軟水密閉循環系統采用軟化水循環，水的硬度低，在運行過程中，換熱器表面不會形成水垢，這就從根本上避免了換熱器表面結垢現象，但是由于沒有垢層保護，腐蝕加重。另外密閉循環水中氧氣不易析出，循環水溫度高，加重了溶解氧的氧濃差極化腐蝕。所以軟水閉路循環系統運行過程中必須投加專用的軟水緩蝕劑，才能保證換熱設備不被腐蝕。目前常用的緩蝕劑有磷酸鹽系列和氧化性緩蝕劑兩類。磷酸鹽系列緩蝕劑磷含量高，易引起水體富營養化;而氧化性緩蝕劑一般對人體和環境有害，用量大，其使用范圍受到限制。

　　隨著人們環保意識的加強，“綠色化學”及其技術的應用已經成為環境保護和防止污染的重要方面。“綠色藥劑”的概念已被提出并成為21世紀水處理劑的發展方向[1, 2, 3, 4]。筆者根據綠色化學原理和觀點，圍繞性能、環境和經濟三大方面，開發了一種不含磷、環境相容性好、生產成本低的新型軟水緩蝕劑。

　　1 實驗部分

　　1.1 實驗水樣水質

　　實驗水樣為邯鄲市永洋鋼鐵公司去離子軟化水，其pH=8.75、鈣硬度23.64 mg/L、鎂硬度17.82 mg/L、總堿度187.15 mg/L、氯離子39.5 mg/L、電導率542 μS/cm。

　　1.2 試劑與儀器

　　葡萄糖酸鈉、苯甲酸鈉、氫氧化鈉、EDTA等為分析純，聚天冬氨酸、PASP接枝產物、苯并三氮唑、丙烯酸共聚物、互豐公司以鎢酸鹽為主的軟水緩蝕劑HF-97、武漢某鋼鐵公司以亞硝酸鹽為主的軟水緩蝕劑W655等為工業品。

　　JA-4103型電子天平，上海天平儀器廠;THZ-82氣浴恒溫振蕩器，常州諾基儀器有限公司;724型分光光度計，上海光學儀器廠;RCC-I型旋轉掛片腐蝕試驗儀，高郵市新郵儀器廠;CHI660B型電化學工作站，上海辰華儀器公司;碳鋼、銅和不銹鋼試片(50 mm×25 mm×2 mm)，高郵市新郵儀器廠。

　　1.3 緩蝕性能的評價方法

　　1.3.1 旋轉掛片實驗法

　　旋轉掛片實驗根據《水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉掛片法》(GB/T 18175—2014)來進行。所用實驗儀器為RCC-I型旋轉掛片腐蝕試驗儀，試片分別為A3型碳鋼片、304型不銹鋼片、H62型黃銅片，所用實驗水為河北省邯鄲市永洋鋼鐵公司生產性軟水，實驗溫度(45±1) ℃，轉速75 r/min，時間72 h[5]，并分別按式(1)、式(2)計算腐蝕率和緩蝕率。

　　式中：W0——試驗前試片的質量，g;

　　W——試驗后試片的質量，g;

　　A——試片表面積，28 cm2;

　　D——試片密度，g/cm3;

　　t——試驗時間，72 h。

　　1.3.2 電化學腐蝕實驗

　　電化學腐蝕實驗采用常規三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑電極，工作電極為A3碳鋼。為了盡量減小實驗時的溶液電阻，安裝裝置時盡量使鹽橋尖嘴部位與工作電極接近。且為了減少環境噪聲等對測試結果的影響，在實驗時三電極測試系統應一直放置在屏蔽箱中。

　　測量極化曲線，采用動電位掃描方法，極化掃描速率為1 mV/s，掃描范圍為±300 mV。實驗前，工作電極用800#～1 200#砂紙逐級打磨，再用蒸餾水與丙酮清洗，風干后于軟水中浸泡30 min后進行測試。

　　1.4 軟水緩蝕劑的制備

　　聚天冬氨酸是一種從原料制備過程到最終產品均對環境和人體無害的可生物降解的綠色環保型水處理劑[6]，其接枝產物緩蝕性能較聚天冬氨酸有一定提高，屬于可生物降解物質。但其單獨用于軟水中的緩蝕效果并不理想，因此需要進行復配使用。經過查閱文獻及大量掛片試驗結果，選定了藥劑成分為葡萄糖酸鈉、苯甲酸鈉、分散劑、苯并三氮唑、聚天冬氨酸接枝產物，依次按質量比為25∶14∶6∶2∶18進行復配，可制得軟水緩蝕劑SWT-305。

　　1.5 生物降解性的測定

　　加入一定濃度待測藥劑的營養液500 mL于錐形瓶中，然后接入土壤菌懸液1 mL，在室溫20 ℃的環境下，在搖床上振蕩28 d，在第1天、第7天、第14天、第21天、第28天分別測定反應液的COD[7]，并按式(3)計算降解率。

 　　式中：Ct——t時刻含有受試物接種反應液中的COD， mg/L;

　　Cbt——t時刻空白對照中的COD，mg/L;

　　C0——含有受試物的接種反應液中的初始 COD， mg/L;

