),國內(nèi)外相繼開發(fā)出了大分子有機(jī)膦酸,其分子式為C17H14O15N3P5,分子量為685.00. 大分子有機(jī)膦系列阻垢劑分子結(jié)構(gòu)中,由于增加了-CH2-,分子量隨之增大,相對磷含量明顯降低;在-CH2-增加的同時,分子結(jié)構(gòu)中起關(guān)鍵阻垢作用的-PO(CH)2基團(tuán)數(shù)量增加,阻垢性能得到顯著增強(qiáng).不同有機(jī)膦系列阻垢劑分子機(jī)構(gòu)中磷含量見表1.
表1不同有機(jī)膦阻垢劑分子結(jié)構(gòu)中磷含量
|
名稱
|
分子式
|
分子量
|
磷含量 (以PO43-計)/%
|
|
氨基三甲叉膦酸(ATMP)
|
N(CH2PO3H2)3
|
299.0
|
95.32
|
|
羥基亞乙基二膦酸(HEDP)
|
C2H8O7P2
|
206.03
|
92.22
|
|
乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)
|
C6H20O12N2P4
|
436.00
|
87.16
|
|
二乙烯三胺五甲叉膦酸(DTPMP)
|
C9H28O15P5
|
573.00
|
82.09
|
|
雙1,6-亞己基三胺五亞甲基膦酸(BHMTPMPA)
|
C17H14O15N3P5
|
685.00
|
69.34
|
BHMT獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)使其能和多種金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物.在水用也種,BHMT能離解成10對正負(fù)離子,可以和2個或多個金屬離子鰲合,形成2個或多個立體結(jié)構(gòu)大分子絡(luò)合物,松散于水中,破壞水垢的正常結(jié)晶,從而抑制水垢的形成.
3 BHMTPMPA阻垢性能試驗
采用動態(tài)模擬極限堿度法進(jìn)行BHMTPMPA阻垢性能試驗
(1) 試驗水樣共選用2種, BHMTPMPA由山東省泰和水處理有限公司提供,其符合表2的指標(biāo)要求.試驗裝置工藝流程見圖1.先在循環(huán)水箱中注入試驗用水,按加藥劑量加入試驗用阻垢劑,攪拌均勻;再在補(bǔ)液槽中加入已按加藥劑量配置的試驗用水;開啟動態(tài)模擬試驗裝置總電源開關(guān),開啟循環(huán)水泵,調(diào)節(jié)流量計閥門,使循環(huán)水流量為1000L/h;流量穩(wěn)定后,開啟換熱器冷卻水閥門及換熱器加熱開關(guān);設(shè)定循環(huán)水箱溫度為45℃.試驗濃縮過程中邊濃縮邊補(bǔ)水,定期去氧,限定堿度(),氯根(-)及硬度(),直到求出極限濃縮倍率,停止試驗.
表2 試驗用BHMTPMPA產(chǎn)品質(zhì)量指
|
項目
|
指標(biāo)
|
備注
|
|
活性組分含量/%
|
43.0～48.0
|
采用酸堿滴, pH值突變法測定
|
|
氯化物(以Cl-計)含量/%
|
≤8.0
|
硝酸根摩爾法
|
|
pH值(1%水溶液)
|
≤2.0
|
|
|
密度(20℃)/g·cm-3
|
≥1.20
|
|
4 BHMTPMPA阻垢性能試驗內(nèi)容及結(jié)果
冷卻裝置
4.1 BHMTPMPA單體阻垢性能
分別在選用的兩水樣中加入BHMTPMPA單體6mg/L(按產(chǎn)品計)進(jìn)行阻垢性能試驗,試驗用水水質(zhì)及試驗結(jié)果見表3.
表3 BHMTPMPA單體阻垢性能試驗
|
項目
|
試驗水質(zhì)/mmol·L-1
|
極限濃度/mmol·L-1
|
極限硬度
|
縮倍率
|
極限堿度
|
P M 1/2Ca2+ /mmol·L-1
|
cl-
|
|
電廠1
|
0.00
|
3.19
|
5.24
|
3.25
|
9.01
|
14.68
|
3.08
|
|
電廠2
|
0.00
|
2.98
|
4.67
|
2.62
|
11.94
|
19.29
|
4.32
|
由表3可見,在2種試驗水質(zhì)條件下,加入BHMTPMPA6mg/L(按產(chǎn)品計)均可達(dá)到較理想的阻垢效果,極限堿度分別可達(dá)到9.01mmol/L及11.94/mmol/L.
4.2 BHMTPMPA單體與傳統(tǒng)阻垢劑單體阻垢性能比較
對目前循環(huán)水處理普遍使用的有機(jī)膦類阻垢劑(ATMP,HEDP,EDTMPS,DTPMP),羧基膦酸阻垢劑(PBTCA)及逐漸推廣使用的多氨基多醚基膦酸阻垢劑(PAPEMP),環(huán)保型阻垢劑(PASP,PESA)與BHMTPMPA進(jìn)行阻垢性能對比試驗. 在選用的兩水樣(水質(zhì)見表3)中分別加入BHMTPMPA及其它阻垢劑6mg/L(按產(chǎn)品計)進(jìn)行阻垢性能試驗,
結(jié)果見表4.
