軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)采用軟化水循環(huán)，水的硬度低，在運(yùn)行過(guò)程中，換熱器表面不會(huì)形成水垢，這就從根本上避免了換熱器表面結(jié)垢現(xiàn)象，但是由于沒(méi)有垢層保護(hù)，腐蝕加重。另外密閉循環(huán)水中氧氣不易析出，循環(huán)水溫度高，加重了溶解氧的氧濃差極化腐蝕。所以軟水閉路循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中必須投加專用的軟水緩蝕劑，才能保證換熱設(shè)備不被腐蝕。目前常用的緩蝕劑有磷酸鹽系列和氧化性緩蝕劑兩類。磷酸鹽系列緩蝕劑磷含量高，易引起水體富營(yíng)養(yǎng)化;而氧化性緩蝕劑一般對(duì)人體和環(huán)境有害，用量大，其使用范圍受到限制。

　　隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，“綠色化學(xué)”及其技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為環(huán)境保護(hù)和防止污染的重要方面�！熬G色藥劑”的概念已被提出并成為21世紀(jì)水處理劑的發(fā)展方向[1, 2, 3, 4]。筆者根據(jù)綠色化學(xué)原理和觀點(diǎn)，圍繞性能、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)三大方面，開(kāi)發(fā)了一種不含磷、環(huán)境相容性好、生產(chǎn)成本低的新型軟水緩蝕劑。

　　1 實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1 實(shí)驗(yàn)水樣水質(zhì)

　　實(shí)驗(yàn)水樣為邯鄲市永洋鋼鐵公司去離子軟化水，其pH=8.75、鈣硬度23.64 mg/L、鎂硬度17.82 mg/L、總堿度187.15 mg/L、氯離子39.5 mg/L、電導(dǎo)率542 μS/cm。

　　1.2 試劑與儀器

　　葡萄糖酸鈉、苯甲酸鈉、氫氧化鈉、EDTA等為分析純，聚天冬氨酸、PASP接枝產(chǎn)物、苯并三氮唑、丙烯酸共聚物、互豐公司以鎢酸鹽為主的軟水緩蝕劑HF-97、武漢某鋼鐵公司以亞硝酸鹽為主的軟水緩蝕劑W655等為工業(yè)品。

　　JA-4103型電子天平，上海天平儀器廠;THZ-82氣浴恒溫振蕩器，常州諾基儀器有限公司;724型分光光度計(jì)，上海光學(xué)儀器廠;RCC-I型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)儀，高郵市新郵儀器廠;CHI660B型電化學(xué)工作站，上海辰華儀器公司;碳鋼、銅和不銹鋼試片(50 mm×25 mm×2 mm)，高郵市新郵儀器廠。

　　1.3 緩蝕性能的評(píng)價(jià)方法

　　1.3.1 旋轉(zhuǎn)掛片實(shí)驗(yàn)法

　　旋轉(zhuǎn)掛片實(shí)驗(yàn)根據(jù)《水處理劑緩蝕性能的測(cè)定 旋轉(zhuǎn)掛片法》(GB/T 18175—2014)來(lái)進(jìn)行。所用實(shí)驗(yàn)儀器為RCC-I型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)儀，試片分別為A3型碳鋼片、304型不銹鋼片、H62型黃銅片，所用實(shí)驗(yàn)水為河北省邯鄲市永洋鋼鐵公司生產(chǎn)性軟水，實(shí)驗(yàn)溫度(45±1) ℃，轉(zhuǎn)速75 r/min，時(shí)間72 h[5]，并分別按式(1)、式(2)計(jì)算腐蝕率和緩蝕率。

　　式中：W0——試驗(yàn)前試片的質(zhì)量，g;

　　W——試驗(yàn)后試片的質(zhì)量，g;

　　A——試片表面積，28 cm2;

　　D——試片密度，g/cm3;

　　t——試驗(yàn)時(shí)間，72 h。

　　1.3.2 電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)

　　電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)采用常規(guī)三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑電極，工作電極為A3碳鋼。為了盡量減小實(shí)驗(yàn)時(shí)的溶液電阻，安裝裝置時(shí)盡量使鹽橋尖嘴部位與工作電極接近。且為了減少環(huán)境噪聲等對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，在實(shí)驗(yàn)時(shí)三電極測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)一直放置在屏蔽箱中。