　　Cb0——空白對照中的初始COD，mg/L。

　　2 結果與討論

　　2.1 軟水緩蝕劑的緩蝕性能研究

　　2.1.1緩蝕率與加藥量的關系

　　確定軟水緩蝕劑的配方后，通過旋轉掛片實驗測定軟水緩蝕劑SWT-305對A3碳鋼的緩蝕率與其加藥量的關系，結果見圖1。

 圖1 不同加藥量時的緩蝕率

　　由圖1可以看出，隨著加藥質量濃度的增加，緩蝕率不斷升高，當藥劑投加質量濃度小于65 mg/L時，其緩蝕率較低，但緩蝕率隨著加藥量的增加而明顯增大。當投加質量濃度為65 mg/L時，緩蝕率可以達到99.47%，計算其腐蝕率為0.008 8 mm/a，完全達到國家標準。繼續增加藥量，緩蝕率趨于穩定，所以選擇投加質量濃度為65 mg/L。

　　2.1.2 緩蝕率與實驗溫度和用量的關系

　　在不同溫度及藥劑用量下進行旋轉掛片實驗，SWT-305投加質量濃度分別為40、65、90 mg/L時，碳鋼掛片在35、45、55 ℃下的緩蝕率見表1。

 　　由表2可以看出，在35、45、55 ℃下，緩蝕率隨著軟水緩蝕劑用量的增加而增大;當藥劑用量相同時，緩蝕率隨著實驗溫度的升高而下降。當藥劑投加質量濃度為65 mg/L時，35、45、55 ℃下的腐蝕率分別為0.006 5、0.008 8、0.004 14 mm/a，均小于國家標準規定的0.075 mm/a，說明軟水緩蝕劑在不同溫度下對A3碳鋼均有良好的緩蝕效果，且性能穩定。

 　　2.2 軟水緩蝕劑對不同材質的緩蝕效果及與常用緩蝕劑的比較

　　藥劑投加質量濃度為65 mg/L，實驗溫度為45 ℃，時間72 h，通過旋轉掛片實驗測定SWT-305對不同材質的緩蝕率，結果見表2。同時與其他藥劑進行了對比，結果見表3。

 　　由表2、表3可以看出，軟水緩蝕劑SWT-305各緩蝕組分之間具有良好的協同效應，對碳鋼、不銹鋼、銅等金屬材質都有良好的緩蝕效果，實驗后的金屬片表面無點蝕和局部腐蝕現象，其腐蝕率遠遠低于《工業循環冷卻水處理設計規范》(GB 50050—2007)標準中的要求，即鐵及鐵合金腐蝕率≤0.075 mm/a，銅及銅合金腐蝕率≤0.005 mm/a，不銹鋼及合金腐蝕率≤0.005 mm/a。而與HP-97、W655比較結果表明，SWT-305緩蝕效果明顯優于其他兩種軟水緩蝕劑，說明SWT-305緩蝕性能優異。

　　2.3 極化曲線法對軟水緩蝕劑性能的研究

　　極化曲線法是一種簡便的測定腐蝕速率的方法。通過極化曲線法，可以判斷水處理劑的作用類型、兩極Tafel斜率及自腐蝕電流大小等，并且可以通過計算得出緩蝕率。利用電化學工作站對空白軟水及加入65 mg/L緩蝕劑的軟水體系中的碳鋼進行Tafel極化測試，實驗溫度為30 ℃，結果見圖2。

 圖2 SWT-305的極化曲線

　　由圖2可以看出，與空白軟水相比，加入緩蝕劑SWT-305后的軟水的極化曲線自腐蝕電位有明顯增大的趨勢，陰極極化曲線的變化不大，斜率變化不明顯;而陽極極化曲線變化較大，斜率變化明顯。這說明，SWT-305為陽極型緩蝕劑，主要通過阻止碳鋼表面鐵離子的氧化來阻止軟水對金屬的侵蝕。

　　2.4 軟水緩蝕劑的生物降解性能研究

　　根據生物搖床實驗法和COD法測定SWT-305的生物降解性能，結果表明：隨著實驗時間的延長，COD逐漸降低，降解率逐漸增加。在第7天時，COD降低到了38.21 mg/L，降解率為19.32%，第21天時，COD降低到了22.18 mg/L，降解率為54.34%，根據搖床實驗法的生物降解性評價標準可知，SWT-305屬于可生物降解性物質。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

　　3 結論

　　選定聚天冬氨酸接枝產物、苯甲酸鈉、葡萄糖酸鈉、分散劑、苯并三氮唑復配組成環保型軟水緩蝕劑。通過旋轉掛片腐蝕實驗對軟水緩蝕劑緩蝕性能進行測定，實驗結果表明，當實驗溫度為45 ℃，緩蝕劑投加質量濃度為65 mg/L時，A3碳鋼的腐蝕率為0.008 8 mm/a，銅的腐蝕率為0.000 3 mm/a，不銹鋼的腐蝕率為0.000 5 mm/a，完全達到國家規定標準。

　　電化學測試結果表明，SWT-305軟水緩蝕劑屬于抑制陽極反應為主的緩蝕劑，生物降解實驗結果表明，軟水緩蝕劑為可生物降解的環境友好型產品。