二氧化氯对聚羧酸类阻垢剂阻垢效果的影响

2018年8期研究与展望科技创新与应用TechnologyInnovationandApplication二氧化氯对聚羧酸类阻垢剂阻垢效果的影响李志杰（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司，内蒙古托克托010206）1概述共聚物阻垢剂是20世纪70年代中后期开始发展起来的一种新型水处理剂。共聚物阻垢剂不仅对碳酸钙垢有很好的抑制作用，而且对磷酸钙垢具有独特的抑制能力。聚羧酸类阻垢剂作为一种聚合类少量高效的阻垢剂，其研究日益趋热。虽然“二氧化氯对聚羧酸类阻垢剂的阻垢效果的影响”这一课题目前研究的人很少，但是对于二氧化氯以及聚羧酸类阻垢剂的研究已经很成熟了。二氧化氯的杀菌能力和氧化能力仍是目前研究的焦点。2主要研究内容选取两种有代表性聚羧酸类阻垢剂，研究二氧化氯对阻垢效果的影响，确定以下主要研究内容：（1）以模拟水样作为实验介质，选用聚天冬氨酸和水解聚马来酸酐作为代表性的聚羧酸类阻垢剂，确定二者在模拟水样中的最佳投加量。（2）以阻垢剂的阻垢率为评价标准，研究不同工况条件下二氧化氯对两种阻垢剂阻垢效果的影响（包括：最佳投加量、二氧化氯浓度、pH、温度、时间等）。2.1阻垢剂最佳投加量的确定水样A中Ca2+浓度为600mg/L，水样B中HCO3-浓度为1200mg/L。分别取A、B各50ml，向A、B加入一定量的阻垢剂，在70益下水浴0.5h，并在70益下恒温应16小时；当PASP和HPMA的投加量不同时，考察二者对CaCO3阻垢效果，如图1所示。由图可看出，在相同环境的水工况下，随着阻垢剂浓度的增加，阻垢率呈上升趋势，阻垢效果增加；还可以得出，在相同水工况下，相同浓度的阻垢剂，聚马来酸酐要比聚天冬氨酸的阻垢率高，效果好。聚天冬氨酸的阻垢率一直呈上升趋势，最后趋于平稳，分析为，随阻垢剂增加阻垢率增加，但是没有达到100%就趋于平稳，可能是由于模拟水环境的钙离子浓度过大，阻垢率达到一定高度，但是不能为100%；而聚马来酸酐的阻垢率一直呈稳步上升趋势，分析为，阻垢剂浓度的增加阻垢率增加，并且在阻垢剂浓度为1.5mg/L时，阻垢率趋于100%。这是因为，阻垢剂的活性基团主要为-COOH、-OH和-SO3H，可以与水中的钙离子螯合，并在水垢生成过程中吸附于水垢结晶表面，一方面使微晶带同种电荷而互相排斥，阻止晶核的形成，降低晶体的增长速率；另一方面使微晶不能形成正常的水垢体而发生畸变，阻止了水垢的生成[2]。在用量较小摘要：近几年“绿色阻垢剂”的概念已被提出，研制具有高阻垢性能、良好生物降解性、无毒性的环境友好型阻垢剂是21世纪水处理剂的发展方向。聚羧酸类阻垢剂作为一种环境友好型逐渐成为人们关注的焦点，并有代替磷酸系阻垢剂在电厂中的应用趋势；二氧化氯和液氯作为典型的电厂氧化杀菌剂，其对聚羧酸类阻垢剂的影响值得研究[1]。聚羧酸类阻垢剂相比磷酸系有更好发展前景，通常聚磷酸盐可被氧化性较强的物质分解成正磷，而正磷易产生磷酸钙垢，并能增加水体营养，利于微生物繁殖；而聚羧酸类阻垢剂作为环境友好型阻垢剂更有发展前景。关键词：二氧化氯；聚天冬氨酸；水解聚马来酸酐；阻垢效果中图分类号院X703文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2018冤08-0162-02Abstract:Inrecentyears，theconceptofgreenscaleinhibitorhasbeenputforward.Thedevelopmentoftheenvironment-friendlyscaleinhibitorwithhighscaleinhibition，goodbiodegradabilityandnon-toxicityisthetrendofwatertreatmentagentinthe21thcentury.Asanenvironment-friendlyscaleinhibitor，thepolycarboxylicacidscaleinhibitorhasgraduallybecomethefocusofat原tention，andistoreplacethephosphoricacidscaleinhibitorinpowerplant.Astwotypicaloxidizingbactericidesforpowerplants，theirimpactonthepolycarboxylicacidscaleinhibitorisworthstudying.Thepolycarboxylicacidscaleinhibitorhasabetterdevelop原mentprospectthanphosphoricacids.Usually，polyphosphatecanbedecomposedintopositivephosphorusbystrongoxidizingsub原stances，butnormalphosphorusiseasytoproducecalciumphosphatescale，andcanincreasewaternutritionandfacilitatemicrobialreproduction;whilepolycarboxylicacidscaleinhibitorasanenvironment-friendlyscaleinhibitorhasbetterdevelopmentprospects.Keywords:chlorinedioxide;polyasparticacid;hydrolyticpolymaleicanhydride(HPMA);scaleinhibitioneffect作者简介：李志杰（1988，07-），女，蒙古族，内蒙古呼和浩特人，本科，助理工程师，电厂化验员，研究方向：电厂化学。图1阻垢剂投加量对阻垢效果的影响162--2018年8期研究与展望科技创新与应用TechnologyInnovationandApplication时，随用量的增多，这种作用越强，因此，阻垢率随用量的增加而升高。当阻垢剂达到一定量时，可与体系中的钙离子全部螯合，因而不会有垢的形成[3]。2.2二氧化氯浓度的影响水样A中Ca2+浓度为600mg/L，水样B中HCO3-浓度为1200mg/L。在70益下水浴0.5h，并在70益下恒温应16小时；当二氧化氯浓度不同时，考察二者对CaCO3阻垢效果，如图2所示。图2二氧化氯浓度对阻垢效果的影响由数据得出，在相同的水工况下，同种阻垢剂，随水环境中二氧化氯浓度的增加，阻垢率先升而后降。在实验条件的水工况和阻垢剂浓度下，聚天冬氨酸在二氧化氯浓度为2.5mg/L时阻垢率最高，效果最好；而聚马来酸酐在二氧化氯浓度为3.0mg/L时阻垢率最高，效果最好。阻垢率后来的下降，是因为，二氧化氯对PASP的分解作用比HPMA严重，所以PASP的阻垢率起伏更大；随着二氧化氯浓度的增加，其对聚羧酸类阻垢剂的破坏达到一定程度，阻垢率上升到一定值后反而下降，二氧化氯的浓度较高，在水溶液中主要表现其酸性，促使碳酸钙垢溶解。2.3最佳pH的确定水样A中Ca2+浓度为600mg/L，水样B中HCO3-浓度为1200mg/L。当二氧化氯浓度相同，阻垢剂投加量相同时，在70益下水浴0.5h，并在70益下恒温应16小时；考察不同pH对CaCO3阻垢效果。由数据得出，在一定条件的水环境，一定浓度的阻垢剂和二氧化氯，阻垢剂的阻垢率随着pH的增加先升后降，基本呈“几”字形分布，在pH为7、8时，阻垢率最高，效果最好。在不适的pH条件下，阻垢率特别低。分析为，阻垢剂阻垢作用很大程度上是通过其C-C长链上存在大量侧基功能团实现的。其螯合作用、分散能力、晶格畸变及成膜能力都通过其分子中的功能团实现。当大量的活性基团被大分子包裹起来，其阻垢能力下降，当分子伸展开来，活性基团排列在分子侧面而暴露在外，就能充分发挥其螯合，分散，畸变及成膜作用，因而阻垢能力上升。加入NaOH后，改变溶液的pH值，影响阻垢剂分子伸展与否和伸展程度。