　　測(cè)量極化曲線，采用動(dòng)電位掃描方法，極化掃描速率為1 mV/s，掃描范圍為±300 mV。實(shí)驗(yàn)前，工作電極用800#～1 200#砂紙逐級(jí)打磨，再用蒸餾水與丙酮清洗，風(fēng)干后于軟水中浸泡30 min后進(jìn)行測(cè)試。

　　1.4 軟水緩蝕劑的制備

　　聚天冬氨酸是一種從原料制備過(guò)程到最終產(chǎn)品均對(duì)環(huán)境和人體無(wú)害的可生物降解的綠色環(huán)保型水處理劑[6]，其接枝產(chǎn)物緩蝕性能較聚天冬氨酸有一定提高，屬于可生物降解物質(zhì)。但其單獨(dú)用于軟水中的緩蝕效果并不理想，因此需要進(jìn)行復(fù)配使用。經(jīng)過(guò)查閱文獻(xiàn)及大量掛片試驗(yàn)結(jié)果，選定了藥劑成分為葡萄糖酸鈉、苯甲酸鈉、分散劑、苯并三氮唑、聚天冬氨酸接枝產(chǎn)物，依次按質(zhì)量比為25∶14∶6∶2∶18進(jìn)行復(fù)配，可制得軟水緩蝕劑SWT-305。

　　1.5 生物降解性的測(cè)定

　　加入一定濃度待測(cè)藥劑的營(yíng)養(yǎng)液500 mL于錐形瓶中，然后接入土壤菌懸液1 mL，在室溫20 ℃的環(huán)境下，在搖床上振蕩28 d，在第1天、第7天、第14天、第21天、第28天分別測(cè)定反應(yīng)液的COD[7]，并按式(3)計(jì)算降解率。

 　　式中：Ct——t時(shí)刻含有受試物接種反應(yīng)液中的COD， mg/L;

　　Cbt——t時(shí)刻空白對(duì)照中的COD，mg/L;

　　C0——含有受試物的接種反應(yīng)液中的初始 COD， mg/L;

　　Cb0——空白對(duì)照中的初始COD，mg/L。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 軟水緩蝕劑的緩蝕性能研究

　　2.1.1緩蝕率與加藥量的關(guān)系

　　確定軟水緩蝕劑的配方后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)掛片實(shí)驗(yàn)測(cè)定軟水緩蝕劑SWT-305對(duì)A3碳鋼的緩蝕率與其加藥量的關(guān)系，結(jié)果見(jiàn)圖1。

 圖1 不同加藥量時(shí)的緩蝕率

　　由圖1可以看出，隨著加藥質(zhì)量濃度的增加，緩蝕率不斷升高，當(dāng)藥劑投加質(zhì)量濃度小于65 mg/L時(shí)，其緩蝕率較低，但緩蝕率隨著加藥量的增加而明顯增大。當(dāng)投加質(zhì)量濃度為65 mg/L時(shí)，緩蝕率可以達(dá)到99.47%，計(jì)算其腐蝕率為0.008 8 mm/a，完全達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。繼續(xù)增加藥量，緩蝕率趨于穩(wěn)定，所以選擇投加質(zhì)量濃度為65 mg/L。

　　2.1.2 緩蝕率與實(shí)驗(yàn)溫度和用量的關(guān)系

　　在不同溫度及藥劑用量下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掛片實(shí)驗(yàn)，SWT-305投加質(zhì)量濃度分別為40、65、90 mg/L時(shí)，碳鋼掛片在35、45、55 ℃下的緩蝕率見(jiàn)表1。

 　　由表2可以看出，在35、45、55 ℃下，緩蝕率隨著軟水緩蝕劑用量的增加而增大;當(dāng)藥劑用量相同時(shí)，緩蝕率隨著實(shí)驗(yàn)溫度的升高而下降。當(dāng)藥劑投加質(zhì)量濃度為65 mg/L時(shí)，35、45、55 ℃下的腐蝕率分別為0.006 5、0.008 8、0.004 14 mm/a，均小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.075 mm/a，說(shuō)明軟水緩蝕劑在不同溫度下對(duì)A3碳鋼均有良好的緩蝕效果，且性能穩(wěn)定。

