CN105353082B - 一种循环水中铁离子分散剂性能的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于循环水系统的铁离子分散剂的性能评价方法，该方法采用恒温、鼓泡、实时补水等技术模拟循环冷却水系统的工况条件，评价过程中，保持系统温度不变，固定初始实验水量，开启恒速鼓泡装置，测定初始实验水样中铁离子浓度，将待评价分散剂加入到实验水样中，恒温鼓泡5小时后取出实验水，静置1小时后测定实验水上层溶液中铁离子浓度，同时做空白试验，根据公式计算实验前后实验水铁离子的分散率。本发明的方法可以简单、快速、有效地评价铁离子分散剂的性能。
Description
技术领域
本发明属于工业循环水处理技术领域，具体涉及一种适用于循环水系统中铁离子分散剂性能评价的方法。
背景技术
我国是世界上水资源缺乏的国家之一。随着经济的飞速发展，用水量越来越大，很多地区出现了不同程度的水资源不足，节约用水是解决水危机的重要方法。工业冷却用水在我国工业用水中占了相当大的比重，是我国目前和今后工业节水工作的重点，提高工业冷却水的浓缩倍率，使我国工业企业循环冷却水的浓缩倍率普遍达到5倍以上，并逐步实现近零排放，将是今后水处理重要的发展方向。
然而，在不断提高循环水的浓缩倍率的过程中，冷却水中的各种离子也在不断浓缩，而且从冷却塔中带人大量尘土、孢子、溶解氧和细菌，造成水质变坏，给整个冷却水系统带来了严重的腐蚀、结垢、菌藻等问题。
为控制高浓缩倍率的循环冷却水系统的腐蚀、结垢、菌藻等问题，需要不断开发控制腐蚀、结垢、菌藻等问题的技术，为此国家及行业标准出台了相应的标准来评价各类技术的效果好坏，其中腐蚀控制的评价方法有《GB/T 18175-2000水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法》，结垢控制的评价方法有《GB/T 16632-2008水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》、《HG/T 2024-1991水处理剂阻垢性能测定方法鼓泡法》等。然而当系统存在一定的腐蚀时，浓缩倍率越高，系统中的铁离子越高，尤其是现在很多循环冷却水系统采用中水作为循环水系统的补水，中水中的铁离子一般含量较高，在经过多次循环、高倍浓缩后，铁离子在循环冷却水中极易沉积产生大量絮状沉淀，并与系统中其他离子产生共沉淀现象，这给循环冷却水系统带来诸多危害，如增大循环冷却水系统的浊度、引起系统堵塞、导致系统pH值波动等，为使高浓缩倍率的循环冷却水中的铁离子稳定分散，需要添加铁离子分散剂，以使系统中的铁离子能够稳定分散在水体中而不发生沉积，但对铁离子分散剂的性能评价目前在国内还没有一个有效的方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有循环水中铁离子分散剂性能的评价，提出一种简单、快速的实验室评价方法，可在较短时间内有效地评价针对某一特定水质铁离子分散剂的分散效果评价，为新型铁离子分散剂的开发及应用提供一种有效的评价手段。
本发明的一种循环水中铁离子分散剂性能的评价方法，包括：
采用现场水或配制水作为实验水，采用去离子水作为补充水，将实验水置于实验烧杯中，补充水置于补水箱中，设置好自动液位感应器，通过自动液位感应器实时补充实验过程中实验水蒸发掉的水分，以确保实验水体积在实验过程中恒定不变，在恒定温度下，用曝气头给实验水恒速鼓泡；运行时间根据循环冷却水系统实际状况确定，实验结束后取出实验水，静止稳定后测定实验水上层清液的铁离子浓度；其中同一批次的空白试验与添加铁离子分散剂的实验时间相同；根据空白试验与添加铁离子分散剂的实验所得到的上层清液中铁离子浓度的变化来判断该铁离子分散剂的分散性能。
本发明的一种循环水中铁离子分散剂性能的评价方法，其具体实验步骤如下：
(1)配制实验水
