磷酸盐在水处理中的作用

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1、磷酸盐在水处理中的作用磷酸盐在冷却水和锅炉水处理中主要是作缓蚀剂和阻垢剂 ,其机理依品种、用途及使 用条件的不 同而有所差别。因有缓蚀阻垢效果及环保方面等因素,磷酸盐处理技术经历了不断的 改革。它每 一次改进,都针对性解决了控制中的某些技术难题。目前面临环保限磷问题 ,加快绿色 水处理技 术的研究进程,已刻不容缓。1 引言水的处理问题早已引起国内外的普遍重视。为 缓解水的供需矛盾,最根本的办 法是通过水处理技 术加以解决。水处理可以提高占耗水比例相当大的 工业用水 循环利用率。在水处理中使用很多种化学药剂,就目前来看, 磷酸盐仍是水处理中选用的重 要化工产品。它们在 水处理中的作用因处理目的、

2、被处理水的水质和处 理方法 的不同而异。工业循环冷却水和锅炉水处理是磷酸盐在水处 理应用中的两大领域,冷却水 在食品、纺织、造纸、化 工、石油、钢铁和机械工业等的用量是很高的。平均 占 总用水量的67%。其中又以化工、石油、钢铁工 业为最高约占85% 90%。锅炉 水处理是保证锅 炉的热效率、防止事故、延长使用寿命,保证锅炉安 全运行的 重要手段。目前,我国有40余万工业锅炉 采用磷酸盐处理方式处理炉水。2 磷酸盐的缓蚀机理和阻垢机理磷酸盐在冷却和锅炉水处理中主要作缓蚀剂和 阻垢剂。其作用机理即为缓蚀 机理和阻垢机理。缓蚀机理2. 1磷酸盐类作为缓蚀剂的缓蚀机理,依其品种、用 途及使用条件不同

3、而有所差别 在循环冷却水处理中,使用较多的是聚合磷酸盐。各种聚合磷酸盐对 碳钢都具有 较好的缓蚀效果。碳钢在水中的腐蚀是 微电池造成的,其电化学反应式为:阳极反应:Fe Fe2+2e阴极反应:O2+2H2O+4e 4OH-这种机理1 认为，当水中具有一定浓度的Ca2+或其它二价金属离子时，聚合 磷酸根离子与Ca2+形 成带正电荷的配离子，这种配离子以胶溶状态存在 于水 溶液中。钢铁在水中腐蚀时，阳极反应产物Fe2+向阴极方向扩散移动，胶溶状态 的带正电荷的聚磷酸钙配离子可再与Fe2+络合，生成以聚磷酸钙 铁为主要成 分的配离子，依靠腐蚀电流沉积于阴极 表面，形成沉淀皮膜。这种膜具有一定的 致密

4、性，能 阻挡溶解氧扩散到阴极，即抑制了腐蚀电池的阴极 反应，从而抑制了 整个腐蚀反应。2. 2 阻垢机理聚磷酸盐在循环冷却水处理中常用作阻垢剂。 正磷酸盐作为阻垢剂多用于锅 炉水处理。二者在各 自的场合下，按不同的阻垢机理而发挥作用。 冷却水中的 水垢主要是碳酸钙垢、磷酸钙垢、硅 酸钙垢和硅酸镁垢等。当冷却水中无过量 的P03-4或SiO2存在时，磷酸钙垢和硅酸镁垢不容易生成，最容易生成的是碳 酸钙垢。在水中加入少量的聚磷 酸盐就能防止碳酸钙沉淀析出。之所以能有效 阻止 碳酸钙沉淀，是由于聚磷酸盐有效地控制了晶核形 成的速度。此外聚磷酸 盐还能螯合Ca2+、Mg2+等离子，形成单环螯合物或双环

5、螯合物。这样就破坏了碳 酸钙等晶体的正常生长过程，从而阻止了碳酸钙 水垢的形成。 磷酸氢二钠资讯 锅炉的炉内水处理常以磷酸三钠、磷酸二氢钠 和磷酸作用。其主要反应 并以 不同的机制发挥其，氢二钠等作防垢剂如下:3Ca(HC03)2+2Na3P04二Ca3(P04)2 ! +3Na2C03 +3CO2 t +3H203CaS04+2Na3P04二Ca3(P04)2 I +3Na2SO43Mg(HC03)2+2Na3P04二Mg3(P04)2 I +3Na2CO3 +3CO2 t +3H2O 3MgSO4+2Na3PO4=Mg3(PO4)2I+3Na2SO4当水温相当高，并有足够的碱度时，磷酸钙会

6、变 成水渣状的羟基磷灰石Cal0(0H)2(P04)6,反应如下：10Ca3(PO4)2.H2O+6NaOH=3Ca10(OH)2(PO4)6+2Na3PO4+10H2O生成的水渣，可随锅炉排污排至炉外。 而磷酸镁易形成二次水垢，且很难用机械方法 除掉，在炉水中加入一定量的硅 酸盐时，磷酸镁可按 下式继续反应：Mg3(PO4)2+2Na2SiO3+2NaOH+H2O=3MgO.2SiO2.2H2O+2Na3PO4生成的蛇纹石(3MgO.2SiO2.2H2O)是一种 不粘附于金属壁上的泥渣。对于碱性水质，为了避免炉水碱度过高，可用磷 酸二氢钠或磷酸氢二钠代替磷 酸三钠3 磷酸盐在水处理中的作用磷

