再生水为补水的工业冷却水无磷药剂性能评定

崔 浩，潘旭东，杨 喻，康洪磊

(1.天津大沽化工股份有限公司临港分厂，天津 300450；2.中海油天津化工研究设计院有限公司，天津 300131)

天津某大型化工企业始建于1939年，是一家以食盐电解为基础，以发展海洋化工、石油化工为目标，生产烧碱、聚氯乙烯树脂、环氧丙烷、聚醚、苯乙烯、ABS树脂、液体氯、合成盐酸等多种产品的综合性大型氯碱企业。2017年以来，迫于环保要求，该厂更换了循环冷却水补水来源，由原来的以滦河水为主，改为以污水再生水为主、混有少量滦河水的中水水源。与此同时，厂方的污水排放标准大幅提高，要求低磷、无磷排放，鉴于业主的要求，我公司与该厂合作，开发了适应再生水水质的无磷环保水处理药剂。

1 补水水质

1.1 水质分析

该厂拥有循环量50000m3/h的循环水处理系统。补充水由污水再生水和滦河水混合而来，考虑到补充水以污水再生水为主，且其水质较滦河水恶劣，我们主要考虑再生水水质。再生水水质见表1。

表1 再生水水质

1.2 水型(水质稳定性)判断

根据再生水水质数据，我们基本可以判断污水再生采用的是双膜脱盐(超滤+反渗透)的深度处理工艺，水中钙(8.66mg/L)、镁离子(4.35mg/L)数值极小，几乎已经脱除，碱度亦处于较低水平，说明该水质基本不存在结垢因子，而氯离子(63.25mg/L)、硫酸根(105mg/L)残留浓度依然很高，导致该水体最终体现更为强烈的腐蚀倾向。

2 无磷药剂要求

2.1 环保要求

2.2 药剂缓蚀阻垢性能要求

3 无磷药剂性能评定

3.1 缓蚀性能评定

选取缓蚀性能优异的无磷缓蚀阻垢剂单剂，N-烷基-N-脂肪酰基氨基脂肪酸盐(NAFAS)[1]、聚天冬氨酸、多元共聚物分散剂、天然高分子壳聚糖、钼酸钠进行复配得无磷药剂,对比25×10-6磷系药剂，对A3钢、铜、不锈钢试片，旋转挂片法评定缓蚀性能[2]。

其中，N-烷基-N-脂肪酰基氨基脂肪酸盐(NAFAS)为我公司自主研发的新型环境友好脂肪酰胺类无磷缓蚀剂，NAFAS的合成技术路线如下：

n=10～20;R1为带有官能团的烷烃，碳数为1～6；R2为碳数为1～5的短链烷烃。

表2 药剂缓蚀性能评定

从表2可以看出，无磷药剂对铜、不锈钢、碳钢缓蚀性能均表现良好，碳钢试片数据不及磷系药剂，但腐蚀率远远高于《工业循环冷却水处理设计规范》要求，无磷药剂可以替代磷系药剂。

3.2 阻垢性能评定

阻垢实验采用水处理剂阻垢性能测定方法。实验条件：根据现场补水水质配制浓缩5倍水，(80±1)℃恒温水浴，实验时间10h。分别使用缓蚀实验筛选优质配方和原磷系药剂进行阻垢实验评测，药剂浓度分别为25×10-6、30×10-6、50×10-6。实验结果阻垢率见表3。

表3 药剂阻垢性能评测

试验结果表明，无磷药剂阻垢性能良好，可以替代磷系药剂。

3.3 动态实验

分别使用缓蚀实验筛选优质配方和原磷系药剂进行动态模拟实验[3]。实验条件：实验用水采用现场水样。换热管材质碳钢D 10mm×1mm×495mm,试片材质A3碳钢、铜、不锈钢，管内流速2m/s，浓缩倍数4～5倍，实验时间18d，pH自然平衡，管内进口温度(30±2)℃，加热蒸汽温度(100±0.3)℃，药剂浓度15×10-6。实验结果见表4。

从实验结果可以看出，动态模拟实验污垢热阻和腐蚀率数值符合《工业循环冷却水处理设计规范》，说明无磷药剂满足行业需求指标，具有良好的缓蚀阻垢性能，可以替代现有磷系药剂。

表4 动态模拟实验结果

4 现场应用意义

无磷药剂顺利切换现场的磷系药剂，实现了市政中水的再回用，节省了大量的新鲜水资源[4]；通过无磷控制技术，保证了企业污水环保达标排放的要求。课题的实施，为该厂切换补水和污水排放问题提供了有力的技术支持，具有重要的现实意义。