用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂及方法和应用

摘要

用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂及方法和应用，所述中水是城市中水，所述城市中水以补水的方式成为火电厂循环冷却水，其特征在于，所述阻垢缓蚀剂包括以下两组物料：第1组物料包括有机膦酸盐、聚羧酸多元共聚物、锌盐和水，其中水为溶剂；第2组物料包括铜缓蚀剂；所述两组物料独立分装。可有效防止碳酸钙的形成，分散碳酸钙微晶，改变碳酸钙结晶状态，同时对防止氧化铁和磷酸钙垢的形成也有良好的效果；本发明对于城市中水高含盐量，高氨氮和COD，高碱度、高硬度、强腐蚀性的水质，具有防止结垢和腐蚀的效果。阻垢缓蚀剂用量仅需10-50mg/L就可达到阻垢缓蚀的要求，节约了工业耗水量和经济费用，具有良好效益。

说明书

技术领域

本发明涉及工业水处理技术领域，具体的说是应用于城市中水作为循环冷却水系统补充水的阻垢缓蚀技术，防止管路、设备结垢和腐蚀，特别是一种用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂及方法和应用。所述中水是城市中水，所述城市中水以补水的方式成为火电厂循环冷却水，所述阻垢缓蚀剂为节能型环保水处理药剂。本发明有利于城市中水的合理有效使用。

背景技术

淡水资源的匮乏和水体污染对社会进步、经济发展构成威胁，成为世界绝大多数国家稳定和发展面临的最突出问题之一。我国是一个干旱缺水严重的国家，淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6％，居世界第四位，但人均只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4，在世界上名列第128位，是全球13个人均资源最贫乏的国家之一。由此可见，我国水资源面临的形势非常严峻，必须在水资源开发利用上有大的突破，否则，水资源很难支持国民经济迅速发展的要求。目前由于水资源不足，已使得许多工业建设项目无法安排。因此节约和开发水资源已是当务之急。水是有限而珍贵的不可代替的资源，如何提高水的使用效率，达到节水的目的是重要的课题，使用城市中水作为循环冷却水的补水为污废水回用、污废水的资源化开辟了广阔的使用前景。中水主要是指城市工业污水或生活污水经过处理后达到一定的水质标准，可在一定范围内重复使用的水，其水质介于上水与下水之间。循环冷却水系统是工业企业的用水大户，因此，循环水冷却补水必然是企业中水回用必须考虑的主要方向。中水回用于循环冷却水系统，可以替换出等量的新鲜水，一方面减少新鲜水的提取量，大幅降低水处理费用；另一方面减少污水的排放量，使循环水系统在一定程度上实现闭式循环，这种处理方法获得成功后，将取得明显的经济效益和社会效益。回用经过通常处理后得到的中水作循环冷却水的补充水，除了要考虑常规循环冷却水处理的结垢、腐蚀和杀菌等问题，在技术上还存在以下几个难点：首先，中水中含有较多的有机物，因此，菌藻的滋生要比新水作补充水严重；其次，中水中常含有较高的无机溶解性盐类、悬浮物、氨氮、油类、磷等，当中水回用到循环冷却水系统，中水在冷却塔中不断蒸发浓缩，当达到一定的浓缩倍率时，水中的有害离子会引起强烈腐蚀和结垢现象；再次，中水水质波动比较大，中水腐蚀性离子在循环冷却水系统中浓缩运行后，极易对系统铜材换热器及碳钢管线产生严重腐蚀，常规的阻垢缓蚀剂同样存在耐氨氮、有机物能力差的特点，不适合中水作循环冷却水补充水对药剂停留时间的要求，极易导致药剂发生分解，降低阻垢缓蚀性能，所以需要针对具体中水水质开发专用阻垢缓蚀剂产品。

发明内容

本发明针对城市中水作为火电厂循环冷却水补水的阻垢缓蚀剂的使用特点和现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂。所述中水是城市中水，所述城市中水以补水的方式成为火电厂循环冷却水，所述阻垢缓蚀剂为节能型环保水处理药剂。该阻垢缓蚀剂是一种适合以城市中水做循环冷却水补水，适合高碱度、高硬度、强腐蚀性水质，敞开式循环冷却水系统使用的水处理剂，并具有高效、环保的特点。本发明有利于城市中水的合理有效使用。