表4 不同阻垢劑阻垢性能比較試驗結(jié)果
|
阻垢劑
|
加入劑量 (按產(chǎn)品計) /mmol·L-1
|
極限硬度
|
極限堿度
/mmol·L-1 |
極限濃縮倍率cl-/mg·L-1
|
備注
|
|
ATMP
|
6
|
8.15
|
13.18
|
2.62
|
|
|
HEDP
|
6
|
7.38
|
11.90
|
2.45
|
水樣取
|
|
PAPEMP
|
6
|
8.57
|
14.05
|
2.81
|
自電廠
|
|
HPMA
|
6
|
5.32
|
8.18
|
1.79
|
水質(zhì)1
|
|
BHMTPMPA
|
6
|
9.01
|
14.68
|
3.08
|
見表3
|
|
EDTMPS
|
6
|
6.52
|
10.49
|
2.45
|
|
|
DTPMP
|
6
|
7. 22
|
11.02
|
2.70
|
水樣取
|
|
PBTCA
|
6
|
8.58
|
14.20
|
3.13
|
自電廠
|
|
PASP
|
6
|
4.78
|
8.48
|
1.90
|
水質(zhì)2
|
|
PESA
|
6
|
5.05
|
8.80
|
1.95
|
見表3
|
|
PAA
|
6
|
7.70
|
12.16
|
2.71
|
|
|
BHMTPMPA
|
6
|
11.94
|
19.29
|
4.32
|
|
所選用阻垢劑除PAA有效含量為48%,HEDP活性組分為60%的產(chǎn)品外,其他均為符合相關(guān)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品. 從表4可看出,在2種試驗水質(zhì)及相同阻垢劑加入劑量條件下,BHMT單體阻垢性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)有機(jī)ATMP, HEDP, DTPMP及環(huán)保型阻垢劑PESA, PASP,并優(yōu)于羧基膦酸阻垢劑PBTCA,略優(yōu)于大分子阻垢劑PAPEMP.
4.3 BHMTPMPA復(fù)配配方阻垢性能
BHMTPMPA符合配方是以BHMT為主要成分,輔以其它成分復(fù)配而德/這些成分包括:目前循環(huán)水處理普遍使用的有機(jī)膦類阻垢劑(ATMP,HEDP),羧基磷酸阻垢劑(PBTCA),聚合物分散劑,共聚物分散劑中的一種或多種阻垢劑.3個符合配方(以下簡稱BHMTPMPA-1, BHMTPMPA-2, BHMTPMPA-3)的BHMTPMPA-1中BHMTPMPA含量較高,約為50%(質(zhì)量百分比,下同); BHMTPMPA-2, BHMTPMPA-3中BHMTPMPA含量較低,為20%～30%;BHMTPMPA-1, BHMTPMPA-2, BHMTPMPA-3中其它阻垢劑共20%～50%;BHMTPMPA-1, BHMTPMPA-2, BHMTPMPA-3固體含量相同,均約為35%.試驗用水仍取自所選的2個火電廠,但由于季節(jié)影響,同一水源水質(zhì)較表3,表4有所變化.試驗結(jié)見表5.
表5 BHMTPMPA復(fù)配配方阻垢性能試驗結(jié)果
|
配方
|
加入劑量
|
試驗水質(zhì)/mmol·L-1
|
(按產(chǎn)品計) /mmol·L-1
|
cl-
/mg·L-1 |
P M 1/2Ca2+
|
極限堿度/mmol·L-1
|
極限硬度
|
極限濃縮倍率
|
|
BHMT-1
|
6
|
0.00
|
2.68
|
4.67
|
2.75
|
11.50
|
19.50
|
4.40
|
|
BHMT-2
|
6
|
0.00
|
2.68
|
4.67
|
2.75
|
10.31
|
18.03
|
4.08
|
|
傳統(tǒng)符合配方○1
|
6
|
0.00
|
2.68
|
4.67
|
2.75
|
9.80
|
17.40
|
3.86
|
|
BHMT-3
|
6
|
0.00
|
2.86
|
4.35
|
2.78
|
10.90
|
16.98
|
4.12
|
|
BHMT-2
|
6
|
0.00
|
2.02
|
4.67
|
2.75
|
9.55
|
21.81
|
4.89
|
○1傳統(tǒng)復(fù)合配方由有機(jī)膦,聚合物分散劑等復(fù)配而成,總固體含量約為35%.
從表5可看出,在2種試驗水質(zhì)條件下,以BHMTPMPA為主的復(fù)合配方具有良好的阻垢性能,極限堿度可達(dá)11.50mmol/L,極限濃縮倍率可達(dá)4.40,阻垢性能優(yōu)于傳統(tǒng)復(fù)配配方. BHMTPMPA復(fù)合配方性能受BHMTPMPA在配方中含量大小影響較大, BHMTPMPA含量高的符合配方阻垢性能明顯優(yōu)越.
