正磷酸盐缓蚀剂起作用的是正磷酸离子,即PO3-4。一般使用的是磷酸三钠,Na3PO4·12H2O。

正磷酸盐的主要作用是阳极缓蚀剂,其机理是正磷酸盐与溶解二价铁离子Fe2+生成溶解度很小的磷酸铁化合物,沉积在阳极区,在有氧存在的条件下,磷酸铁化合物促进二价氧化铁转变成致密的伽马氧化铁———坚固的钝化膜,这种钝化膜还能减少阴离子的穿透性,起到阳极保护作用。正磷酸盐生成的磷酸钙是溶度积很小的物质,它也能起到阴极缓蚀的作用。

由于磷酸钙的溶度积仅为10-33,在水中很容易生成沉积,会极大影响传热能力,如何才能使正磷酸盐既能充分发挥其缓蚀作用,又能恰到好处地控制其不出现大量沉积而影响传热效率,这是能否使用正磷酸盐及其他无机磷酸盐作为缓蚀剂的关键所在。早期的磷系配方多采用聚磷酸盐缓蚀剂,聚磷酸盐水解后产生正磷酸盐。为防止正磷酸盐结垢,需要根据水的pH值和钙含量等条件限制其含量,一般要求水解后的正磷盐含量不得超过聚磷酸盐的50%。因此,早期磷酸盐缓蚀剂的使用受到限制。直到近年开发出对磷酸盐分散能力很好的阻垢剂———聚羧酸的二元和多元共聚物,能有效控制磷酸钙的沉积,帮助发挥正磷酸盐的缓蚀作用。由此,磷酸盐成为继铬酸盐后最重要的缓蚀剂,在国内外得以广泛应用。

根据磷酸盐数十年的应用,一般是采用正磷酸盐、膦酸盐、锌盐和对磷酸钙、悬浮物、锌沉积物、氧化铁有优良分散能力的聚合物协同使用。其优点是适用水质范围广,调控容易,成本较低,处理效果好,符合大多数国家的环保要求。

磷酸盐在水域中易促进藻类生长,故环境对它也有限制,据文献报道,在德国从冷却水系统外排的磷酸盐高限为4mg/L(以P计);意大利向湖中排放的高限为0.5mg/L(以P计)。我国污水排放标准GB 8978—1996,将磷列为第二类污染物。排放标准分三级,第一级(指向二类海域等直接排放)高限为0.5mg/L(以P计);第二级(指向Ⅲ、Ⅴ类水域或三类海域等直接排放)高限为1.0mg/L(以P计);第三级(指排向设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水)则无排磷限制。

采用磷酸盐复合配方时,由于有高效阻垢剂的匹配,一般处理效果均很好,不仅可以在碱性条件下运行,也允许较高的正磷酸盐含量,但考虑到环境的要求,仍以采用低正磷酸盐含量为宜。以下为国内实例,采用磷酸盐、锌盐及多功能阻垢剂复合配方。系统中水冷器的材质为碳钢、不锈钢等,浓缩倍数为3~4,杀生以氯为主。使用该配方的循环冷却水控制条件及参数如下:

正磷酸盐缓蚀剂的性能和应用情况如何?-水处理设备与技术