CN102010076A - 海水淡化一级反渗透产水中的低磷缓蚀剂 - Google Patents

Abstract

一种海水淡化一级反渗透产水中的低磷缓蚀剂，其配方为硅酸钠(以SiO₂计)3-10mg/L，六偏磷酸钠5-15mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)2-4mg/L，苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑2-4mg/L，氢氧化钠60-100mg/L。本发明缓蚀剂能使碳钢、紫铜等火电厂常用的金属材质在动态海水淡化一级反渗透产水中的腐蚀速率分别由1.14007mm/a以及0.06173mm/a下降至小于0.02067mm/a以及0.00536mm/a，对两种材质的缓蚀率分别大于98%、91%，极大的缓解了一级反渗透产水对其的腐蚀作用，并完全抑制了金属表面点蚀的产生，从而大大延长了管道、设备的使用寿命，且对环境几乎无危害，后续处理简单。

Description

海水淡化一级反渗透产水中的低磷缓蚀剂

技术领域

本发明涉及一种海水淡化一级反渗透产水中的低磷缓蚀剂，属于海水淡化技术领域。

背景技术

随着水资源的日益紧张以及反渗透技术的发展，利用反渗透技术从海水中获取淡水已经在世界各国中得到了广泛应用。由于采用一级反渗透即能除去海水中99％的盐分，使产水含盐量接近于天然淡水，从而获得具有使用价值的淡水，方法经济可靠，因此，一级反渗透技术已经成为了解决沿海地区供水问题的主要途径。火力发电厂作为用水大户，每年因设备冷却、冲洗等用途需耗费大量的淡水。随着水资源紧缺问题的日益突出，国家对火电厂用水的限制也愈加严格，对于沿海地区新建电厂，均要求利用海水淡化技术从海水中制取生产用水。因此，现阶段，沿海地区新建的电厂均建有反渗透设备，而一些已建成但没有反渗透的电厂也在逐渐的增加反渗透除盐装置。

与此同时，海水淡化一级反渗透产水中金属材质的腐蚀问题也变得日益突出，许多火电厂海水淡化一级反渗透工程的配水管网有严重的腐蚀现象，经长距离输送后出水呈棕黄色，管内有大量腐蚀产物，这不仅严重影响供水水质，而且将直接威胁着配水管网的安全，甚至将威胁着整个电厂的正常高效运行。

目前，国内外主要采用投加氢氧化钠等碱化剂调节pH值或者投加钙、镁、碳酸根离子等方法来减缓海水淡化一级反渗透产水对金属材质的腐蚀作用，不仅基建、运行费用高，效果不佳，而且向海水淡化一级反渗透产水中引入了大量的硬度离子后，会使后续管路中存在着结垢趋势，不适宜在火电厂中推广应用。当前，也有学者(刘光洲，王海涛，等，一种海水淡化一级反渗透水的缓蚀剂，公布号：CN101705489.A)借鉴于循环冷却水运行经验，采用高磷酸盐的缓蚀剂配方来减缓碳钢在一级反渗透水中的腐蚀性，取得了一定的效果，但该种配方中的高浓度磷酸盐不仅易引起富营养化等环境问题，而且因配方中的聚磷酸盐对铜及铜合金有侵蚀性，会腐蚀与碳钢材质同时存在于配水管路中的紫铜等铜合金；并且，该类配方易变色，使加有缓蚀剂的溶液易呈现浅黄色，视觉效果不佳；更为重要的是，该类配方仅仅依靠缓蚀剂进行成膜保护，动态挂片结果表明在氯离子含量很高的水体中无法完全抑制金属局部表面的点蚀发生，挂片后碳钢表面存在着明显的点蚀现象。因此，探索一种高效、环保、稳定、保护范围更广的缓蚀方法，对火电厂配水管路中碳钢、紫铜等材质均能进行有效的保护，具有重大的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供海水淡化一级反渗透产水中的低磷缓蚀剂，使海水淡化一级反渗透产水中碳钢、紫铜等常用金属材质具有很好缓蚀效果，同时对环境不产生污染。

为达到上述效果，本发明采用常用、无毒的缓蚀剂作为配比成分，根据药剂之间的协调作用，进行复配实验，以降低缓蚀剂用量及增加缓蚀效果。考虑一级反渗透产水不仅含有大量的氯离子，而且在现场运行条件下一般有一定流速且溶有大量的溶解氧，故采用对氯离子、溶氧、流速等具有良好适应性的硅酸钠、六偏磷酸钠、硫酸锌等缓蚀剂参与复配；为扩大缓蚀剂对不同金属材质的保护能力并解决缓蚀剂变色问题，选择在缓蚀剂配方中加入苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑；为进一步提高缓蚀效果，特别是减小点蚀发生的可能，加入碱来提高溶液pH值，从而抑制点蚀。因此选择进行复配的缓蚀剂成分包括：硅酸钠、六偏磷酸钠、硫酸锌、苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑、氢氧化钠。经实验优化选择后得到的缓蚀剂配方如下：

硅酸钠(以SiO₂计)3-10mg/L，六偏磷酸钠5-15mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)2-4mg/L，苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑2-4mg/L，氢氧化钠60-100mg/L。

