水处理药剂的用途

概述^【1】

水处理药剂是工业用水、生活用水、废水处理过程中必需的化学药剂，经过运用这些化学药剂，可使水到达必然的质量要求。它的作用是抑制水垢和污泥的形成、减缓水对金属材料的腐蚀、除去水中的悬浮固体和有毒物质、除臭脱色、软化水质等，从而进一步提高水资源的重复利用率，减少污水排放。在钢铁工业水处理中，水处理药剂的应用，特别是和水处理设备、工艺的配合，使钢铁企业在防止换热设备结垢、腐蚀和黏泥故障等危害的发生起了至关重要的作用，为钢铁企业安全生产运行提供了保证。同时，水处理药剂在钢铁企业污水处理中的应用使综合污水得以再生，实现了污水的资源化，在节能减排中发挥了重要的作用。

应用^【1】

目前，我国水处理剂的品种主要有阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂、混凝剂等几大类，其中阻垢剂、缓蚀剂主要应用在循环冷却水处理上，杀菌灭藻剂、混凝剂既可用在循环冷却水的处理上，也可用在污水处理上。

1. 阻垢缓蚀剂

1.1 有机磷酸

有机磷酸的性质:

有机磷酸既可防止碱土金属碱盐沉淀，又可阻止腐蚀产物沉积，是广泛使用的阻垢分散剂。有机磷酸的种类很多，但它们的分子结构中都有极稳健的碳一磷键(c—P键)，这种键比聚磷酸盐中的磷一氧一磷(P—O—P)键要牢固得多。因此，有机磷酸具有良好的化学稳定性，不易被水解和降解，在较高温度下不失去活性。它与稀硫酸共沸时也不产生磷酸根离子。有机磷酸与聚羧酸或与聚磷酸盐复配使用时，表现出理想的协同效应，即其效果比单一用任何一种药剂效果都好。

有机磷酸的阈值效应:

有机磷酸阻垢剂，如羟基乙叉二膦酸、氨基三甲叉膦酸等，其分子中的部分官能团通过静电力吸附于致垢金属盐类正在形成的晶体(晶核)表面的活性点上，抑制晶体增长，从而使形成的许多晶体保持在微晶状态，这等于增加了致垢金属盐类在水中的溶解度；与此同时，由于阻垢剂分子在晶体表面上的吸附，晶体即使增长，也只能畸形地增长，这就使晶体产生畸变。畸变后产生的晶体与金属表面的黏附力减弱，因此不易沉积在金属表面；由于吸附在晶体表面上的官能团只是阻垢剂分子中的部分官能团，那些未参加吸附的官能团，就会对晶体呈现离子性，因电荷的排斥力增大而使晶体处于分散状态。正是由于以上三种作用同时存在，使得水中相同量的致垢金属盐类物质不在金属表面结垢所需阻垢剂的量，远低于所需螯合剂的量。这一现象称为阈值效应，也称为低限量效应或亚化学计量效应。

常用的有机磷酸盐和有机磷酸酯阻垢剂:

常用的有机磷酸盐和有机磷酸酯阻垢剂有羟基乙叉二膦酸、氨基三甲叉膦酸、乙二氨四甲叉膦酸、2-膦酰基丁烷一1，2，4一三羧酸、2一羟基膦乙酸和多元醇磷酸酯等。下表为常用的有机磷酸盐和有机磷酸酯阻垢剂的主要质量指标和特性。