采用循环水系统现场水样或者按照现场水样配制一定水质条件的实验水5L，其中1/2体积的实验水用于空白试验，1/2体积的实验水用于铁离子分散剂性能评价实验，测定实验水初始的铁离子浓度，记为y；
(2)做空白实验
选择一个实验温度T为30～70℃之间，将1/2体积的实验水加入到实验烧杯中，实验中通过恒温水浴保持系统温度恒定，同时设置鼓泡速度、实验水液位，将去离子水加入到补水槽中；
实验总时长为5h，实验结束后，静止至少1h，测定实验水上层清液中的铁离子浓度y0，得到空白试验的铁离子保有率B0＝(y0/y)×100％。
(3)做铁离子分散剂性能评价实验
选择与空白试验相同的实验温度，将1/2体积的实验水加入到实验烧杯中，加入一定浓度的铁离子分散剂，按以上步骤(2)测定添加了铁离子分散剂后实验水最终的铁离子浓度y1，得到铁离子分散剂性能评价实验的铁离子保有率B1＝(y1/y)×100％。
(4)计算铁离子分散剂的分散率K(％)
式中：K为铁离子分散剂的分散率(％)；
y为实验水的原始铁离子浓度(mg/L)；
y0为空白实验的铁离子浓度(mg/L)；
y1为添加了铁离子分散剂的实验的铁离子浓度(mg/L)。
本发明的评价方法与现有技术相比，有益效果为：
目前，在国内对铁离子分散剂的性能评价还没有一个有效的方法，本发明的目的是针对现有循环水中铁离子分散剂性能的评价，提出一种简单、快速的实验室评价方法，该方法可在较短时间内有效地评价针对某一特定水质铁离子分散剂的分散效果评价，为新型铁离子分散剂的开发及应用提供一种有效的评价手段。
附图说明
图1为本发明方法所采用的循环水模拟评价装置简图。
图2为不同温度下铁离子分散剂的性能对比图。
图3为不同铁离子浓度条件下铁离子分散剂的性能对比图。
图4为不同加药浓度条件下铁离子分散剂的性能对比图。
图5为不同种类铁离子分散剂的性能对比图。
图中，1—空气；2—液位感应器；3—试验烧杯；4—恒温水浴；5—搅拌器；6—加热管；7—变送器；8—电磁阀；9—补水箱；10—曝气头；11—补液管；12—热敏电阻；13—控温仪；14—电源。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明进一步描述，但并不限制本发明。
一种实验室简单、快速评价铁离子分散剂性能的方法，采用循环水模拟装置，评价过程中通过鼓泡器通入一定体积的空气模拟现场循环水与空气充分接触的状态，通过实时补充去离子水固定实验水的体积，实验结束后根据空白实验与添加了铁离子分散剂的实验所得到的实验水上层清液的铁离子浓度变化来判断该铁离子分散剂的分散性能。该专利适用于评价应用于循环冷却水系统的所有类型的铁离子分散剂。
本发明的一种循环水中铁离子分散剂性能的评价方法所用的实验装置如图1所示。
图1中实验水采用现场水或配制水，补充水采用去离子水，将实验水置于实验烧杯3中，补充水置于补水箱9中，设置好自动液位感应器3，通过液位感应器3实时补充实验过程中实验水蒸发掉的水分，以确保实验水体积在实验过程中恒定不变，在恒定温度下，用曝气头10给实验水恒速鼓泡。运行时间根据循环冷却水系统实际状况确定，一般为5h，实验结束后取出实验水，静止1h后测定是实验水上层清液的铁离子浓度。同一批次的空白试验与添加铁离子分散剂的实验时间必须相同。根据空白试验与添加铁离子分散剂的实验所得到的上层清液中铁离子浓度的变化来判断该铁离子分散剂的分散性能，通过系列实验可确定最佳的铁离子分散剂的投加量。
实施例1
利用本发明的一种循环水中铁离子分散剂性能的评价方法对实验室配水和现场水进行评价，具体实施步骤如下：
(1)配制实验水
实验水采用现场水，其中含有钙离子含量为40mg/L、碳酸氢根离子含量为84mg/L、铁离子含量为5mg/L，pH为8.50,实验水初始的铁离子浓度y＝5mg/L，实验水体积为2.5L；
(2)做现场水空白试验
实验温度为50℃，实验中通过恒温水浴保持系统各温度恒定，取实验水2.5L置于3.0L的烧杯中，将烧杯置于50℃的恒温水浴中，开启恒速曝气头，设定好自动补水液位感应系统，使实验过程中实验水液位恒定不变；
