在工业污水处理中阻垢剂的使用是用化学方法和物理方法去除水中杂质的过程, 工业水通常包含冷却水和锅炉用水, 研制阻垢剂处理工业水中的杂质。重复运用循环冷却水可以具体提高工业用水的使用效率, 但是重复运用循环水会出现盐积累的问题, 盐的积累会污染和腐蚀换热设备, 降低传热效率, 提高设备维护成本, 存在一定的安全隐患。物理除垢和化学除垢是常用的除垢方法。物理除垢法是运用机械方法除去污垢的过程。化学除垢法是使用化学方法去除污垢, 预防生垢的过程。包含阻垢剂法、离子交换法、石灰软化法等。阻垢剂法是向工业水中加入阻垢剂去除污垢的过程, 阻垢剂法的优点有操作简单、设备简洁、成本低廉低等, 目前在生产中运用广泛。

阻垢剂的阻垢原理是凝聚和分散的机理、络合和增溶的机理、晶格畸变的机理。络合增溶应用在中低硬度水之中, 凝聚分散用于高硬度水, 晶格畸变用于高硬度高垢水。

1、凝聚分散

阴离子阻垢剂在水中分解成大量的阴离子, 阴离子和CaCO₃晶体相撞时, 产生反应物理化学, 并且CaCO₃晶体的表面形成双电层同时带负电。大部分的污垢也带负电, 遇到CaCO₃微晶会产生互斥现象, 污垢晶粒在水中处于悬浮状态。阻垢剂以链状结构的形式存在于水中, 吸附相同种类电荷的微晶, 并且相同种类的电荷产生排斥力。在水中形成较小的晶体, CaCO₃微晶稳定存在于水中。凝聚分散类阻垢剂包括聚丙烯阻垢剂、有机磷酸钾类阻垢剂。聚丙烯类阻垢剂在金属表面形成薄膜, 膜和晶体结合后在水中沉淀。膜的厚度达到一定数值时就会发生破裂, 破裂后将膜上的污垢一起带走。膜不断破裂、形成, 在水中形成相对稳定的环境。有机磷酸阻垢剂是通过在生长核附近聚集阻垢剂而形成的扩散层, 并且构建双电层以阻碍离子结垢形成和分子聚集。

2、晶格畸变

晶格畸变是阻垢剂官能团与金属离子产生螯合反应。在晶格生长期间, 阻垢剂离子分布在晶格中, 晶格变形, 晶体内的应力变大。晶体破裂, 阻碍了污垢的生长, 将CaCO₃污垢变成软垢, 随着水流冲走, 阻碍污垢继续生长。晶格畸变类的阻垢剂是有机磷酸阻垢剂。向水中加入有机磷酸阻垢剂, 有机磷酸被CaCO₃晶体的增长点吸附, 有机磷酸和钙离子反应形成螯合物, 改变了晶体的生长方向, 导致晶体生长扭曲, 抑制晶体不断生长, 抑制污垢的形成, 减少水中污垢的含量。

3、络合增溶

络合增溶的工作原理是阻垢剂与Mg²⁺、Ca²⁺形成螯合物并溶于水中, 增加水内Mg²⁺、Ca²⁺的含量, 增加了水中CaCO₃的溶解度, 水中污垢的沉积降低。络合增溶阻垢剂包含一些有机磷酸盐阻垢剂、亚硝酸盐阻垢剂。一些磷酸盐阻垢剂不仅与Mg²⁺、Ca²⁺形成稳定的络合物, 与CaCO₃晶体中的Ca²⁺也形成稳定的络合物, 阻碍其他CaCO₃晶体排列在晶体中。亚硝酸盐类除垢剂络合增溶的效果非常显著, 但是亚硝酸盐类阻垢剂本身具有一定的毒性, 含有人体致癌成分, 目前已经禁止使用。

工业用水中使用阻垢剂, 应先考虑水质条件, 选择合适的功能基团, 再选择合适的阻垢剂。绿色环保类阻垢剂和功能全面的阻垢剂是未来的发展方向, 使用阻垢剂时在保证环保的同时, 还要具备灭菌、阻垢、抗腐蚀等功效。进一步研究成本低廉、环保能力强的符合阻垢剂, 符合社会发展的需求。

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