如果分子卷曲，同一浓度聚合物的溶液粘度下降，阻垢率下降，如果分子伸展，则粘度上升，阻垢率增加。2.4最佳恒温温度的确定水样A中Ca2+浓度为600mg/L，水样B中HCO3-浓度为1200mg/L。当二氧化氯浓度相同，阻垢剂投加量相同时，在特定温度下水浴0.5h，并在相同温度下恒温应16小时；考察不同温度对CaCO3阻垢效果。由数据得出，相同水环境相同浓度的阻垢剂和一定浓度二氧化氯条件下，同种阻垢剂的阻垢率随着反应温度的增加而先增加后降低，阻垢效果先增后减，阻垢剂在温度为60益时的阻垢率最高，效果最好。温度对阻垢剂阻垢效果的影响明显。温度升高，阻垢率下降。不同类型的阻垢剂对温度的敏感度不同。温度较低时，碳酸氢钠的分解速度比高温时降低，碳酸钙的溶度积增加，碳酸钙沉淀的形成速度减缓，使得阻垢剂鳌合钙离子的时间相对延长，阻垢率增加。2.5最佳恒温时间的确定水样A中Ca2+浓度为600mg/L，水样B中HCO3-浓度为1200mg/L。当二氧化氯浓度相同，阻垢剂投加量相同时，在70益下水浴0.5h，并在相同温度下恒温应16小时；考察不同恒温时间对CaCO3阻垢效果。由数据可以得出，在一定的水工况，一定浓度阻垢剂和一定浓度的二氧化氯，调节一定的pH情况下，改变反应时间长度。随着反应时间的增长，阻垢剂的阻垢率大体呈下降趋势，阻垢效果逐渐变差。分析为，反应时间过长会导致分子量过大，反而使其阻垢性能下降。反应时间的延长还导致副反应的发生，也会降低产物的阻垢性能。3结束语（1）阻垢剂的最佳投加量研究结果表明，在相同条件的水工况下，随着阻垢剂投加量的增加阻垢效率逐渐升高；相同水工况下，相同浓度的阻垢剂HPMA要比PASP的阻垢率高，阻垢效果稍好。PASP在浓度为9mg/L时，阻垢率为62.72%；HPMA在浓度为9mg/L时，阻垢率为68.27%。（2）二氧化氯与阻垢剂复配效果的影响研究结果表明，相同阻垢剂浓度下，随着二氧化氯含量的增加，阻垢率增加，阻垢效果更好。随着二氧化氯含量的增加，阻垢率先上升后下降，PASP一组在二氧化氯的浓度为2.5mg/L，阻垢率为91.75%；HPMA一组在二氧化氯浓度为2.5mg/L，阻垢率为78.16%。当固定二氧化氯投加量，阻垢率会随着阻垢剂投加量的增加而增加，两种阻垢剂最高阻垢率都几乎达到100%；两种阻垢剂随pH值的升高，阻垢率先升高，后降低，PASP一组在pH为7时，阻垢率为40.56%；HPMA一组在pH为7时，阻垢率为39.41%；两种阻垢剂随恒温温度的升高，阻垢率逐渐下降，PASP一组在温度为60益时，阻垢率为40%；HPMA一组在温度为60益时，阻垢率为36.57%，说明这类阻垢剂与二氧化氯复配后适用于温度较高的循环水系统；两种阻垢剂随恒温时间的增长，阻垢率逐渐下降，PASP一组在恒温时间为13h时，阻垢率为49.69%；HPMA一组在恒温时间为13h时，阻垢率为44.15%，说明类阻垢剂与二氧化氯复配后适用于水力停留时间较长的循环水系统；综合水质条件，阻垢率复配后最适pH为7或8，温度越低，恒温时间越短，对阻垢效果越有利。参考文献院[1]ZHENGLin-ping,PENGLi-chao,CHAIYun.ResearchProgressofCopolymerTypeScaleInhibitoronWaterTreatment[J].CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,2009,32（2）.[2]ZHAOYan-sheng,SUNFeng-er,LIUYong-mei,DANGZa-iqing,WANGHua.TheNewDevelopmentofResearchonCopolymerScaleInhibitorinChina[J].Chemistry&Bioengineering,2007,24（2）.[3]Libuttil,KnudsenJ.G,MuellerR.W.Theeffectofantisca