实验总时间为5h，则实验结束后，静止1h，测定空白实验中实验水上层清液的铁离子浓度y0＝0.15mg/L，得到空白试验不同温度下铁离子的保有率B0＝3.00％；
(3)做现场水分散实验
在实验水中加入4mg/L的铁离子分散剂sun-2，按照以上步骤(2)测定加药实验后实验水上层清液中铁离子浓度y1＝4.17mg/L，得到分散剂sun-2对铁离子的保有率B1＝83.40％,得到分散剂评价实验的分散率K＝82.89％。
(4)实验水采用配水，其中含有111mg/L的CaCl2(钙离子浓度为40mg/L)、116mg/L的NaHCO3(碳酸氢根离子浓度84mg/L)和14.51mg/L的FeCl3,采用2g/L的氢氧化钠溶液调节配制的实验水的pH值至8.50，配水的初始铁离子浓度y＝5mg/L；按照以上步骤(2)测定配水空白试验结束后上层清液的铁离子浓度y0＝0.02mg/L，得到配水空白试验铁离子的保有率B0＝0.40％；按照以上步骤(2)测定配水加入4mg/L的铁离子分散剂sun-2的试验结束后上层清液的铁离子浓度y1＝3.95mg/L，得到在配制的实验水中分散剂sun-2对铁离子的保有率B1＝79.00％,得到分散剂评价实验的分散率K＝78.92％；
实施例2
利用本发明的一种循环水中铁离子分散剂性能的评价方法对不同温度下的分散剂sun-2的评价，具体实施步骤如下：
(1)配制实验水
实验水采用配水，其中含有111mg/L的CaCl2、116mg/L的NaHCO3和14.51mg/L的铁离子,采用2g/L的氢氧化钠溶液调节配制的实验水的pH值至8.50，实验水初始的铁离子浓度y＝5mg/L，实验水体积为2.5L；
(2)做空白试验
实验温度为30℃、40℃、50℃、60℃、70℃，实验中通过恒温水浴保持系统各温度恒定，取配制好的实验水2.5L置于3.0L的烧杯中，将烧杯置于30℃的恒温水浴中，开启恒速曝气头，设定好自动补水液位感应系统，使实验过程中实验水液位恒定不变，40℃、50℃、60℃、70℃的空白试验方法同30℃的空白试验；
实验总时间为5h，则实验结束后，静止1h，测定空白实验中实验水上层清液的铁离子浓度y0(30℃)＝0.01mg/L，y0(40℃)＝0.01mg/L，y0(50℃)＝0.02mg/L，y0(60℃)＝0.02mg/L，y0(70℃)＝0.03mg/L，得到空白试验不同温度下铁离子的保有率B0(30℃)＝0.20％，B0(40℃)＝0.20％，B0(50℃)＝0.40％，B0(60℃)＝0.40％，B0(70℃)＝0.60％；
(3)做分散实验
在实验水中加入4mg/L的铁离子分散剂sun-2，按照以上步骤(2)测定y1(30℃)＝3.56mg/L，y1(40℃)＝3.88mg/L，y1(50℃)＝3.95mg/L，y1(60℃)＝4.10mg/L，y1(70℃)＝4.15mg/L，得到分散剂sun-2对铁离子的保有率B1(30℃)＝71.20％，B1(40℃)＝77.60％，B1(50℃)＝79.00％，B1(60℃)＝82.00％，B1(70℃)＝83.00％,得到分散剂评价实验的分散率K(30℃)＝71.14％，K(40℃)＝77.56％，K(50℃)＝78.92％，K(60℃)＝81.93％，K(70℃)＝82.90％。
实验所得到的铁离子分散率随实验温度的变化曲线见图2。
实施例3
利用本发明的一种循环水中铁离子分散剂性能的评价方法对不同铁离子浓度下的分散剂sun-2的评价，具体实施步骤如下：
(1)配制实验水
实验水采用配水，其中均含有111mg/L的CaCl2、116mg/L的NaHCO3，氯化铁含量分别为2.90mg/L、8.70mg/L、14.51mg/L、20.31mg/L、26.12mg/L，采用2g/L的氢氧化钠溶液调节配制的实验水的pH值至8.50，实验水初始的铁离子浓度y分别为1mg/L、3mg/L、5mg/L、7mg/L、9mg/L，实验水体积均为2.5L；
(2)做空白试验