2. 聚羧酸型阻垢分散剂

用作阻垢分散剂的聚羧酸型水处理剂，是低分子量聚电解质。其阻垢分散性能与聚合物相对分子质量有关。例如，聚丙烯酸盐按相对分子质量分类：相对分子质量200×10⁴—10000×10⁴的为絮凝剂；相对分子质量10000—20000的为分散剂；相对分子质量800—1000的为阻垢剂。聚羧酸的阻垢分散性能，与分子中的羧基数目和间隔有关，相对分子质量相同时，羧基数目越多，阻垢分散性能越好。实验证明，相对分子质量在一定范围的聚羧酸，能有效地阻止水中碳酸钙、硫酸钙结垢，防止腐蚀产物沉积，而且对水中的泥土(砂)、粉尘等无定形不溶性物质起到分散作用，使其呈分散状态悬浮在水中。聚羧酸具有溶限效应，少量的聚羧酸可抑制几百倍的钙镁离子成垢。聚羧酸在与有机磷阻垢剂、缓蚀剂复配使用时，不仅起到阻止、分散无机物沉积的作用，还能协同缓蚀剂发挥更好的控制设备腐蚀的作用。

阻垢机理:

聚羧酸型阻垢分散剂控制水中无机物沉积的机理主要是：

(1). 改变颗粒之间的吸附力，使之变弱，它们不易聚结；

(2). 改变颗粒与金属的吸附力，使颗粒不致被吸附在金属表面而容易被冲走；

(3). 改变颗粒晶体形成速度，干扰颗粒晶体形成的过程，使晶体扭曲；

(4).增加粒子的亲水性。

常用的聚羧酸阻垢分散剂:下表为常用的聚羧酸阻垢分散剂的主要质量指标和特性。

3. 其他阻垢剂

3.1 磷酸三钠

磷酸三钠用于锅炉内加药处理，在锅炉水呈碱性条件下，磷酸三钠与水中的钙离子反应生成碱式磷酸钙。碱式磷酸钙呈分散、松软状，易随锅炉排污水排出，不会形成水垢。磷酸三钠外观为白色或微黄色结晶，含量(以Na，PO。·12H：0计)不低于95．0％。

3.2 腐植酸钠

 腐植酸钠是高分子类物质，相对分子质量以2000～50000为多，含有羟基、羧基、氨基等活性基团，对金属离子有吸附、配合作用。因此，在水处理中可阻止钙、镁离子成垢。腐植酸钠外观为黑色颗粒或粉末，腐植酸(以干基计)含量不低于40％。

4. 缓蚀剂

在循环冷却水处理中控制金属腐蚀的常用方法是向水中加入能阻止金属腐蚀的缓蚀剂。常用的缓蚀剂有铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐、钨酸盐、硅酸钠、聚磷酸盐、锌盐、有机磷酸、巯基苯并噻唑、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑等，虽然铬酸盐和亚硝酸盐都是良好的缓蚀剂，但从环境保护角度来说禁止使用，因此铬酸盐和亚硝酸盐已不在循环冷却水处理中使用。常用缓蚀剂的主要质量指标和特性见下表。   

5. 复合阻垢缓蚀剂

5.1 复合阻垢缓蚀剂的概念

单一品种的阻垢剂和单一品种的缓蚀剂，其阻垢或缓蚀效果往往不够理想。因此，人们常常把两种或两种以上的药剂复配成一种药剂，以便能取长补短，提高其阻垢和缓蚀效果。这几种药剂可以是几种阻垢剂或几种缓蚀剂，也可是几种阻垢剂和几种缓蚀剂，药剂的配方根据水质经过试验确定，几种药剂复配的复合药剂称为阻垢缓蚀剂。

5.2 复合阻垢缓蚀剂的协同和增效作用

当一种水质的水中同时加入两种或两种以上的阻垢剂和缓蚀剂，且其阻垢和缓蚀效果比单独加入一种药剂的效果更好时，这种作用称为协同和增效作用。例如，在循环冷却水中，单独使用钼酸盐时，其使用浓度为200～500mg／L，才能获得较好的缓蚀效果，而钼酸盐与聚磷酸盐、葡萄糖酸盐等复配，复配后MoOi一用量可降至4—6mg／L。聚丙烯酸与有机磷酸盐复配成的药剂对其阻垢性能有增效作用，复配的药剂比单独使用聚丙烯酸适应的碱度和硬度更高。

参考文献

[1] 杨作清，李素芹，熊国宏编著,钢铁工业水处理实用技术与应用,冶金工业出版社,2015.06,第77页