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科研成果/RESEARCH

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无磷水处理技术在工业循环水中的应用

发布日期:2015-11-7 10:34:59

 前言

  目前,国内循环冷却水处理剂大部分属于有机膦配方,但是随着水体富营养化的出现,国家开始限制水体中的磷含量,许多企业不得不增加污水处理站接受来自循环水的排水,这在一定程度上增加了运行和处理成本。近年来,随着环保意识的增强,绿色环保型水处理技术不断被开发,开发研制符合可持续发展需求的低磷或无磷、非氮和可生物降解的绿色水处理剂,将成为工业水处理领域中最主流的研究方向。山东化友化学有限公司采用自主研发的复合型无磷缓蚀阻垢剂,所用药剂均不含磷元素,其处理效果完全能达到GB/T 50050-2007中的技术要求。若循环水系统没有受到其他污染源的污染,水质可以达到GB18918-2002中一级标准中的B类标准,能够直接排放。山东化友化学有限公司的无磷水处理技术,既满足了国家控制水体富营养化的要求,又能减轻循环水的处理压力;对于大部分企业和工厂而言,将会大大节约循环水排水的处理成本。

工业循环水药剂从高磷、低磷和无磷,从单一到复配使用的发展历程。20世纪90年代,美国、德国等知名水处理企业相继开发成功了无磷可生物降解的绿色水处理药剂配方。七十年代末八十年代初出现了膦基聚丙烯酸、膦基聚马来酸等二元共聚物及八十年代后期出现的丙烯酸/丙烯酰胺甲基丙烷/次磷酸等三元共聚物都是为阻磷酸钙而研制的,直到九十年代初磷系配方仍占很大比重。近来,随着环保行业对水污染关注度的提高,许多国家开始限制磷的排放,从而推动了低磷、无磷配方的迅速发展,低磷、无磷的水处理剂已成为国内外水处理剂研制方面的热点课题。 

    山东化友化学有限公司是国内较早自主研发和生产无磷水处理剂的厂家之一。我公司研究的复合型无磷缓蚀阻垢剂具有良好的缓蚀和阻垢效果,且高效、无毒、无公害;可完全生物降解,利于保护环境;对碳酸钙、硫酸钙、氟化钙和硅垢等,具有良好的阻垢分散性能;应用范围广泛,能够适用于高pH值、高硬度、高碱度、高浓缩倍数的工业循环冷却水系统。 

    聚环氧琥珀酸是一种无磷非氮、可生物降解的水处理剂,对BaSO4、CaCO3阻垢效果优异;聚天冬氨酸是一种环境友好型水处理剂,能够有效地抑制冷却水、锅炉水的碳酸钙和磷酸钙垢的形成。但是单一的聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸以阻垢为主,缓蚀效果低,不是理想的缓蚀剂,特别是不能作为预膜剂使用。复合配方较单一药剂有更显著的缓蚀阻垢效果,能够弥补单一结构上的缺憾,是目前工业循环冷却水缓蚀阻垢药剂研究开发的主要方法。我公司研发的复合型全无磷水处理剂是一种高分子聚合物,通过水解、氧化、聚合等化学反应,在催化剂作用下,引入具有缓蚀作用的活性基团,使这些活性基团对金属离子具有很强的螯合作用,在金属表面形成均匀的保护层。我公司研发的复合型无磷水处理剂现已完成了规模性生产,而且在实际生产应用中取得了显著的效果。 

  2 无磷水处理方案的运用介绍 

    2.1 案例背景 

    山东某生物有限公司循环水处理招标要求必须是无磷水处理配方,总磷(以PO43-计)<1mg/L,排水达到GB18918-2002中一级B标准。根据我公司多年的循环冷却水处理经验,我公司专门针对其循环水质,研发特定的全无磷水处理药剂,具有阻垢、缓蚀、杀菌等多重功效,处理效果满足《工业循环冷却水处理设计规范》GB 50050-2007的相关要求。 

    2.2 清洗方案 

   化学清洗过程中经水冲洗,黏泥剥离处理阶段后,进入除锈处理阶段。在此阶段人工投加清洗剂GN1004,清洗剂组分是有机酸、金属络合剂、无磷缓蚀剂,在清洗过程中不会产生二次腐蚀。整个清洗过程没有对水进行置换或者排放,而且清洗药剂为无磷配方,处理效果接近一级排放标准。 

   2.3 预膜方案 

    预膜前先投加杀菌剂GN 3001对系统进行杀菌处理,以防预膜期间有微生物滋生。预膜过程中无需考虑系统排放时对环境的污染问题,预膜剂GN1002主要组分为无磷缓蚀剂,预膜后循环水泵仍须持续运转,并使循环水内维持一定量的药品,以避免所形成的保护膜被破坏。 

    预膜后的标准为碳钢挂片上无锈点、有明显的光泽。用5%的硫酸铜溶液做液滴试验,变色时间应大于10s。现场挂片硫酸铜滴定试验照片如下图。


                          现场挂片硫酸铜滴定试验

       2.4运行处理方案

    采用GN2005作为无磷缓蚀剂,GN 0006作为分散剂,在运行期间主要考虑循环水系统腐蚀的控制,兼顾控制沉积和杀菌的问题。

       2.5 日常水质

   循环水及补水水质统计如下表:

项目

补水

循环水

Ca2+CaCO3计)mg/L

303.39

1883.71

总硬度(CaCO3计)mg/L

465.92

2587.18

总碱度(CaCO3计)mg/L

245.06

175.80

Cl-            mg/L

120.20

739.69

PH

7.12

6.84

电导率     µS/cm

1058

8370

聚羧酸     mg/L

 

34.48

        2.6 处理效果

    投加高浓度无磷水处理药剂,利用经脱脂处理后不预膜的20#碳钢挂片,检测腐蚀速率。处理后的循环水,在缓蚀上都取得了理想的效果,水处理效果达到了循环水现场水质考核指标,并在服务期内不发生换热器的腐蚀泄露及结垢超标问题(设备本身的质量问题等其他原因除外)。下表为碳钢腐蚀率的统计结果。  

材质

1

2

3

4

5

6

7

8

9

碳钢(mm/a

0.0172

0.0173

0.0179

0.0175

0.0182

0.0179

0.0181

0.0185

0.0184

 

 利用山东化友化学有限公司复合后的无磷水处理剂,对碳钢、不锈钢和铜的腐蚀率完全满足《工业循环冷却水处理设计规范》中的要求。与传统的有机膦水处理剂相比,自主研发的的无磷水处理剂具有更好的缓蚀阻垢性能,且具有有效的碳钢缓蚀效果。处理后的循环水能完全达到或优于GB/T 50050-2007标准,排水完全符合一级排放标准。随着未来环保行业对水污染的关注度提高,治理污水、节约用水同样具有重要意义。循环水无磷水处理技术具有极为广阔的市场和前景,但目前关于无磷水处理技术的相关检测仍不完善,浓度的控制方法尚且没有明确的行业和企业标准及相关技术规范。







 

 

 


   


 

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