非氧化性杀生剂与海水淡化用阻垢剂和消泡剂的配伍性研究_王永辉.pdf

王永辉1，王磊1，霍丽新1，周筝2，赵小芳2，李亚红2（1.河北国华沧东发电有限责任公司，河北沧州061113；2.自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所，天津300192）基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFC0404101）；沧东公司科技创新项目（CDSCHTJY2020-95）摘要：为探索非氧化性杀生剂在低温多效海水淡化系统中的应用可能性，采用静态杀菌法、碳酸钙沉积法和鼓泡法分别测定了3种常用非氧化性杀生剂（SW303、QAS和EGD）、阻垢剂PM15l、消泡剂AF及其组合物的杀菌率、阻垢率和消泡率，并通过匹配因子法定量评价了3种杀生剂与PM15l、AF之间的配伍性。结果显示，3种杀生剂对PM15l阻垢性能主要表现为相加作用，对AF消泡性能主要表现为相加和增效作用。PM15l对3种杀生剂性能的影响各不相同，对SW303表现为相加作用，对QAS和EGD表现为相减或拮抗作用，且低浓度PM15l即可对EGD的杀菌性能造成明显干扰，但仅有高浓度的PM15l才对QAS的性能造成干扰；AF对3种杀生剂杀生性能的影响较小，匹配因子在272 980之间，均为相加作用。关键词：非氧化性杀生剂；阻垢剂；消泡剂；配伍性；低温多效海水淡化中图分类号：X703.1文献标志码：A文章编号：%10092455（2022）06005705Study on compatibility of non-oxidizing biocides with antiscalant anddefoamer for seawater desalinationWANG Yonghui1，WANG Lei1，Huo Lixin1，ZHOU Zheng2，ZHAO Xiaofang2，LI Yahong2（1.Hebei Guohua Cangdong Power Generation Co.,Ltd.,Cangzhou 061110,China；2.The Institute of SeawaterDesalination and Multipurpose Utilization,MNR,Tianjin 300192,China）Abstract：In order to explore the possibility of application of non-oxidizing biocides in low temperaturemulti-effect seawater desalination system,the bactericidal rate,scale inhibition rate and defoaming rate of threecommonly used non-oxidizing biocides:SW303,QAS and EGD,scale inhibitor PM15l,defoamer AF and theircompositions,were determined by static sterilization method,calcium carbonate precipitation method and bub-bling method;the compatibility of the above biocides with PM15l and AF was quantitatively evaluated by match-ing factor method.The results showed that,the scale inhibition performance of the said three biocides on PM15lwas mainly shown as additive effect;besides,the deforming performance of them on AF was shown as additiveand synergistic effect.The effect of PM15l on the said three kinds of biocides was different,which showed addi-tive action to SW303,attenuation or antagonism to QAS and EGD.Low concentration PM15l could obviously in-terfere the bactericidal performance of EGD,but only high concentration PM15l interfered the bactericidal per-formance of QAS.AF had slight effect on the biocidial performance of the said three biocides,the matching fac-tor ranged from 2.72 to 9.80,which all shown as additive effect.Keywords：non-oxidizing;biocides;scale inhibitor;deformer;compatibility;low temperature multi-effectseawater desalination非氧化性杀生剂与海水淡化用阻垢剂和消泡剂的配伍性研究!水处理化学品工业用水与废水INDUSTRIAL WATER WASTEWATERVol53No6Dec.，202257工业用水与废水INDUSTRIAL WATER WASTEWATERVol53No6Dec.