油田污水常用阻垢剂的研究进展(4)

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十分乐观。另外，如果将聚天冬氨酸（PASP）与聚丙烯酸（PAA）和2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸（PBTCA） 按6∶1∶1 复配后阻垢率能达到90%以上。该复配物对碳钢有着良好的缓蚀性能，缓蚀率也可达到90%以上。且该复配物低磷、绿色环保，缓蚀阻垢性能优良，可用于工业循环冷却水稳定处理。 （2）.聚环氧琥珀酸（PESA）

聚环氧琥珀酸（PESA）是以马来酸酐为原料，在催化剂的作用下聚合而得，具有良好的生物降解性能，并适用于高硬度、高碱度水系的新型绿色阻垢剂。阻垢活性较高， 与目前广泛使用的氨基三亚甲基膦酸和羟基乙叉二膦酸相比，在较高的钙离子浓度和较高的碱性条件下具有较高的阻垢率，且在阻垢应用中，无需再加酸。聚环氧琥珀酸(PESA)兼有缓蚀、阻垢双重功能，热稳定性能好，无磷非氮，环境友好，代表了水处理剂的发展方向，已成为国内外水处理剂研制、开发的热点。但是由于其分子结构中主要为羧基官能团，应用在磷酸钙垢、硅酸钙垢、硅酸镁垢等方面效果并不显著。

2.3 小结

21 世纪绿色水处理阻垢剂必将成为国内外水处理行业研究的热点和发展方向，主要有以下几个方面：

（1）在不同的水质条件下，引入不同的功能基团，开发和研制高效及成本低廉的符合环保要求的绿色多功能复合水处理剂。

（2）为降低成本、减少药剂投加量，须开发具有防垢、防腐、杀菌等多种功能为一体的新型阻垢剂。

（3）开发符合环保要求的无磷或低磷、非氮和可生物降解且环境友好的阻垢剂将成为工业水处理领域中最主流的研究方向。

随着原油的重质化、劣质化，渣油性质更差，结垢倾向更大，垢的成分越来越复杂，对阻垢剂提出了新的要求。针对性强的阻垢剂已经不能满足要求，而急需研制出具有广谱性的优良阻垢剂。并且，随着人类环保意识的增强，环保法规的进一步严格， 许多国家已开始限制对环境有害物质的排放，从而推动了绿色阻垢剂的发展。面对日益提高的环保要求， 我国目前大量使用的含磷阻垢剂将逐步被减少使用， 绿色阻垢剂将成为国内研究的一个热点。

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3 影响阻垢剂效果的主要因素

阻垢剂的阻垢性能除了自身的结构性质外，还受到其所处的外界环境的影响。这些营养因素有：阻垢剂浓度、循环水的温度、浊度、铁离子浓度、碱度和钙硬度以及杀菌剂。

3.1 浓度对阻垢剂性能的影响

阻垢分散剂的分类：对取自35个国内外阻垢剂样品，进行理化指标分析，归结为9种类型。具体如下表3-1所示。第1类至第3类为共聚物型阻垢剂，第4类至第9类为复合型阻垢剂。进一步比较可以看出：第4类至第6类为单元高分子聚合物，第7类至第9类多含多元高分子共聚物［32］。

表3-1 各类样品的主要成分

药品类型

1 2 3 4 5 6 7 8 9

主要成分

丙烯酸/多环芳烃磺酸盐 丙烯酸/烯丙烯羟丙磺酸醚 丙烯酸/甲基丙烯酸羟丙酯 聚丙烯酸/HEDP/Zn2+ 聚丙烯酸/PBTC/Zn2+ 聚丙烯酸/聚氧乙烯醚磷酸酯/Zn2+ 丙烯酸和马来酸酐共聚物/PBTC/Zn2+ 丙烯酸和AMPS共聚物/HEDP/PBTC/Zn2+ 丙烯酸和羟丙苯磺酸醚共聚物/PBTC/PO43-/Zn2+