实验温度为50℃，取配制好的实验水2.5L置于3.0L的烧杯中，将烧杯置于50℃的恒温水浴中，开启恒速曝气头，设定好自动补水液位感应系统，使实验过程中实验水液位恒定不变；
实验总时间为5h，则实验结束后，静止1h，测定空白实验中实验水上层清液的铁离子浓度y0([Fe3+]＝1)＝0.02mg/L，y0([Fe3+]＝3)＝0.02mg/L，y0([Fe3+]＝5)＝0.02mg/L，y0([Fe3+]＝7)＝0.02mg/L，y0([Fe3+]＝9)＝0.02mg/L，得到空白试验不同温度下铁离子的保有率B0([Fe3+]＝1)＝2.00％，B0([Fe3+]＝3)＝0.67％，B0([Fe3+]＝5)＝0.40％，B0([Fe3+]＝7)＝0.29％，B0([Fe3+]＝9)＝0.22％；
(3)做分散实验
在实验水中加入4mg/L的铁离子分散剂sun-2，按照以上步骤(2)测定y1([Fe3+]＝1)＝1.00mg/L，y1([Fe3+]＝3)＝3.88mg/L，y1([Fe3+]＝5)＝3.95mg/L，y1([Fe3+]＝7)＝4.10mg/L，y1([Fe3+]＝9)＝4.15mg/L，得到分散剂sun-2对铁离子的保有率B1([Fe3+]＝1)＝100.00％，B1([Fe3+]＝3)＝98.33％，B1([Fe3+]＝5)＝79.00％，B1([Fe3+]＝7)＝57.43％，B1([Fe3+]＝9)＝44.44％,得到分散剂评价实验的分散率K([Fe3+]＝1)＝100.00％，K([Fe3+]＝3)＝98.32％，K([Fe3+]＝5)＝78.92％，K([Fe3+]＝7)＝57.31％，K([Fe3+]＝9)＝44.32％。
实验所得到的铁离子分散率随铁离子浓度的变化曲线见图3。
实施例4
利用本发明的一种循环水中铁离子分散剂性能的评价方法对分散剂sun-2不同加药浓度的评价，具体实施步骤如下：
(1)配制实验水
实验水采用配水，其中含有111mg/L的CaCl2、116mg/L的NaHCO3和14.51mg/L的铁离子,采用2g/L的氢氧化钠溶液调节配制的实验水的pH值至8.50，实验水初始的铁离子浓度y＝5mg/L，实验水体积为2.5L；
(2)做空白试验
实验温度为50℃，取配制好的实验水2.5L置于3.0L的烧杯中，将烧杯置于50℃的恒温水浴中，开启恒速曝气头，设定好自动补水液位感应系统，使实验过程中实验水液位恒定不变；
实验总时间为5h，则实验结束后，静止1h，测定空白实验中实验水上层清液的铁离子浓度y0＝0.02mg/L，得到空白试验铁离子的保有率B0＝0.40％；
(3)做分散实验
在五个配制好的2.5L实验水中分别加入2mg/L、4mg/L、6mg/L、8mg/L的铁离子分散剂sun-2，按照以上步骤(2)测定四个加药浓度下实验结束后实验水上层清液中铁离子的浓度y1分别为1.21mg/L、3.95mg/L、4.95mg/L、4.96mg/L，得到加药浓度为2mg/L、4mg/L、6mg/L、8mg/L的分散剂sun-2对铁离子的保有率B1分别为24.20％、79.00％、99.00％、99.20％,得到分散剂评价实验的分散率K分别为23.90％、78.92％、99.00、99.20％。
实验所得到的铁离子分散率随加药浓度的变化曲线见图4。
实施例5
利用本发明的一种循环水中铁离子分散剂性能的评价方法对分散剂sun-1、sun-2、Acomer2000、PESA、MA/AA评价，具体实施步骤如下：
(1)配制实验水
实验水采用配水，其中含有111mg/L的CaCl2、116mg/L的NaHCO3和14.51mg/L的铁离子,采用2g/L的氢氧化钠溶液调节配制的实验水的pH值至8.50，实验水初始的铁离子浓度y＝5mg/L，实验水体积为2.5L；
(2)做空白试验
实验温度为50℃，取配制好的实验水2.5L置于3.0L的烧杯中，将烧杯置于50℃的恒温水浴中，开启恒速曝气头，设定好自动补水液位感应系统，使实验过程中实验水液位恒定不变；