，2022海水具有高含盐量、多生物种和高生物量的特征，因此，在低温多效海水淡化装置运行过程中需要投加合适的阻垢剂和消泡剂，并在取水工序采用氯化处理，以减轻或减缓可能出现的结垢、起泡和生物污堵等风险。近年来陆续在多个工程中发现，仅仅在取水部位投加氧化性氯基杀生剂（如次氯酸钠）进行杀生处理，很难对污损生物实现有效防治。一旦污损生物以卵或幼体状态进入海水淡化装置后，由于偏亚硫酸氢钠对氯的还原作用，污损生物在其中基本处于无控制状态，极易附着生长进而发展为污堵，从而影响设备运行。添加非氧化性杀生剂防治生物污损是工业水处理中普遍采用的一种行之有效的防生物附着措施12，低温多效海水淡化装置的防生物污损亦可考虑使用。对于多药剂共用系统，药剂之间的配伍性是一个必须预先考虑的因素。目前，针对非氧化性杀生剂杀生性能评价及其在循环冷却水中与阻垢缓蚀剂的配伍性研究很多34，但尚未见有关其在低温多效海水淡化系统中与阻垢剂和消泡剂的配伍性研究。为进一步探索非氧化性杀生剂在低温多效海水淡化系统中的应用可能性，本文以海水为试验介质，模拟低温多效海水淡化运行工艺参数，选取3种目前在海水冷却水处理中广泛使用的非氧化性杀生剂，在实验室中对非氧化性杀生剂与低温多效海水淡化常用阻垢剂和消泡剂之间的配伍性开展研究，以期为低温多效海水淡化系统的生物污损防治提供一种选择。1材料和方法11受试物受试非氧化性杀生剂选取3种，分别为有机硫类杀生剂SW3035、单季铵盐组合物类杀生剂QAS和有机胺类杀生剂EGD2，受试阻垢剂为聚羧酸酯类阻垢剂Sokalan PM15l（以下简称为PM15l），受试消泡剂为聚醚消泡剂Sokalan AF（以下简称为AF），均为市售工业品。12阻垢剂阻垢性能测定方法采用碳酸钙沉积法测定PM15l阻垢性能。测定时采用强化碱度的人工海水，人工海水的理论Ca2质量浓度为400 mgL。根据低温多效海水淡化工艺，设定海水最终浓缩倍数N为20，试验温度为（7005）。试验时，将仅含有4 mgL PM15l与同时含有4 mgL PM15l和不同浓度、不同杀生剂的1 000 mL人工海水分别置于（70 05）恒温水浴中，蒸发浓缩至500 mL时，盖上表面皿，继续保持恒温，直至总试验时间达到24 h止，取出试样，冷却至室温后定容至500 mL，滤除不溶物，测定滤液Ca2质量浓度（2）。以不加PM15l和杀生剂的人工海水作为空白试液，同时进行蒸发处理，并测定其Ca2质量浓度（3）。在测定PM15l和杀生剂组合物的阻垢性能时，需将PM15l和杀生剂同时加入到人工海水中配置成试样。按式（1）计算阻垢率（）。越高，说明阻垢性能越好。式中：为测试样品的阻垢率，；1为人工海水的理论Ca2质量浓度，mgL；2为试验后试样的Ca2质量浓度，mgL；3为试验后空白试液的Ca2质量浓度，mgL；N为浓缩倍数。13消泡剂消泡性能测定方法根据HGT 52592017聚 醚 酯 消 泡 剂 6，AF的消泡性能参照HGT 47832014脂肪醇乳液消泡剂7测定。试验以苯磺酸钠为起泡剂，25下分别测定30 s内AF及其与杀生剂共存时的消泡性能，并按式（2）计算消泡率（X）。X越高，说明消泡性能越好。X=（V0-V30）V0 100（2）式中：X为测试样品的消泡率，；V0为试验开始时苯磺酸钠产生的泡沫的起始体积，mL；V30为30 s后残余泡沫的体积，mL。14杀生剂杀生性能测定方法杀 生 剂 杀 生 性 能 测 定 按 照GBT 3455032017海水冷却水处理药剂性能评价方法 第3部分：菌藻抑制性能的测定8进行。本试验用海水采集自神华港港池；试验生物为从港池海水中富集得到的异养菌；试验温度为30；菌药接触时间为4 h。根据PM15l和AF的日常使用量设定其试验浓度梯度，PM15l为0、4和40 mgL，AF为0、3和30mgL。同时设不加任何受试物的对照组。按照GBT 3358462017海水冷却水质要求及分析检测方法 第6部分：异养菌的测定9测定对照组和各试液中的含菌量，并按式（3）计算杀菌率（k）。k越高，说明杀生性能越好。k=（B-S）B 100（3）式中：k为测试样品的杀菌率，；B为对照组的含菌量，CFUmL；S为加入受试物的各试液（1）=2-3N1-3 10058的含菌量，CFUmL。15配伍性评价方法在测定单剂性能的基础上，参考陈立等10研究农药配对使用效果时提出的共毒因子法，利用匹配因子评价各组合的配伍性。匹配因子的计算方法见式（4）：Ci=（Ti-Ei）Ti 100（4）式中：Ci为第i组合样品的匹配因子；Ti为第i组合物的阻垢率、消泡率或杀菌率，；Ei为第i组合中主性能单剂阻垢率、消泡率或杀菌率的实测值，。当Ci 20表示组合具有增效作用，Ci 20表示具有拮抗作用，20 Ci 0表示相减作用，0 Ci 20之间表示相加作用。相加和增效作用在本研究中被定义为具有较好的配伍性，拮抗作用则并被定义为配伍性较差。2结果与讨论21杀生剂对阻垢剂阻垢性能的影响在70 浓缩倍数为2的海水中，3种杀生剂对4 mgL阻垢剂PM15l阻垢效果的影响见表1。3种杀生剂单独投加时均未表现出明显的阻垢性能，与PM15l组合使用后，除6 mgL的QAS的匹配因子在20 0之间，表现为相减作用外，其余均在0 20之间，表现为相加作用。PM15l是一种聚羧酸酯类阻垢剂，其阻垢机理主要为在水溶液中电离出部分阴离子基团，借助这些阴离子基团，PM15l通过范德华力与带正电性的碳酸钙垢晶体结合，从而阻碍晶体生长，达到阻垢效果。SW303是一种非离子型化合物，因此，其对PM15l与垢物之间的静电吸引作用基本无干扰。QAS和EGD均属阳离子型杀生剂，具有一个阳离子头基和长的烷烃链，阳离子头基可通过静电吸附作用与PM15l电离出的阴离子基团结合，有可能产生沉淀并最终导致PM15l阻垢性能下降11。本研究中QAS或EGD的存在不仅未使PM15l的阻垢性能下降，反而使其有所升高，而且这种升高基本不受QAS或EGD的浓度影响。分析认为，PM15l在水溶液中可以自由弯曲12，由于空间位阻作用，相对于Ca2+来说，分子结构相对较大的QAS或EGD分子更易与PM15l的链端羧基结合，从而在一