论阻垢剂在工业水处理的运用范文

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摘要：本文首先分析阻垢剂的三种作用：凝聚与分散作用、络合增溶作用以及使污垢在形成过程中发生晶格畸变的作用，然后从含磷类阻垢剂、天然分散剂和聚合物类阻垢剂三方面论述阻垢剂在工业水处理中的应用，探讨阻垢剂现阶段以及未来的研究方向，希望能为关注此话题的研究学者提供参考意见。

关键词：晶格畸变；天然分散剂；聚合物

目前工业水处理主要是通过物理方法和化学方法来共同完成，水处理研发的阻垢剂主要应用于锅炉用水和冷却用水的杂质处理。随着社会的发展，水资源的利用也越来越多，为了防止水资源的过度利用，实现对水资源的保护，需要提高工业水处理和工业重复利用循环冷却水的技术水平，以降低工业用水盐分的积累，改善换热设备结垢的不良现象，降低设备腐蚀的损失。

1阻垢剂在工业水处理中的作用机理

1.1阻垢剂的凝聚与分散作用

阴离子型阻垢剂在水中会分解产生阴离子，如果分解产生的阴离子和碳酸钙微晶发生碰撞，会出现吸附的现象，微晶的表面进而会形成带负电的双电层。工业污水中的污垢一般都带负电荷，同种电荷互相排斥，因此污垢在水中是悬浮分散的状态。阻垢剂以链状结构存在于水中，可以吸附多个电荷相同的微晶，且由于静电的斥力，不会发生多个电荷的碰撞，故水中不会出现较大体积的晶体，从而实现碳酸钙在溶液中的稳定，达到阻垢的目的。此类阻垢剂主要有有机磷酸钾类阻垢剂和聚丙烯酸类阻垢剂。对于有机磷酸钾类的阻垢剂，其阻垢功能的实现是通过聚集阻垢剂于生长晶核附近的扩散阶层，而实现双电层的构建，从而达到阻碍污垢离子或分子簇集的目的，保证金属表面的清洁。对于聚丙烯酸类阻垢剂，这一类的阻垢剂能够在金属的传热面上形成特殊的膜，该膜可以和无机晶体共同沉淀，当膜的厚度达到一定的程度就会发生破裂的现象，与此同时将金属传热面上的部分污垢层一起带走。膜不断的形成，不断的破裂，使得污垢层能够一直保持比较理想的状态。

1.2阻垢剂的络合增溶作用

阻垢剂通过自身的络合增溶作用实现污垢的溶解。在水溶液中，阻垢剂会与钙、镁等离子形成较稳定的可溶性螯合物，根据电离平衡方程，溶液中电离的钙离子和镁离子的数量增加，并且碳酸钙在水中溶解度增大，达到抑制污垢的沉淀的效果。此类阻垢剂主要有部分的有机磷酸盐类阻垢剂和络酸盐以及亚硝酸盐类除垢剂。部分有机磷酸盐类阻垢剂，不仅能够和水中的钙离子、镁离子等构成稳定的络合物，还能够和碳酸钙晶体中的钙离子产生络合作用，从而阻止其他的碳酸钙晶体依次排列并通过碰撞产生碳酸钙污垢，深入的抑制了污垢的形成，适合低硬度水的阻垢处理。络酸盐以及亚硝酸盐类除垢剂，其络合增溶效果显著，适用于各种水质的阻垢处理，但由于其本身具有一定的毒性，含有使人体致癌的成分，因此该类阻垢剂的使用受到严格的控制[1]。

1.3使污垢在形成过程中发生晶格畸变

阻垢剂体现出的晶格畸变功能，是通过其本身官能团对金属离子产生螯合作用来实现的。例如碳酸污垢形成的过程中，带正电的钙离子与带负电的碳酸离子共同按照特定的方向发展，在二者发展壮大的过程中，阻垢剂会掺杂在它们构建的晶格点阵中，逐渐让晶格发生畸变。由于晶体的内部存在逐渐增大的应力，当其增大到一定程度时会让晶体最终破裂，从而达到抑制污垢硬性晶体形成的目的。且形成的污垢晶体组织硬度较弱，容易分散被水体冲走。此类阻垢剂主要有有机磷酸阻垢剂。当在水中加入有机磷酸阻垢剂，有机磷酸会吸附在碳酸钙晶体的活性增长点上，和钙离子反应而产生螯合物，从而改变晶体的生长方向，让晶体的生长发生扭曲，抑制晶体的长大。总的来说，就是通过有机磷酸对晶体的包围，实现对晶体活性的抑制，让晶体在发展的过程中向着畸变前进，从而抑制污垢的形成，最终达到工业水处理阻垢的目的。