药剂浓度是影响阻垢剂阻垢性能的主要因素之一。是药剂在各自推荐范围内的阻垢效果。表3-1说明：9种不同药剂在3个浓度下对碳酸钙均有阻垢效果。在相同浓度下，复合剂阻垢效率大于单剂的阻垢效率。主要是复合剂中的其它成分与聚合物之间存在协同作用。一般条件下，HEDP与聚合物之间协同效果明显。对聚合物单剂，含羟磺基团的单剂的阻垢效果由于其它单剂的组够效果。主要是因为聚合物中羟磺基团是强极性基团，有较强的阻垢作用。但对阻磷酸钙的情况与碳酸钙的情况完全不同。1、4和7类几乎没有阻磷酸钙的作用，其它六类阻磷酸钙垢的效果较差，随着浓度的提高，阻垢效果明显增加，如第2、3、8和9类。这种现象说明阻碳酸钙的机理与阻磷酸钙的机理是不相同的。

王京等［33］人认为，阻垢剂阻碳酸钙垢的主要是增溶和致畸，使碳酸钙不至于结晶和晶体增大。而阻磷酸钙垢的机理不同，由于磷酸钙溶度积极小，极易形成晶体。阻垢剂对磷酸钙垢的增溶作用微不足道，只有那些能够分散已经形成晶体的磷酸钙垢的阻垢剂，才能显示阻止磷酸钙形成水垢的作用。因此，对磷酸钙能够起作用主要靠阻垢剂的

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分散能力。在一般条件下，羟基、磺酸基有较好的分散作用，因而阻磷酸钙垢的效果较好。

表3-2 不同类型的阻垢剂在不同浓度下的阻垢率% 不同浓度时的阻垢率 药剂类型 1 2 3 4 5 6 7 8 9 30mg/L 碳酸钙 16.2 51.3 19.8 76.4 82.3 83.1 83.6 87.6 77.8 10 mg/L 磷酸钙 0 6.5 7.7 2.1 4.9 39.3 3.4 27.4 49.7 30 mg/L 碳酸钙 16.8 55.1 39.2 78.2 85.7 85.9 83.7 93.3 83.0 10 mg/L 磷酸钙 1.2 90.7 100 4.4 9.1 38.6 3.3 93.2 63.8 30 mg/L 碳酸钙 32.6 69.4 41.2 79.9 87.6 86 87.1 94.1 83.5 10 mg/L 磷酸钙 6.0 93.8 97.9 7.2 9.6 .3 4.5 95.8 91.1 3.2 浊度对阻垢剂分散效果的影响

表3-3是9类阻垢剂对阻碳酸钙垢和磷酸钙垢的影响效果。表3-3说明，浊度对3、4、7类阻垢剂阻碳酸钙垢效果基本无影响，对5、6、8、9类阻垢剂阻碳酸钙垢有负面影响，且随着浊度的增加，这些药剂阻碳酸钙垢的效果下降。但对第1、2类阻垢剂有增效的作用，随着浊度的升高阻碳酸钙垢的效果有所增加。比较这些差异可以看出，单剂的阻垢剂受浊度的影响较小，多数复合剂的阻垢剂受浊度的影响较大；浊度对阻磷酸钙垢的影响比对阻碳酸钙垢的影响要大。在使用阻垢剂是要注意将循环水的浊度控制在10NJU以内。这个现象说明药剂的阻碳酸钙机理主要是增溶和致畸，阻磷酸钙的机理主要是分散作用。