本发明还提供一种上述用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂的制备方法。

本发明还提供一种上述用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂的应用。

本发明的技术构思是，本发明阻垢缓蚀剂是以城市中水作为循环冷却水补水为背景，而提出的一种适合以城市中水为补水，适合高碱度、高硬度、强腐蚀性水质，敞开式循环冷却水系统的水处理剂，通过研究、试验或实验，选择出五种物质组合而成，该五种物质分别是：有机膦酸盐、聚羧酸多元共聚物、铜缓蚀剂、锌盐、水等组成；其中水起溶剂的作用，铜缓蚀剂在系统中有铜材时单独配加。实际使用中，通过配方中各种药剂内在的协同效应，使这种配方具有高效的阻垢缓蚀功能，可用在工业水处理领域，尤其在以城市中水作为循环冷却水补水的系统中使用。

本发明的技术方案如下：

用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂，所述中水是城市中水，所述城市中水以补水的方式成为火电厂循环冷却水，其特征在于，所述阻垢缓蚀剂包括以下两组物料：第1组物料包括有机膦酸盐、聚羧酸多元共聚物、锌盐和水，其中水为溶剂；第2组物料包括铜缓蚀剂；所述两组物料独立分装。

所述两组物料中各组分的重量份范围为：有机膦酸盐10-30份、聚羧酸多元共聚物10-50份、铜缓蚀剂1-10份、锌盐1-30份、水1-50份。

所述两组物料中各组分的重量份为：有机膦酸盐15份、聚羧酸多元共聚物50份、铜缓蚀剂5份、锌盐18份、水12份。

其中有机膦酸盐选用甘氨酸二亚甲基膦酸或羟基亚乙基二磷酸，分子式为C₄H₁₁O₈NP₂或C₂H₈O₇P₂；聚羧酸多元共聚物选用丙烯酸-磺酸盐-丙烯酸羟丙酯-有机胺磷酰基羧酸多元共聚物，结构式为(C₃H₄O₂)n(C₇H₁₈NO₄S)m(C₆H₁₀O₃)l(C₇H₁₁NO₂)k(PO₂H₂)，n、m、l和k在此共聚物分子式中为整数，或选用其他具有相同效果的多元共聚物组合；铜缓蚀剂选用苯并三氮唑，分子式C₆H₅N₃；锌盐选用七水硫酸锌，分子式为ZnSO₄·7H₂O。

上述用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：

按比例取组分有机膦酸盐、聚羧酸多元共聚物、锌盐、铜缓蚀剂和水；

将有机膦酸盐、聚羧酸多元共聚物、锌盐、水加入反应釜中，其中水为溶剂，搅拌均匀，得到第1组物料；将铜缓蚀剂单独作为第2组物料；

第1组物料与第2组物料独立分装。

上述用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂在火电厂循环冷却水处理系统中的应用，所述阻垢缓蚀剂按补充水量计，第1组物料投加量为10～50mg/L成品剂量，第2组物料投加量为0.5～4mg/L成品剂量。

本发明的技术效果如下：

本发明用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂，是将几种物质混合成组合物。这几种物质包括有机膦酸盐、聚羧酸多元共聚物、铜缓蚀剂、锌盐、水。循环冷却水系统是工业生产运行的重要组成部分，其中有铜、不锈钢和碳钢换热器或管道。组合物中有机膦酸盐经常与锌盐复配使用在循环冷却水系统中对碳钢有良好的缓蚀性能。聚羧酸多元共聚物在高硬度、高碱度循环冷却水水质中有明显阻垢效果，可以螯合钙、镁、铜、铁等多价金属离子，尤其能够改变钙盐晶体结构，分散碳酸钙微晶，使其形成软垢，可以用于工业循环水、锅炉水、反渗透水、油田水、海水淡化等水处理领域，同时具有很好的分散氧化铁和磷酸钙的能力，在高pH值、高浓缩倍数系统中表现卓越。其中有机胺组分具有抑制细菌生长的作用。苯并三氮唑是性能优异的铜缓蚀剂，循环冷却水系统中含有大量铜质换热器，使用苯并三氮唑可使铜材表面迅速成膜，抑制铜材腐蚀。锌盐属阴极型缓蚀剂，在阴极部位，当锌离子接近金属表面时，能与阴极区聚积的OH^-快速地形成氢氧化锌沉淀物，沉积于阴极表面，从而起到缓蚀作用。锌盐能在水介质中的金属表面快速成膜，这是其他无机缓蚀剂无法比拟的，但膜松软不牢固，所以锌盐单独使用时不可能完全抑制金属在水溶液中的腐蚀。几种组分复配起增效作用，并可降低这些有机物的用量。

