近年來，不同類型的水處理劑和配方不斷涌現(xiàn)，為了最大限度地發(fā)揮水處理劑的作用，了解和研究水處理劑的適用條件和作用機(jī)理尤為重要。不少從事水處理技術(shù)研究和應(yīng)用的技術(shù)人員對(duì)聚磷酸鹽、有機(jī)磷酸鹽和羧酸類聚合物等阻垢分散劑作過較為深入的研究，對(duì)這些阻垢分散劑的正確使用和新型阻垢分散劑的開發(fā)起到了促進(jìn)作用。但是，對(duì)阻垢劑和復(fù)合緩蝕阻垢劑在使用中對(duì)阻碳酸鈣和磷酸鈣的阻垢分散性能影響因素尚缺少系統(tǒng)的研究，表現(xiàn)出同一種藥劑在不同的循環(huán)水系統(tǒng)或在同一個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)不同的時(shí)期處理效果相差甚遠(yuǎn)。為解釋水處理劑在實(shí)際使用中出現(xiàn)的一些異?，F(xiàn)象，正確掌握水處理劑的使用條件，有必要對(duì)目前常規(guī)使用的幾種典型的水處理劑的影響因素作較為系統(tǒng)的研究。

本文通過核磁共振儀(NMR)儀對(duì)國內(nèi)外在中國使用的9種典型的水處理劑的主要成分進(jìn)行分析，由主要成分確定藥劑類型；用靜態(tài)阻垢試驗(yàn)方法研究藥劑濃度、濁度、鐵離子、鈣硬和堿度以及殺菌劑等因素對(duì)這些藥劑阻垢分散性能的影響，發(fā)現(xiàn)上述5個(gè)主要影響因素對(duì)不同類型藥劑的阻垢分散性能影響是不大相同的。

1、試驗(yàn)方法

1.1  水質(zhì)與藥劑

水質(zhì)：自來水鈣硬100mg/L，堿度135mg/L)。
藥劑：水處理劑全部取自循環(huán)水現(xiàn)場(chǎng)。

1.2　試驗(yàn)方法

分析方法：試驗(yàn)用水處理劑的主要成分分析采用瑞士Buuk公司生產(chǎn)的300M核磁共振儀(NMR)。
阻垢方法：阻碳酸鈣垢按照中石化《冷卻水分析和試驗(yàn)方法》中的401法。
阻磷酸鈣垢按照中石化《冷卻水分析和試驗(yàn)方法》中的402法。

2、阻垢分散劑的分類

對(duì)取自現(xiàn)場(chǎng)的35個(gè)國內(nèi)外水處理劑樣品，首先進(jìn)行理化指標(biāo)分析，進(jìn)行初步分類，再用核磁共振和離子色譜對(duì)主要成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定，歸結(jié)為9種類型具體如表1所示。第1類至第3類為共聚物型阻垢分散劑，第4類至第9類均為復(fù)合型緩蝕阻垢劑；進(jìn)一步比較可以看出，第4類至第6類主要成分是單元高分子聚合物，第7類至第9類均含多元高分子共聚物。

3、阻垢分散效果的影響因素

3.1  藥劑濃度的影響

藥劑濃度是影響效果的主要因素之一。表2是藥劑在各自推薦藥劑濃度范圍的阻垢分散效果。結(jié)果表明：9種不同類型藥劑在３個(gè)濃度條件下對(duì)碳酸鈣均有阻垢效果。在相同濃度下，復(fù)合劑的阻垢率大于單劑的阻垢率，主要是復(fù)合劑中的其它組分和聚合物之間存在協(xié)同作用。在一般條件下，HEDP與聚合物存在明顯的協(xié)同效果。對(duì)聚合物單劑，含羥磺酸基團(tuán)的阻垢效果優(yōu)于其它類型效果，主要是因聚合物中的磺酸基團(tuán)是強(qiáng)極性基團(tuán)，有較強(qiáng)的分散作用。但對(duì)阻磷酸鈣的情況與阻碳酸鈣明顯不同，1、4和7三類幾乎沒有阻磷酸鈣的作用，其它六類在低濃度下阻垢效果很差，隨濃度升高，阻垢效果明顯增加，如第2、3、8和9四類。這種現(xiàn)象說明阻磷酸鈣的作用機(jī)理與阻碳酸鈣的作用機(jī)理是不相同的。王京等認(rèn)為：阻垢劑對(duì)阻碳酸鈣垢主要靠增溶和致畸，使碳酸鈣不易形成晶體和晶體增大。但對(duì)阻磷酸鈣不同，由于磷酸鈣溶度積極小，極易形成晶體，阻垢劑對(duì)磷酸鈣的增溶作用微不足道，只有那些能夠分散已經(jīng)形成晶體的阻垢分散劑，才能顯示阻止磷酸鈣形成水垢的作用，因此，對(duì)磷酸鈣起作用主要靠藥劑的分散能力。在一般條件下，含羥基、磺酸基的聚合物有較好的分散作用，因而表現(xiàn)出較好的阻磷酸鈣的效果。