7、酸盐在水处理过程中究竟起缓蚀作用，还是 起阻垢作用，要看具体配方的成 分、使用条件和磷酸 盐用量。如聚磷 度时起缓蚀作用。 高浓，酸盐在低剂量 时起阻垢作用3. 1 在循环冷却水处理中的作用 以聚磷酸盐作为主要缓蚀剂的处理方法，在国 内外的循环冷却水处理中已得 到较为普遍应用。目 前因缓蚀阻垢效果及环保方面的因素，各国都在研 制改进 磷系配方。3. 1. 1 用磷酸盐取代聚磷酸盐 聚磷酸盐在使用时的明显弊病之一就是会水解 成正磷酸盐，在冷却水中造成 磷酸钙沉积，进而促进 垢下腐蚀。用磷酸盐复合剂取代聚磷酸盐是一条改 进磷 系配方性能的有效途径。推荐磷酸盐使用量2220mg/L。3. 1. 2

8、用新型含磷聚合物阻止磷酸钙沉积 在继续使用聚磷酸盐的基础上，加入新型对阻 止磷酸钙沉积有特殊功效的药 剂，既达到缓蚀效果 又起到阻垢目的。如有机膦酸盐对钙、镁等两价离 子不仅 具有明显的低限制作用，而且对其它药剂还 有增效协同作用，它们具有无毒，无 污染,用量少，不易水解以及在高温、高PH值下稳定性好的特点。 目前我国对含磷聚合物也在研究，并有少量品种投产(如含磷聚丙烯酸)，含磷丙 烯酸、丙烯酰胺、丙烯 酸羟丙酯的共聚物等许多品种还有待于继续开发。3. 1. 3 与磷系配方配合使用的杀菌灭藻剂聚磷酸盐和磷酸盐都有促进微生物繁殖作用。由于原水中含有大量的微生物, 在使用原水作为循 环冷却水时,微

9、生物易在器壁、管路聚集繁殖,使管 道阻力增 大,甚至堵塞,导致换热效率下降。因此, 目前与磷系配方配合使用的有季铵盐类 季磷盐、戊 二醛、异噻唑啉酮等新型非氧化性杀菌灭藻剂。磷酸氢二钠资讯3. 2 在锅炉水处理中的作用质恶 锅炉水处理就是防止锅炉结垢、腐蚀和蒸气品 劣。磷酸盐除可用作锅炉的防垢剂外,还可作 缓蚀剂。随着工业锅炉工况的改革, 磷酸盐处理技 术也经历了高磷酸盐处理、协调磷酸盐-PH处理、精确控制、等 成分磷酸盐处理、平衡磷酸盐处理、低 磷酸盐-低氢氧化钠处理等改革过程。它 的每一次 技术改进,都针对性解决了控制中的某些技术难题。 高磷酸盐处理 (P03-4=1030mg/L),其作

10、用主要是为了控制钙、镁水垢的生成，加入Na3PO4 使锅炉水中钙硬、镁硬渣转化为容易随排污排除的 软渣。但其结垢仍然比较严 重,需要频繁的化学清洗除垢。协调磷酸盐-PH处理(P03-4=350 mg/L)和精确控制(PO3-4=24mg/L) 磷酸盐处理,在实际应用中仍因苛性钠腐蚀严重而遭淘汰。 等成分磷酸盐处理 (P03-4=28mg/L),保证了沉积时固、液成分的协调一致。但还是存在着酸性 磷酸盐腐蚀问题。低磷酸盐 处理(PO3-4 =1 mg/L),是将炉水中磷酸盐含量大幅度降低，消除酸 性磷酸盐的 腐蚀问题,而苛性腐蚀问题主要由炉 水中酸性物质如氯化物、硫酸盐控制。平衡磷酸盐处理3(P

11、O3-4?2. 4mg/L, pH= 9. 09.7, Na+/P03-4=3. 03. 5NaOH?l. 0 mg/L)其主要作用是尽量降低炉水中磷酸 盐含量，使之达到平衡水平。炉水PH值稳定，炉管腐蚀问题大大减少，锅炉的化 学清洗周期延长一倍。而低磷酸盐-低氢氧化钠处理(PO3-4 =0. 2 1. 0 mg/L, pH=9.19. 6, NaOH=0. 20. 8mg/L), 是对平衡磷酸盐处理的改进。平衡磷酸盐处 理和低 磷酸盐-低氢氧化钠处理的出现,使得已在锅炉炉水 中使用70多年的磷 酸盐处理技术得以存在和发展, 并会在相当长的时间内起主导作用。4 结语水处理技术的研究方向,面临的是环保限磷问 题。改进老工艺,减少自身生产 的污染;研究无磷或 少磷的水处理配方;研究海水代替淡水作冷却水的水处理剂 等。目前国内外还一直在进行复合配方的 研究。钨酸盐缓蚀性能好,低毒,无环 境污染,对铝 材也有很好的缓蚀作用,但使用剂量偏大。国外对 钨对碳钢缓蚀, 钨杂晶盐水处理剂-系水处理剂的开发大多采用磷率可达91. 9%,而相同条件下磷系缓蚀率只能达到56. 4%。我国钨资源丰富,产 量居 世界之首,因此钨系水处理剂在我国发展前景广阔。总之,加快绿色水处理 技术的研究,已刻不容缓。磷酸氢二钠资讯