由于本发明对各组分的重量份范围进行了限定，这些限定结合了试验数据、实际应用效果、经济和环境效益的考虑，充分满足常温环保、应用范围广和高效的技术要求，同时也为本发明的推广使用提供了便利。

由于本发明还是针对热力设备的腐蚀问题研制而成的工业循环水处理组合物，通过大量试验证明其缓蚀性能优良，技术优势明显。在循环水系统中投加本发明的组合物药剂后，碳钢、不锈钢、铜的腐蚀速率均达到国家循环冷却水处理设计规范的要求。

在城市中水用作循环冷却水的系统中，使用本发明的复合配方产品投加量按补充水量计为10～50mg/L(如有铜材，另外添加铜缓蚀剂0.5～4mg/L成品剂量，按补充水量计)，同时具有阻垢和缓蚀的效果，可见其使用剂量低，具有可观的经济效益。充分显示了本发明具有低剂量、高效节能的技术效果。

使用本发明的复合配方后进行设备检查，循环冷却水高温换热器和管道均无结垢现象。无论是碳钢材质，还是铜质和不锈钢的设备内壁均无明显锈蚀发生，设备检查状态显示效果明显。

具体实施方式

下面将通过实例对本发明做进一步说明。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂，所述中水是城市中水，所述城市中水以补水的方式成为火电厂循环冷却水，其特征在于，所述阻垢缓蚀剂包括以下两组物料：第1组物料包括有机膦酸盐、聚羧酸多元共聚物、锌盐和水，其中水为溶剂；第2组物料包括铜缓蚀剂；所述两组物料独立分装。

所述两组物料中各组分的重量份范围为：有机膦酸盐10-30份、聚羧酸多元共聚物10-50份、铜缓蚀剂1-10份、锌盐1-30份、水1-50份。

所述两组物料中各组分的重量份为：有机膦酸盐15份、聚羧酸多元共聚物50份、铜缓蚀剂5份、锌盐18份、水12份。

其中有机膦酸盐选用甘氨酸二亚甲基膦酸或羟基亚乙基二磷酸，分子式为C₄H₁₁O₈NP₂或C₂H₈O₇P₂；聚羧酸多元共聚物选用丙烯酸-磺酸盐-丙烯酸羟丙酯-有机胺磷酰基羧酸多元共聚物，结构式为(C₃H₄O₂)n(C₇H₁₈NO₄S)m(C₆H₁₀O₃)l(C₇H₁₁NO₂)k(PO₂H₂)，n、m、l和k在此共聚物分子式中为整数，或选用其他具有相同效果的多元共聚物组合；铜缓蚀剂选用苯并三氮唑，分子式C₆H₅N₃；锌盐选用七水硫酸锌，分子式为ZnSO₄·7H₂O。

上述用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：

按比例取组分有机膦酸盐、聚羧酸多元共聚物、锌盐、铜缓蚀剂和水；

将有机膦酸盐、聚羧酸多元共聚物、锌盐、水加入反应釜中，其中水为溶剂，搅拌均匀，得到第1组物料；将铜缓蚀剂单独作为第2组物料；

第1组物料与第2组物料独立分装。

上述用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂在火电厂循环冷却水处理系统中的应用，所述阻垢缓蚀剂按补充水量计，第1组物料投加量为10～50mg/L成品剂量，第2组物料投加量为0.5～4mg/L成品剂量。

本发明用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂(以下简称为TW-318或TW-318阻垢缓蚀剂)的生产工艺介绍如下：

1)备料：严格按照配方配比，用计量磅依次称取定量的有机膦酸盐15份、聚羧酸多元共聚物50份、铜缓蚀剂5份、锌盐18份和水12份。

2)生产：将有机膦酸盐、聚羧酸多元共聚物、锌盐和水加入反应釜中，开启搅拌(80转/分)，使其全部溶解，继续搅拌约20分钟，混匀后分装，即得本发明物制剂，铜缓蚀剂单独配加，单独分装。