表2  不同類型藥劑在不同濃度下的陰垢率  %

3.2  濁度的影響

表3是濁度對(duì)9類藥劑阻碳酸鈣垢和阻磷酸鈣垢效果影響的結(jié)果。表3數(shù)據(jù)說明，濁度對(duì)第3、4、和7三類藥劑的阻碳酸鈣垢效果基本無影響，對(duì)第5、6、8和9四類藥劑阻碳酸鈣垢效果有負(fù)面影響，且隨濁度增加，這些藥劑阻碳酸鈣垢效果下降，但對(duì)第1和2兩類藥劑阻碳酸鈣垢效果有增效作用，隨濁度升高阻碳酸鈣垢效果有所增加。比較這些差異可以看出，單劑的阻碳酸鈣垢效果受濁度的影響較小，多數(shù)復(fù)合劑阻碳酸鈣垢效果受濁度的影響較大；濁度對(duì)阻磷酸鈣垢效果的影響大于阻碳酸鈣垢效果，如第2、3、8和9四類藥劑，阻磷酸鈣垢效果隨濁度的增加而大幅度下降，在使用時(shí)應(yīng)控制循環(huán)水的濁度在10mg/L以內(nèi)。這個(gè)現(xiàn)象也說明藥劑的阻碳酸鈣主要是增溶和致畸作用，阻磷酸鈣垢主要是分散作用。

表3 不同濁度下藥劑的阻垢分散效果

3.3  鐵離子的影響

循環(huán)水中常常因金屬腐蝕使鐵離子濃度增加，特別是使用強(qiáng)腐蝕性水質(zhì)的循環(huán)水系統(tǒng)和有物料泄漏系統(tǒng)，鐵離子濃度有時(shí)高達(dá)5mg/L。鐵離子對(duì)不同類型藥劑的阻垢分散效果如表4所示。表4數(shù)據(jù)表明：鐵離子除對(duì)第4和9兩類藥劑阻碳酸鈣垢效果的影響很小外，對(duì)其它七類藥劑阻碳酸鈣垢的影響巨大，且隨鐵離子濃度增加，阻碳酸鈣垢效果大幅度下降；鐵離子對(duì)所有的九類藥劑的阻磷酸鈣垢均有巨大影響，隨鐵離子濃度增加，阻磷酸鈣垢的效果大幅度下降。這些結(jié)果說明循環(huán)水中鐵離子對(duì)阻垢分散作用是一種十分有害的離子，在使用中應(yīng)盡可能控制鐵離子濃度小于1mg/L。
表4 鐵離子對(duì)藥劑的阻垢分散效果的影響

3.4　鈣硬和堿度的影響

人們?cè)谒幚韺?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，水中鈣硬和堿度對(duì)阻垢分散劑的效果影響巨大。表5是鈣硬和堿度對(duì)不同類型藥劑的阻垢分散效果影響結(jié)果。表5結(jié)果很清楚地表明，水中鈣硬和堿度對(duì)各類藥劑的阻碳酸鈣垢效果影響很大。隨鈣硬和堿度的增加，阻垢率下降，但影響程度是不相同的。對(duì)前四類藥劑阻碳酸鈣垢效果的影響較大，說明這四類藥劑不宜在較高鈣硬和堿度的水中使用。對(duì)后四類藥劑的阻碳酸鈣垢效果影響較小，說明這四類藥劑可以在高硬度和堿度水中使用。