2阻垢剂在工业水处理中的应用

2.1含磷类阻垢剂的应用

聚磷酸盐属于无机磷酸盐类阻垢剂，常应用于冷却水的污垢处理，其中三聚磷酸钠和六偏磷酸钠具有长链状的阴离子，是工业水阻垢作业中经常会用到的两种阻垢剂。在实际的应用中，聚磷酸盐表现出无毒、用量小、成本低的优点，但也存在着性质不稳定，容易水解成磷酸根，会对工业生产中用到的铜制、铜合金管道和器材造成一定程度的腐蚀，并且会让水体营养化程度加深的缺点。含磷类的阻垢剂还包括有机磷酸酯，这一类的阻垢剂能够对硫酸钙的污垢起到较好的抑制作用，而在抑制碳酸钙类污垢时取得的效果差强人意。有机磷酸酯的分子结构是C-O-P键，因此有机磷酸酯的水解性弱于聚磷酸酯，但是却高于有机的多元磷酸。当处于温度较高和碱性较强的环境中，有机磷酸酯更容易水解成为正磷酸酯和相应的醇，此时它的阻垢功能也会很大程度的减弱[2]。

2.2天然分散剂的应用

在工业水处理中应用较多的天然分散剂是单宁酸，这一成分主要提取于多种的植物和果实中，所以单宁酸是自然界中资源较丰富的有机资源，它是一种多元酚类化合物。单宁酸分子的结构单元是由活性官能团以及多环芳烃核组成的，官能团的种类有羧基、酚羟基、甲氧基、乙醇基。单宁酸具有吸附、结合的能力，可以与水体中的钙离子、镁离子螯合，并且产生的螯合物分解性较强。单宁酸的成分表明它是一种非磷系、无公害、不会对水体环境造成任何伤害的阻垢剂，可以说是十分环保绿色的功能性阻垢剂。除此以外，还有其他自然环保的阻垢剂成分陆续被发现，比如磺化木质素、改性淀粉、羧甲基纤维素，这些自然成分都有阻垢的功能，如果这些天然分散剂能够应用在工业水处理中，不仅符合国家建立环保型社会的发展目标，也将促进工业水污垢处理技术迈进一大步，因此需要好好加以研究。

2.3聚合物类阻垢剂的应用

聚合物阻垢剂的主要成分是丙烯酸和马来酸，研制时是将多种功能性的官能团引入到分子中，因此这一类的阻垢剂具有多种配方。应用时需除了要考虑水质的条件，还需要分析水垢的种类。例如带羧酸基团的聚合物阻垢剂主要是针对钙污垢研制的，磺酸基的聚合物阻垢剂主要用于含有金属氧化物的污水处理，酸胺类的聚合物阻垢剂能够较好的处理硅污垢水[3]。由于大多数的阻垢剂只能抑制水中某种特定类别沉淀物污垢的产生，因而现阶段的研究的重点放在共聚物所带的功能基团上，目的是用一种或少数几种阻垢剂抑制工业水中的多种污垢，弥补一种阻垢剂只能抑制一种污垢的不足。例如将磷酸基引入到聚丙烯酸的结构中，就能够让阻垢剂同时具备使污垢晶格畸变和污垢分散这两种功能，两种功能相互促进，达到抑制沉淀物形成的目的。而且这类聚合物阻垢剂性质稳定，阻垢的功能不易受氯气及各种氧化类杀菌剂影响。

3总结

综上所述，在工业水处理中合理的应用阻垢剂，首先应综合考虑水质的条件，再选择有效的功能基团，最后选择合适的阻垢剂。在未来，阻垢剂的研究内容应侧重于绿色环保和功能的全面开发，使阻垢剂更加环保的同时，也具备阻垢、灭菌、抗腐蚀的功能。阻垢剂的研究方向应是阻垢的高效性和使用成本的经济合理性。

参考文献

[1]聂鹏飞,沈雨晴,刘建允.聚吡咯-二甲基亚甲蓝复合纳米棒修饰电极及电化学阻抗法测定聚阴离子阻垢剂[J].分析科学学报,2018,34(02):257-260.

[2]高庆华.一种HAP型高效缓蚀阻垢剂的研制及应用[J].表面技术,2018,47(01):149-153.

[3]申启金.阻垢剂在工业循环水处理工艺中的应用[J].黑龙江科技信息,2011(03):13.

[4]任华.阻垢剂在工业水处理中的应用[J].区域供热,2013(02):91-93+102.

作者：蔡琪芳 秦双 单位：苏州湖天电气开发有限公司