表3-3 不同浊度下阻垢剂的分散效果

不同浊度下的阻垢剂的阻垢率%

药剂类型 1 2 3 4 5 6 7

0 NJU 碳酸钙 16.8 55.1 39.0 78.2 85.7 85.9 83.7

磷酸钙

1.2 90.0 100.0 66.4 9.1 38.6 3.3

10 NJU 碳酸钙 17.8 58.1 33.3 76.2 82.4 80.3 3.1

磷酸钙 0.0 86.8 90.4 4.7 9.0 38.0 0.0

18

30 NJU 碳酸钙 22.9 57.7 33.5 76.0 72.4 76.9 82.3

磷酸钙 0.0 64.4 76.0 9.0 8.0 39.0 0.0

50 NJU 碳酸钙 39.1 66.3 33.6 75.9 69.9 74.8 81.5

磷酸钙 0.0 52.7 66.5 6.7 9.1 29.3 0.0

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8 9

93.3 83.0

93.2 63.8

85.9 79.4

90.0 63.0

81.7 72.0

87.1 57.3

72.6 68.6

78.3 57.0

3.3 水中的离子对阻垢效果的影响

近年来，不同类型的水处理剂和配方不断涌现，为了最大限度地发挥水处理剂的作用，了解和研究水处理剂的适用条件和作用机理尤为重要。不少从事水处理技术研究和应用的技术人员对聚磷酸盐、有机磷酸盐和羧酸类聚合物等阻垢分散剂作过较为深入的研究犤1-3犦，对这些阻垢分散剂的正确使用和新型阻垢分散剂的开发起到了促进作用。但是，对阻垢剂和复合缓蚀阻垢剂在使用中对阻碳酸钙和磷酸钙的阻垢分散性能影响因素尚缺少系统的研究，表现出同一种药剂在不同的循环水系统或在同一个循环水系统不同的时期处理效果相差甚远。为解释水处理剂在实际使用中出现的一些异常现象，正确掌握水处理剂的使用条件，有必要对目前常规使用的几种典型的水处理剂的影响因素作较为系统的研究。

3.3.1铁离子对阻垢分散效果的影响

循环水中常因金属腐蚀使铁离子浓度增加，特别是使用强腐蚀性水质的循环水系统和有泄漏的循环水系统时，有时铁离子浓度高达5mg/L。铁离子对不同类型的阻垢剂阻垢效果影响如表3-4所示。表3-4所示表明：铁离子除对第4、9类阻垢剂阻垢效果影响较小外，对其它七类阻垢剂阻碳酸钙垢影响较大。且随着铁离子浓度的增加，阻碳酸钙垢的效果大幅下降。铁离子对所有9类阻垢剂阻磷酸钙垢效果影响巨大，随着铁离子浓度的增加，阻磷酸钙垢的效果大幅度下降。这些结果说明，铁离子对阻垢剂的阻垢分散效果是一种十分有害的离子，在实际生产中应控制在1.0 mg/L以下。

表3-4 不同铁离子浓度下阻垢剂的分散效果

不同铁离子浓度下阻垢剂的阻垢率%

药剂 类型 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 mg/L 碳酸钙 16.8 55.1 39.0 78.2 85.7 85.9 83.7 93.3 83.0

磷酸钙 1.2 90.7 100.0 4.4 9.1 38.6 3.3 93.2 63.8

1 mg/L 碳酸钙 16.3 31.5 34.5 78.0 76.4 76.3 71.6 91.8 77.0

磷酸钙 0.0 0.0 93.2 4.7 5.9 38.0 3.6 87.7 63.0

3 mg/L 碳酸钙 2.4 21.0 25.6 78.7 69.3 44.6 67.0 89.5 68.7

磷酸钙 0.0 0.0 92.6 5.9 4.0 32.5 4.1 87.4 59.9

5 mg/L 碳酸钙 3.0 8.0 24.1 75.6 67.8 37.7 65.3 87.6 51.7

磷酸钙 0.0 0.0 4.0 6.1 5.0 23.1 0.0 66.8 49.8

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3.3.2钙离子对阻垢分散效果的影响

图3-1 钙离子对阻垢分散效果的影响

人们在水处理实践中发现，水中钙离子浓度对阻垢分散剂的效果影响巨大，工业循环冷却水处理随着钙离子浓度的增加，药剂阻垢率在逐步下降!阻垢剂与钙形成了稳定的络合物，且两者的络合还具有增溶作用，可减少离子与阴离子的接触，从而起到了防垢作用。水中钙硬和碱度对阻垢分散剂的效果影响巨大。图是钙离子对药剂的阻垢分散效果影响结果!由图可以很清楚地看出，随着钙离子浓度的增加，药剂阻垢率在逐步下降!当钙离子浓度增加时时，阻垢率下降较缓慢，且都在以上，这是因为阻垢剂与钙形成了稳定的络合物，且两者的络合还具有增溶作用，可减少钙离子与阴离子的接触，从而起到了防垢作用。当钙离子浓度继续升高直至140时，阻垢率快速下降了导致阻垢率下降的原因可能是： 阻垢剂可与形成螯合物，而不同浓度溶液中加入的阻垢剂量是一样的，随着体系中钙离子浓度的增加，溶液里游离态的会越来越多，就比较容易形成)沉淀，影响阻垢效果!

3.3.3碱度对阻垢分散效果的影响

在水浴中恒温，逐步增大体系的碱度对药剂阻垢性能进行测定，结果如图所示!

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