表5  鈣硬和堿度對(duì)不同類型藥劑阻垢分散效果的影響   %

說明:A水硬度和堿度分別為100mg/L和135mg/L;B水硬度和堿度分別為150mg/L和203mg/L;C水硬度和堿度分別為200mg/L和270mg/L;D水硬度和堿度分別為250mg/L和250mg/L。與阻碳酸鈣相比，水中鈣硬和堿度對(duì)藥劑阻磷酸鈣垢效果的影響更大。如除對(duì)第8和9兩類藥劑阻磷酸鈣垢效果影響相對(duì)較小外，對(duì)其它七類藥劑，當(dāng)鈣硬和堿度增加1倍，這些藥劑對(duì)磷酸鈣垢幾乎完全失去阻垢作用。

3.5  殺菌劑的影響

殺菌劑對(duì)緩蝕阻垢劑阻碳酸鈣和阻磷酸鈣的影響如表6所示。

表6  殺菌劑對(duì)藥劑阻垢分散效果的影響 %

殺菌劑1對(duì)第3、5和9三類藥劑的阻碳酸鈣有明顯的負(fù)面影響，對(duì)其它六類藥劑影響很小；對(duì)第2和3兩類藥劑的阻磷酸鈣有明顯的負(fù)面影響，但對(duì)其它七類藥劑有增效作用，隨殺菌劑1的加入，阻磷酸鈣效果增加。

殺菌劑2對(duì)第2、4、5、8和9五類藥劑阻碳酸鈣有負(fù)面作用，對(duì)其它四類藥劑的阻碳酸鈣均有增效作用；對(duì)第1類藥劑阻磷酸鈣有增效作用，但對(duì)其它八類藥均有很大的負(fù)面作用，隨殺菌劑2的加入，藥劑的阻垢分散作用明顯下降。

殺菌劑3除對(duì)第6類藥劑阻碳酸鈣作用無影響外，對(duì)其它八類藥劑阻碳鈣作用均有不同程度的影響；對(duì)藥劑阻磷酸鈣作用的影響與阻碳酸鈣不同，除對(duì)第1、2類藥劑阻磷酸鈣作用稍有負(fù)面影響外，對(duì)其它七類藥劑的阻磷酸鈣均有大幅度的增效作用。

殺菌劑4除對(duì)第1和9兩類藥劑阻碳酸鈣有明顯的負(fù)面作用外，對(duì)其它七類藥劑的阻碳酸鈣影響較??；除對(duì)第3和9兩類藥劑阻磷酸鈣有負(fù)面作用外，對(duì)其它七類均有較大的增效作用。從這些現(xiàn)象可以看出，不同類型的殺菌劑對(duì)不同類型的藥劑效果影響是不相同的，但總體上看，殺菌劑對(duì)阻磷酸鈣的影響大于碳酸鈣。

4、結(jié)論

藥劑自身濃度是顯著影響阻垢分散效果的因素之一。對(duì)阻碳酸鈣的影響與阻磷酸鈣不同，對(duì)阻磷酸鈣存在最低濃度，只有藥劑的濃度超過這個(gè)最低濃度，藥劑才有阻磷酸鈣的作用。

濁度對(duì)藥劑阻垢分散效果均有不同程度的影響，但對(duì)阻磷酸鈣的影響更大，隨濁度增加，阻磷酸鈣的效果大幅度下降。

鐵離子對(duì)藥劑阻垢分散作用影響明顯，無論是對(duì)阻碳酸鈣還是阻磷酸鈣，都是隨鐵離子濃度的增加，阻垢分散效果下降。

鈣硬和堿度對(duì)藥劑阻碳酸鈣和阻磷酸鈣作用影響巨大，隨鈣硬和堿度的增加，阻垢分散效果下降。

殺菌劑對(duì)不同藥劑的阻垢分散效果有不同的影響，氧化型殺菌劑對(duì)多數(shù)藥劑的阻磷酸鈣有增效作用，非氧化型殺菌劑對(duì)不同類型藥劑的影響視藥劑類型而定，有增效作用，也有對(duì)抗作用。