 　　2.2 軟水緩蝕劑對(duì)不同材質(zhì)的緩蝕效果及與常用緩蝕劑的比較

　　藥劑投加質(zhì)量濃度為65 mg/L，實(shí)驗(yàn)溫度為45 ℃，時(shí)間72 h，通過(guò)旋轉(zhuǎn)掛片實(shí)驗(yàn)測(cè)定SWT-305對(duì)不同材質(zhì)的緩蝕率，結(jié)果見(jiàn)表2。同時(shí)與其他藥劑進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表3。

 　　由表2、表3可以看出，軟水緩蝕劑SWT-305各緩蝕組分之間具有良好的協(xié)同效應(yīng)，對(duì)碳鋼、不銹鋼、銅等金屬材質(zhì)都有良好的緩蝕效果，實(shí)驗(yàn)后的金屬片表面無(wú)點(diǎn)蝕和局部腐蝕現(xiàn)象，其腐蝕率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50050—2007)標(biāo)準(zhǔn)中的要求，即鐵及鐵合金腐蝕率≤0.075 mm/a，銅及銅合金腐蝕率≤0.005 mm/a，不銹鋼及合金腐蝕率≤0.005 mm/a。而與HP-97、W655比較結(jié)果表明，SWT-305緩蝕效果明顯優(yōu)于其他兩種軟水緩蝕劑，說(shuō)明SWT-305緩蝕性能優(yōu)異。

　　2.3 極化曲線法對(duì)軟水緩蝕劑性能的研究

　　極化曲線法是一種簡(jiǎn)便的測(cè)定腐蝕速率的方法。通過(guò)極化曲線法，可以判斷水處理劑的作用類型、兩極Tafel斜率及自腐蝕電流大小等，并且可以通過(guò)計(jì)算得出緩蝕率。利用電化學(xué)工作站對(duì)空白軟水及加入65 mg/L緩蝕劑的軟水體系中的碳鋼進(jìn)行Tafel極化測(cè)試，實(shí)驗(yàn)溫度為30 ℃，結(jié)果見(jiàn)圖2。

 圖2 SWT-305的極化曲線

　　由圖2可以看出，與空白軟水相比，加入緩蝕劑SWT-305后的軟水的極化曲線自腐蝕電位有明顯增大的趨勢(shì)，陰極極化曲線的變化不大，斜率變化不明顯;而陽(yáng)極極化曲線變化較大，斜率變化明顯。這說(shuō)明，SWT-305為陽(yáng)極型緩蝕劑，主要通過(guò)阻止碳鋼表面鐵離子的氧化來(lái)阻止軟水對(duì)金屬的侵蝕。

　　2.4 軟水緩蝕劑的生物降解性能研究

　　根據(jù)生物搖床實(shí)驗(yàn)法和COD法測(cè)定SWT-305的生物降解性能，結(jié)果表明：隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，COD逐漸降低，降解率逐漸增加。在第7天時(shí)，COD降低到了38.21 mg/L，降解率為19.32%，第21天時(shí)，COD降低到了22.18 mg/L，降解率為54.34%，根據(jù)搖床實(shí)驗(yàn)法的生物降解性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可知，SWT-305屬于可生物降解性物質(zhì)。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)論

　　選定聚天冬氨酸接枝產(chǎn)物、苯甲酸鈉、葡萄糖酸鈉、分散劑、苯并三氮唑復(fù)配組成環(huán)保型軟水緩蝕劑。通過(guò)旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕實(shí)驗(yàn)對(duì)軟水緩蝕劑緩蝕性能進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度為45 ℃，緩蝕劑投加質(zhì)量濃度為65 mg/L時(shí)，A3碳鋼的腐蝕率為0.008 8 mm/a，銅的腐蝕率為0.000 3 mm/a，不銹鋼的腐蝕率為0.000 5 mm/a，完全達(dá)到國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

　　電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，SWT-305軟水緩蝕劑屬于抑制陽(yáng)極反應(yīng)為主的緩蝕劑，生物降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，軟水緩蝕劑為可生物降解的環(huán)境友好型產(chǎn)品。