实验总时间为5h，则实验结束后，静止1h，测定空白实验中实验水上层清液的铁离子浓度y0＝0.02mg/L，得到空白试验铁离子的保有率B0＝0.40％；
(3)做分散实验
在五个配制好的2.5L实验水中分别加入4mg/L的铁离子分散剂sun-1、sun-2、Acomer2000、PESA、MA/AA，按照以上步骤(2)测定五组实验结束后实验水上层清液中铁离子的浓度y1依次为3.24mg/L、3.95mg/L、3.58mg/L、2.23mg/L、1.02mg/L，得到五种分散剂对铁离子的保有率B1分别为64.80％、78.00％、71.60％、44.60％、20.40％,得到分散剂评价实验的分散率K分别为64.66％、78.92％、71.49％、44.38％、20.08％。
实验所得到的铁离子分散率在不同药剂作用下的对比见图5。
Claims (4)
1.一种循环水中铁离子分散剂性能的评价方法，其特征在于，
采用现场水或配制水作为实验水，采用去离子水作为补充水，将实验水置于实验烧杯中，补充水置于补水箱中，设置好自动液位感应器，通过自动液位感应器实时补充实验过程中实验水蒸发掉的水分，以确保实验水体积在实验过程中恒定不变，在恒定温度下，用曝气头给实验水恒速鼓泡；运行时间根据循环冷却水系统实际状况确定，实验结束后取出实验水，静止稳定后测定实验水上层清液的铁离子浓度；其中同一批次的空白试验与添加铁离子分散剂的实验时间相同；根据空白试验与添加铁离子分散剂的实验所得到的上层清液中铁离子浓度的变化来判断该铁离子分散剂的分散性能。
2.权利要求1所述的循环水中铁离子分散剂性能的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配制实验水
采用循环水系统现场水样或者按照现场水样配制一定水质条件的实验水，其中取1/2体积的实验水用于空白试验，1/2体积的实验水用于铁离子分散剂性能评价实验，测定实验水初始的铁离子浓度，记为y；
(2)做空白实验
选择一个实验温度T为30～70℃之间，将1/2体积的实验水加入到实验烧杯中，实验中通过恒温水浴保持系统温度恒定，同时设置鼓泡速度、实验水液位，将去离子水加入到补水槽中；
实验总时长为5h，实验结束后，静止至少1h，测定实验水上层清液中的铁离子浓度y0，得到空白试验的铁离子保有率B0＝(y0/y)×100％；
(3)做铁离子分散剂性能评价实验
选择与空白试验相同的实验温度，将1/2体积的实验水加入到的实验烧杯中，加入一定浓度的铁离子分散剂，按以上步骤(2)测定添加了铁离子分散剂后实验水最终的铁离子浓度y1，得到铁离子分散剂性能评价实验的铁离子保有率B1＝(y1/y)×100％；
(4)计算铁离子分散剂的分散率K(％)
<mrow>
<mi>K</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>y</mi>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>y</mi>
<mn>0</mn>
</mrow>
<mrow>
<mi>y</mi>
<mo>-</mo>
<mi>y</mi>
<mn>0</mn>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mn>100</mn>
<mi>%</mi>
</mrow>
式中：K为铁离子分散剂的分散率(％)；
y为实验水的原始铁离子浓度(mg/L)；
y0为空白实验的铁离子浓度(mg/L)；
y1为添加了铁离子分散剂的实验的铁离子浓度(mg/L)。
3.一种权利要求1所述的评价方法在循环水系统中铁离子分散剂分散性能的评价应用。
4.根据权利要求3所述的评价应用，其特征在于，通过所述的评价方法选择循环水系统最佳的铁离子分散剂，并确定最佳的铁离子分散剂投加量。
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