无磷阻垢缓蚀剂在循环水处理系统中的应用案例

无磷阻垢缓蚀剂在循环水处理系统中的应用已成为工业水处理领域实现绿色低碳转型的重要路径。传统含磷阻垢缓蚀剂虽能有效控制结垢与腐蚀，但会导致循环水排水总磷超标，诱发水体富营养化。近年来，随着环保法规趋严，无磷阻垢缓蚀剂凭借其零磷排放、高浓缩倍数运行和生物降解性好等优势，在石化、电力、钢铁等行业循环水系统中得到广泛应用。以下结合某炼化企业循环水系统的实际运行案例，系统分析其应用效果与工艺控制要点。

某石化公司循环水装置原采用含磷阻垢缓蚀剂（如ATMP、HEDP与锌盐复配），因外排废水总磷指标被纳入区域总量控制，企业面临较大的环保压力。经技术论证，决定将循环水处理方案切换为无磷阻垢缓蚀剂，并在一个完整夏季运行周期（6个月）内开展现场应用测试。该装置循环水量为12000 m³/h，保有水量约4000 m³，换热器材质主要为碳钢、不锈钢和少量铜管，系统浓缩倍数原运行值为3.5，期望提升至4.5以上。

表1给出了该循环水系统切换药剂前后的主要补充水水质与循环水控制指标。补充水为当地地表水，水中钙硬度和碱度偏高，属于中等结垢倾向水质，对阻垢剂的性能要求较高。

表1 补充水及循环水主要水质参数对比

项目	补充水	含磷方案循环水	无磷方案循环水
pH	7.6	8.2~8.5	8.0~8.3
电导率/(μS/cm)	420	1900	2200
Ca²⁺/(mg/L)	96	380	450
Mg²⁺/(mg/L)	24	85	102
总碱度/(mg/L)	112	280	320
Cl⁻/(mg/L)	38	170	210
SO₄²⁻/(mg/L)	45	190	230
总磷/(mg/L)	—	3.8	0.05
正磷/(mg/L)	—	1.2	0.03

切换后的无磷阻垢缓蚀剂采用聚环氧琥珀酸（PESA）、水解聚马来酸酐（HPMA）及绿色缓蚀增效剂复配而成，兼具阻垢分散与缓蚀功能，不含磷、氮类营养源。系统通过加药泵连续投加，初始质量浓度为60 mg/L，随后根据浓缩倍数与水质波动调整，稳定控制在40~50 mg/L。同时配合氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂交替使用，控制生物黏泥滋生。

表2列出了系统切换为无磷方案后在典型工况下的运行监测数据。在浓缩倍数提升至4.5~5.0的情况下，各项离子浓度明显增加，但未出现钙垢沉积迹象，试管与换热器表面状态良好。

表2 无磷方案运行期间循环水监测数据

监测项目	控制指标	1月	3月	6月
浓缩倍数	≥4.0	4.6	4.8	5.0
pH	7.8~8.5	8.2	8.1	8.3
浊度/(NTU)	≤20	9	12	15
总磷/(mg/L)	≤0.5	0.04	0.06	0.05
Ca²⁺/(mg/L)	≤600	420	460	480
Cl⁻/(mg/L)	≤350	185	205	220

阻垢与缓蚀性能是评价无磷阻垢缓蚀剂的核心指标。依据GB/T 50050—2017《工业循环冷却水处理设计规范》及DL/T 806—2013《火力发电厂循环冷却水用阻垢缓蚀剂技术要求》，对系统挂片腐蚀率、试管黏附速率和微生物指标进行了监测。表3为含磷方案与无磷方案的效果对比。

表3 含磷与无磷方案腐蚀及结垢控制效果对比

评价项目	标准限值	含磷方案	无磷方案
碳钢腐蚀率/(mm/a)	≤0.075	0.061	0.048
不锈钢腐蚀率/(mm/a)	≤0.005	0.003	0.002
铜离子/(mg/L)	≤0.005	0.003	0.002
试管黏附速率/(mg/cm²·月)	≤15	10.2	7.6
异养菌总数/(个/mL)	≤1×10⁵	4.3×10⁴	3.8×10⁴
生物黏泥量/(mL/m³)	≤3	1.6	1.2

从上述数据可以看出，无磷阻垢缓蚀剂在碳钢缓蚀和阻垢分散方面均优于含磷方案，腐蚀率较含磷降低了约21%，黏附速率下降约25%。尤其在高浓缩倍数条件下，无磷药剂对碳酸钙垢、磷酸钙垢以及锌垢均有优异的分散能力，能够有效防止换热器局部过热与垢下腐蚀。此外，由于药剂中不含有磷源，循环水系统不再出现磷系微生物的营养性增殖问题，异养菌和生物黏泥控制也更为容易。

在节能减排效益方面，表4对比了切换前后药剂费用、补充水消耗及排污费用。采用无磷方案后，浓缩倍数由3.5提高到5.0，减少了补充水和排污水量，同时省去了含磷废水深度除磷的药剂费和运维成本，综合水处理成本明显下降。

表4 方案切换前后运行成本与经济性对比

项目	含磷方案	无磷方案	变化趋势
浓缩倍数	3.5	5.0	上升
补充水量/(m³/h)	210	160	下降23.8%
排水量/(m³/h)	48	26	下降45.8%
药剂投加量/(mg/L)	55	45	下降18.2%
药剂吨水成本/(元/m³)	0.058	0.047	下降19.0%
排污水总磷/(mg/L)	3.2	0.1	降低96.9%
综合水处理成本/(万元/a)	276	219	节约57

值得注意的是，无磷阻垢缓蚀剂并非适用于所有水质，其应用效果与水质硬度、碱度、氯离子浓度和停留时间密切相关。当循环水中Ca²⁺超过700 mg/L，或Cl⁻超过500 mg/L时，建议适当增大药剂投加量，或与高效预膜剂配合使用，以保证金属表面形成致密保护膜。同时，因无磷多为聚羧酸类低聚物，其对还原性物质（如硫化物）和高浊度悬浮物较为敏感，在线监测与悬浮物控制需同步强化。

本案例充分表明，无磷阻垢缓蚀剂在循环水处理系统中具有良好的适用性和经济性。通过科学的选择、精准的加药控制和合理的浓缩倍数管理，不仅能够实现零磷排放，还能显著提升水资源的循环利用率。未来，随着环保排放指标日趋严格，以及新型绿色阻垢缓蚀剂（如聚天冬氨酸PASP、聚环氧琥珀酸PESA等）复配技术的成熟，无磷阻垢缓蚀剂将在更多循环水处理场景中替代传统磷系药剂，成为工业水处理绿色升级的核心技术方向。