4.4 試驗水樣磷含量分析
表6 極限濃縮倍率時試驗水樣的磷含量○1
|
阻垢劑
|
加入劑量(按產(chǎn)品計)
|
極限濃縮倍率
|
凈增總磷
|
cl-/mg·L-1
|
磷(以PO43-計)/mg·L-1
|
備注
|
||
|
總磷
|
正磷
|
有機(jī)膦
|
||||||
|
ATMP
單體
|
6
|
2.62
|
6.24
|
0.58
|
5.66
|
5.98
|
2.28
|
|
|
HEDP
單體
|
6
|
2.45
|
7.05
|
0.60
|
6.45
|
6.81
|
2.78
|
加入阻垢劑前所用
|
|
PAPEMP單體
|
6
|
2.81
|
3.42
|
0.31
|
3.11
|
3.16
|
1.12
|
試驗水樣總磷含量
|
|
BHMTPMPA單體
|
6
|
3.08
|
4.08
|
0.36
|
3.72
|
3.78
|
1.23
|
為0.098mg/L (以PO43-計)
|
|
BHMTPMPA復(fù)合配方-3
|
6
|
4.12
|
4.56
|
0.56
|
4.00
|
4.16
|
1.01
|
|
|
EDTMPS
單體
|
6
|
2.45
|
2.25
|
0.14
|
2.11
|
2.15
|
0.88
|
|
|
DTPMP
單體
|
6
|
2.70
|
5.32
|
0.38
|
4.94
|
4.99
|
1.85
|
加入阻垢劑前所用
|
|
PBTCA
單體
|
6
|
3.13
|
2.65
|
0.22
|
2.43
|
2.27
|
0.73
|
試驗水樣總磷含量
|
|
BHMTPMPA復(fù)合配方-1
|
6
|
4.40
|
4.22
|
0.48
|
3.74
|
3.68
|
0.84
|
為0.122mg/L (以PO43-計)
|
|
BHMTPMPA復(fù)合配方-2
|
6
|
4.89
|
5.34
|
0.52
|
5.02
|
4.74
|
0.97
|
|
|
傳統(tǒng)復(fù)合配方
|
6
|
3.86
|
5.49
|
0.54
|
4.95
|
5.02
|
1.30
|
|
注:所選用阻垢劑除HEDP活性組分含量為60%的產(chǎn)品外,其他均為符合相關(guān)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品;
傳統(tǒng)復(fù)合配方由有機(jī)膦,聚合物分散劑等復(fù)配而成,總固體含量為35%. 從表6可得出,在相同加入劑量下,BHMT單體濃縮倍率每提高1.0時磷含量增加值較低,為1.23mg/L(以PO43-計),與低磷阻垢劑PAPEMP相當(dāng),約為傳統(tǒng)有機(jī)膦阻垢劑ATMP,HEDP的50%.復(fù)配配方中采用BHMTPMPA,濃縮倍率每提高1.0磷含量增加值較傳統(tǒng)有機(jī)膦復(fù)配配方降低30%～50%.
5 結(jié) 論
(1) 在試驗水質(zhì)條件下,單體使用及在符合配方中使用, BHMTPMPA均具有較好的阻垢效果.
(2) 在試驗水質(zhì)條件下, BHMTPMPA單體阻垢性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)有機(jī)膦阻垢劑ATMP, HEDP,DTPMP及環(huán)保型阻垢劑PESA,PASP,且優(yōu)于羧基膦酸阻垢劑PBTCA,略優(yōu)于大分子阻垢劑PAPEMP.
(3) 在試驗水質(zhì)條件下, BHMTPMPA復(fù)合配方阻垢性能優(yōu)于傳統(tǒng)有機(jī)膦配方.
(4) 使用BHMTPMPA可明顯降低磷含量.使用單體BHMTPMPA,達(dá)到極限濃縮倍率時試驗水樣中磷含量與低磷阻垢劑PAPEMP相當(dāng),約為傳統(tǒng)有機(jī)膦阻垢劑ATMP, HEDP的50%;復(fù)配配方中采用BHMTPMPA,達(dá)到極限濃縮倍率時試驗水樣中磷含量較傳統(tǒng)有機(jī)膦復(fù)配配方可降低30%～50%.
(5) BHMTPMPA用于循環(huán)水,可有效提高循環(huán)水濃縮倍率,降低循環(huán)水的耗水率.
(6) BHMTPMPA的使用可有效降低循環(huán)水排污水磷含量,有力環(huán)保;同時,可減輕磷系阻垢劑造成微生物增殖而引起的腐蝕.
[參 考 文 獻(xiàn)]
[1] 郭軍科,楊紅民,磷系和含磷緩蝕阻垢劑的現(xiàn)狀及展望[].天津電力技術(shù),2002,(1).
[2] 宋彥梅,綠色阻垢劑的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用進(jìn)展[].工業(yè)水處理,2005,25(9).
[3] 唐受印,戴友芝等.工業(yè)循環(huán)冷卻水處理[].化學(xué)工業(yè)出版社,2003.
[4] 葉文玉. 水處理化學(xué)品[].化學(xué)工業(yè)出版社,2002.
[5] 高秀山,羅獎合,楊東方,等.火電廠循環(huán)冷卻水處理[].中國電力出版社,2001.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