三、分装检析：将上述产品城市中水作为火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂分装到25公斤塑料包装桶中。

四、采样分析。

五、粘贴标签及合格证并办理入库。

用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂的技术性能指标介绍如下：

外观：橙黄色液体；

固体含量(％)：≥32.0

总磷(％)：≥7.0

pH值(1％水溶液)：1.5-4.5；

密度g/cm³(20℃)：≥1.15

本发明还提供了所述阻垢缓蚀剂在水质波动比较大的循环冷却水系统中的应用方法。在河北地区多家循环冷却水系统中，该发明物按补水计，其适宜投加量为10～50mg/L，均取得明显阻垢缓蚀效果，充分体现出其低剂量的特性。

对本发明一种用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂及方法和应用的经济效益分析可知，由于国民经突飞猛进的发展和环境污染日趋严重的因素，水资源短缺矛盾的日益突出，冷却水在循环系统中循环使用，提高浓缩倍数将是必然趋势，循环冷却水结垢和腐蚀问题也日益突出。城市中水水质又不同于工业新水，其含盐量高，高碱度、高硬度，悬浮物、COD、氨氮、油类、磷等含量大，在循环水系统中运行，极有可能产生腐蚀和结垢。本发明的阻垢缓蚀剂是有机膦酸盐、聚羧酸共聚物和锌盐等化合物复配而成，在循环冷却水中可有效防止碳酸钙的形成，对防止氧化铁和磷酸钙垢的形成也有良好效果，在高硬度、高碱度、高氯根的恶劣水质中，能发挥良好的阻垢缓蚀特性并对悬浮物有很强的分散作用，性能稳定、受温度影响小。根据不同水质投加浓度为10-50mg/L，可用药泵加入系统或直接加入冷却塔补水箱。本发明物适应水质波动范围广，均可以提供优异的阻垢缓蚀性能，且药剂的用量很小，采用本发明的阻垢缓蚀剂用量仅需10-50mg/L就可达到阻垢缓蚀的要求，大大节约了工业耗水量和经济费用，具有良好的经济效益和社会效益。

实施例1：

一种用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂(TW-318)，含以下各组分：有机膦酸盐、聚羧酸多元共聚物、铜缓蚀剂、锌盐和水；其中水为溶剂，铜缓蚀剂单独配加。

1.1备料：严格按照配方配比，依次称取定量的有机膦酸盐、聚羧酸多元共聚物、铜缓蚀剂、锌盐和水。

1.2生产：将有机膦酸盐、聚羧酸多元共聚物、锌盐和水加入反应釜中，开启搅拌(80转/分)，使其全部溶解，继续搅拌约20分钟，混匀后分装，即得本发明物；铜缓蚀剂单独配制，单独分装。

实施例2：

本发明用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂针对河北地区某污水处理厂中水缓蚀性能试验。

2.1试验目的。

旋转挂片腐蚀试验方法是在实验室给定的条件下，用试片的损失质量计算出腐蚀率和缓蚀率来评定水处理剂的缓蚀性能。采用旋转挂片腐蚀测定法，考察循环冷却水为城市中水的阻垢缓蚀剂的腐蚀特性，将通过试验后碳钢、不锈钢、铜的外观颜色变化、失重法测得的腐蚀速率等指标综合评判本发明物缓蚀性能。

2.2试验条件。

试验水质：试验用水为河北地区某污水处理厂中水；水稳定剂即本发明物用于城市中水作为火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀组合物，合计加入量为10.5mg/L商品浓度；试验水温：50±1℃；试片线速度：170r/min；试片上端与试液面的距离：应大于2cm；试片规格及表面积：50×25×2mm；28cm²；试验时间：216小时；挂入试片片数：每杯中三片。

试验方法按《水处理剂缓蚀性能的测定------旋转挂片法》GB/T18175-2000标准进行。

2.3试验步骤。

1)用滤纸把挂片表面油脂擦拭干净，然后分别在正己烷和无水乙醇中用脱脂棉擦洗，用滤纸吸干，置于干燥器中4小时以上，称重，精确到0.0001g，保存于干燥器中，待用。