上述配方中，氢氧化钠60-100mg/L可用弱碱200-400mg/L代替，所述弱碱可以为碳酸钠、乙醇胺或环己胺。

实验采用旋转挂片仪进行挂片，以失重法衡量缓蚀效果。模拟流速为1m/s，经96h旋转挂片仪挂片后，以失重法分别测量出加入缓蚀剂前后的一级反渗透产水中碳钢、紫铜的腐蚀速度，并由此计算出缓蚀率。本发明从上述配方中，选择十八组具体组成做实验，结果见表1。腐蚀速率计算公式见式(1)，缓蚀速率计算公式见式(2)。

$V=\frac{8.76*(W_0-W_1)}{\mathrm{\ρ}*S*t}---\left(1\right)$

式中，V表示采用平均厚度变化指标表示的金属的平均腐蚀速度，单位mm/a；W₀表示试样原始质量，单位g；W₁表示试样清除腐蚀产物后的质量，单位g；ρ表示金属材料的密度，单位g/cm³；S表示试样的表面积，单位m²；t表示腐蚀时间，单位h。

$\mathrm{\η}=\frac{V_0-V}{V_0}---\left(2\right)$

式中，V和V₀分别表示金属在有缓蚀剂和无缓蚀剂条件下的腐蚀速率，单位mm/a。

表1加入缓蚀剂前后的海水淡化一级反渗透产水中碳钢、紫铜的腐蚀速度及缓蚀率

本发明能够使碳钢、紫铜等火电厂配水管网中常用的金属材质在动态海水淡化一级反渗透产水中的腐蚀速率分别由1.14007mm/a以及0.06173mm/a下降至小于0.02067mm/a以及0.00536mm/a，对两种材质的缓蚀率分别大于98.19％、91.32％。通过加入碱来提高溶液pH值，抑制了点蚀的产生，动态模拟挂片后碳钢表面无点蚀现象；同时由于加入苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑，对紫铜也有了很好的保护，从而极大的缓解了一级反渗透产水对管道的腐蚀作用，大大延长了管道、设备的使用寿命；并且，因为配方中磷酸盐、锌盐等限制性排放物质含量很低，对环境几乎无害，废水处理过程简单。同时，由于加入苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑，加有缓蚀剂的溶液一直保持清澈，无变色现象。

具体实施方式

该药剂的现场使用方法为：将硅酸钠、六偏磷酸钠、苯并三氮唑分别配制为1wt％-10wt％的浓溶液，用一加药泵按照一级反渗透水流量及药剂含量进行添加；将硫酸锌配制成10wt％左右的浓溶液，用另一加药泵按照一级反渗透水流量及药剂含量进行添加，以避免过高pH条件下锌离子沉淀；将氢氧化钠配制成10wt％左右的浓溶液，用一加药泵按照一级反渗透水流量及药剂含量进行添加。

下面通过实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)3mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，苯并三氮唑3mg/L，氢氧化钠80mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例2：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)10mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，苯并三氮唑3mg/L，氢氧化钠80mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例3：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)6mg/L，六偏磷酸钠5mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，苯并三氮唑3mg/L，氢氧化钠80mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例4：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)6mg/L，六偏磷酸钠15mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，苯并三氮唑3mg/L，氢氧化钠80mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例5：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)6mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)2mg/L，苯并三氮唑3mg/L，氢氧化钠80mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例6：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)6mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)4mg/L，苯并三氮唑3mg/L，氢氧化钠80mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例7：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)6mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，苯并三氮唑2mg/L，氢氧化钠80mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例8：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)6mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，苯并三氮唑4mg/L，氢氧化钠80mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例9：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)6mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，甲基苯并三氮唑2mg/L，氢氧化钠80mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例10：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)6mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，甲基苯并三氮唑4mg/L，氢氧化钠80mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例11：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)6mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，苯并三氮唑3mg/L，氢氧化钠60mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例12：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)6mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，苯并三氮唑3mg/L，氢氧化钠100mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例13：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)6mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，苯并三氮唑3mg/L，碳酸钠200mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例14：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)6mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，苯并三氮唑3mg/L，碳酸钠400mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例15：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)6mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，苯并三氮唑3mg/L，乙醇胺200mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例16：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)6mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，苯并三氮唑3mg/L，乙醇胺400mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例17：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)6mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，苯并三氮唑3mg/L，环己胺200mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例18：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)6mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，苯并三氮唑3mg/L，环己胺400mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

表2碳钢、紫铜在上述18个实施例中腐蚀速度及缓蚀率

Claims (4)

1.一种海水淡化一级反渗透产水中的低磷缓蚀剂，其特征在于配方如下：

硅酸钠（以SiO₂计）3-10mg/L，六偏磷酸钠5-15 mg/L，硫酸锌（以Zn²⁺计）2-4 mg/L，苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑2-4 mg/L，氢氧化钠60-100 mg/L。

2.如权利要求1所述的缓蚀剂，其特征在于缓蚀剂的配方如下：

硅酸钠（以SiO₂计）6mg/L，六偏磷酸钠10mg/L，硫酸锌（以Zn²⁺计）3mg/L，苯并三氮唑3 mg/L，氢氧化钠60mg/L。

3.一种海水淡化一级反渗透产水中的低磷缓蚀剂，其特征在于配方如下：

硅酸钠（以SiO₂计）3-10mg/L，六偏磷酸钠5-15 mg/L，硫酸锌（以Zn²⁺计）2-4 mg/L，苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑2-4 mg/L，弱碱200-400mg/L。

4.如权利要求3所述的缓蚀剂，其特征在于所述弱碱为碳酸钠、乙醇胺或环已胺。