新型阻垢劑BHMTPMPA阻垢性能的實驗研究
[摘要] 在實驗室以動態模擬極限堿度法進行了雙1,6亞己基三胺五亞甲基膦酸(BHMTPMPA)單體及復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.結果表明:(1)BHMTPMPA具有較好的阻垢性能,用于循環水處理時可有效提高循環水濃縮倍率,降低循環水的耗水率;(2)使用BHMTPMPA可有效降低循環水排污水磷含量,有利環保.
[關鍵詞]BHMTPMPA;循環冷卻水處理; 阻垢劑;磷含量;耗水率
1 阻垢技術現狀及發展趨勢
有機膦酸自20世紀60年代引入國內循環水處理領域,由于其熱穩定性好,耐水解,阻垢性能優異而被廣泛應用.目前有機膦酸(ATMP,HEDP)及其鹽仍然是最廣泛應用的阻垢劑,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源之一,易滋養菌藻,使環境水體營養化,從而造成水體污染.有機膦系列阻垢劑在火電廠循環水系統使用,系統易滋生菌藻,產生粘泥,引發對銅合金,不銹鋼等凝汽器管的腐蝕.目前對循環水系統排污水已限制磷的排放,因此開發和應用低磷或無磷,環境友好型的綠色阻垢劑已成為國內外研究和發展的方向. 為控制低pH值下循環水系統的腐蝕,目前普遍采用堿性冷卻水處理法.在堿性處理條件下循環水及其處理技術有以下發展趨勢.
(1) 為節約用水,循環水向高濃縮倍率技術發展,循環水水質一般具有高硬度,高pH值得特點.
(2) 為節約潔凈水源,中水會用于循環水系統成為當前循環水用水的發展方向,新建大容量火力發電廠將使用中水作為電廠建設立項的必要條件.中水作為補充水時,微生物及有機類物質含量高,宜采用低磷阻垢劑.
2 新型阻垢劑BHMTPMPA結構特點
根據國內外對有機膦系列阻垢劑結構和阻垢機理的研究,并按目前循環水技術發展的特點,國內外相繼開發出了大分子有機膦酸,其分子式為C17H14O15N3P5,分子量為685.00. 大分子有機膦系列阻垢劑分子結構中,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,分子結構中起關鍵阻垢作用的-PO(CH)2基團數量增加,阻垢性能得到顯著增強.不同有機膦系列阻垢劑分子機構中磷含量見表1.
表1不同有機膦阻垢劑分子結構中磷含量
|
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獨特的分子結構使其能和多種金屬離子形成穩定的絡合物.在水用也種,BHMT能離解成10對正負離子,可以和2個或多個金屬離子鰲合,形成2個或多個立體結構大分子絡合物,松散于水中,破壞水垢的正常結晶,從而抑制水垢的形成.
3 BHMTPMPA阻垢性能試驗
采用動態模擬極限堿度法進行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的指標要求.試驗裝置工藝流程見圖1.先在循環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;再在補液槽中加入已按加藥劑量配置的試驗用水;開啟動態模擬試驗裝置總電源開關,開啟循環水泵,調節流量計閥門,使循環水流量為1000L/h;流量穩定后,開啟換熱器冷卻水閥門及換熱器加熱開關;設定循環水箱溫度為45℃.試驗濃縮過程中邊濃縮邊補水,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產品質量指
|
項目
|
指標
|
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阻垢性能試驗內容及結果
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(按產品計)進行阻垢性能試驗,試驗用水水質及試驗結果見表3.
表3 BHMTPMPA單體阻垢性能試驗
|
項目
|
試驗水質/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種試驗水質條件下,加入BHMTPMPA6mg/L(按產品計)均可達到較理想的阻垢效果,極限堿度分別可達到9.01mmol/L及11.94/mmol/L.
4.2 BHMTPMPA單體與傳統阻垢劑單體阻垢性能比較
對目前循環水處理普遍使用的有機膦類阻垢劑(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),環保型阻垢劑(PASP,PESA)與BHMTPMPA進行阻垢性能對比試驗. 在選用的兩水樣(水質見表3)中分別加入BHMTPMPA及其它阻垢劑6mg/L(按產品計)進行阻垢性能試驗,
結果見表4.
表4 不同阻垢劑阻垢性能比較試驗結果
|
阻垢劑
|
加入劑量 (按產品計) /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%的產品外,其他均為符合相關國家或行業標準的產品. 從表4可看出,在2種試驗水質及相同阻垢劑加入劑量條件下,BHMT單體阻垢性能明顯優于傳統有機ATMP, HEDP, DTPMP及環保型阻垢劑PESA, PASP,并優于羧基膦酸阻垢劑PBTCA,略優于大分子阻垢劑PAPEMP.
4.3 BHMTPMPA復配配方阻垢性能
BHMTPMPA符合配方是以BHMT為主要成分,輔以其它成分復配而德/這些成分包括:目前循環水處理普遍使用的有機膦類阻垢劑(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,但由于季節影響,同一水源水質較表3,表4有所變化.試驗結見表5.
表5 BHMTPMPA復配配方阻垢性能試驗結果
|
配方
|
加入劑量
|
試驗水質/mmol·L-1
|
(按產品計) /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傳統復合配方由有機膦,聚合物分散劑等復配而成,總固體含量約為35%.
從表5可看出,在2種試驗水質條件下,以BHMTPMPA為主的復合配方具有良好的阻垢性能,極限堿度可達11.50mmol/L,極限濃縮倍率可達4.40,阻垢性能優于傳統復配配方. BHMTPMPA復合配方性能受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復合配方-2
|
6
|
4.89
|
5.34
|
0.52
|
5.02
|
4.74
|
0.97
|
|
|
傳統復合配方
|
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%的產品外,其他均為符合相關國家或行業標準的產品;
傳統復合配方由有機膦,聚合物分散劑等復配而成,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,約為傳統有機膦阻垢劑ATMP,HEDP的50%.復配配方中采用BHMTPMPA,濃縮倍率每提高1.0磷含量增加值較傳統有機膦復配配方降低30%～50%.
5 結 論
(1) 在試驗水質條件下,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) 在試驗水質條件下, BHMTPMPA單體阻垢性能明顯優于傳統有機膦阻垢劑ATMP, HEDP,DTPMP及環保型阻垢劑PESA,PASP,且優于羧基膦酸阻垢劑PBTCA,略優于大分子阻垢劑PAPEMP.
(3) 在試驗水質條件下, BHMTPMPA復合配方阻垢性能優于傳統有機膦配方.
(4) 使用BHMTPMPA可明顯降低磷含量.使用單體BHMTPMPA,達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,約為傳統有機膦阻垢劑ATMP, HEDP的50%;復配配方中采用BHMTPMPA,達到極限濃縮倍率時試驗水樣中磷含量較傳統有機膦復配配方可降低30%～50%.
(5) BHMTPMPA用于循環水,可有效提高循環水濃縮倍率,降低循環水的耗水率.
(6) BHMTPMPA的使用可有效降低循環水排污水磷含量,有力環保;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]
[1] 郭軍科,楊紅民,磷系和含磷緩蝕阻垢劑的現狀及展望[].天津電力技術,2002,(1).
[2] 宋彥梅,綠色阻垢劑的研究現狀及應用進展[].工業水處理,2005,25(9).
[3] 唐受印,戴友芝等.工業循環冷卻水處理[].化學工業出版社,2003.
[4] 葉文玉. 水處理化學品[].化學工業出版社,2002.
[5] 高秀山,羅獎合,楊東方,等.火電廠循環冷卻水處理[].中國電力出版社,2001.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