2)按实验要求，配制好水处理剂储备液。储备液浓度一般为运转浓度的100倍左右。

3)按试验要求准备好试验用水。

4)在试杯中加入水处理储备溶液，加试验用水到一定体积，混匀，即为试液。在试杯外壁与液面同一水平处做标记，将试杯置于水浴中。

5)待试液达到指定温度时，挂入试片，启动电机，使挂片按一定旋转速度转动，并开始计时。

6)试杯不加盖，令试液自然蒸发，每4小时补水一次，使液面保持在固定位置。

7)在试验过程中，根据实际要求，可更换试液。

8)当运转时间达到指定值时，停止挂片转动，取出试片并进行外观观察。

9)将试片用毛刷刷洗干净，然后在酸洗溶液中浸泡3-5分钟，取出，迅速用自来水冲洗后，立即用氢氧化钠溶液中和约30秒，用自来水、蒸馏水冲洗，用滤纸擦拭并吸干，在无水乙醇溶液中浸泡约3分钟，用滤纸吸干，置于干燥器中4小时以上，称重，精确到0.0001g。同时做三片挂片的酸洗空白实验。

10)对酸洗后的试片进行观察，若有点蚀，应测定点蚀的最大深度和单位面积上的数量。

2.4腐蚀试验水样的分析。

表1试验水样的分析

2.5腐蚀性能实验分析及结论。

1)腐蚀性能试验分析，表2

2)腐蚀性能试验结论。

试验挂片腐蚀速率分析见表2。从表2可知，在河北地区某污水处理厂中水中加入本发明物，合计用量10.5mg/L商品剂量，试验时间216h，碳钢、不锈钢、铜试片均未发现明显腐蚀现象。碳钢腐蚀率0.0398mm/a，不锈钢0.0007mm/a，铜试片0.0018mm/a。各项指标均低于国家标准要求，说明本发明物对碳钢、不锈钢、铜材均起到了很好的保护作用。

实施例3：

3.1试验目的

极限碳酸盐硬度是循环冷却水不产生碳酸盐沉淀时最大的碳酸盐硬度值。通过动态模拟试验考察TW-318阻垢缓蚀剂对于河北地区某污水处理厂中水水质的阻垢效果。

3.2动态模拟试验装置

动态模拟试验装置由循环水泵，热交换器，冷却水塔，冷却水池，转子流量计，温控器，补给水箱等组成。循环水通过循环水泵、热交换器、冷却水塔进入循环冷却水池。

3.3试验条件

试验仪器：动态模拟试验仪

热交换器入口温度：30℃

热交换器出口温度：42℃

水稳剂浓度：阻垢缓蚀剂10.5mg/L

3.4试验步骤

往循环水箱中加入30L试验用水，加入水稳剂使循环水箱中阻垢缓蚀剂的浓度为10.5mg/L商品浓度。开启循环水泵，控制循环水流量为150L/h，调节温控器设定循环水箱温度为30.0℃，启动加热装置，系统进入自动运行状态，风机将根据温度变化自动起停。启动自动补水装置，随时往循环水箱中补充加药试验用水，以补充取样排污和蒸发损失，保持循环水量不变。定期根据试验进展测试试验溶液的硬度、碱度、钙硬度、氯根、PH值，并计算浓缩倍数和阻垢率。控制浓缩倍数在5.0倍运行192h。

3.5试验结果

在本次动态阻垢试验中，添加TW-308阻垢缓蚀剂10.5mg/L商品剂量，使浓缩倍率提高到5.0倍，并控制浓缩倍数于5.0倍运行192小时。观察热交换器和冷却塔，未发现结垢现象。

动态阻垢试验分析，结果见表3

3.6动态阻垢性能试验结论

通过试验证明，TW-318阻垢缓蚀剂即本发明物用于中水作火电厂循环冷却水的阻垢缓蚀剂，针对河北地区某污水处理厂中水的试验中，加药量在10.5mg/L商品剂量或成品剂量时，因为系统中有铜材，所以加药量中包括添加铜缓蚀剂0.5mg/L成品剂量，浓缩倍数可在5.0倍长时间运行，不出现碳酸钙结垢析出现象。阻垢率大于96％。说明本发明物在高温换热条件条件下具有很好抑制碳酸钙析出的作用。