隨著工業(yè)化生產(chǎn)的迅速發(fā)展，水資源短缺和水質(zhì)污染日益嚴(yán)重，已成為世界性的社會(huì)危機(jī)，節(jié)能降耗已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展工作中的重中之重。近年來，我國(guó)南方和東北地區(qū)以低硬度水作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水源的企業(yè)明顯增多。但是，以低硬度水作為補(bǔ)充水的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)存在腐蝕較嚴(yán)重的問題。低硬度循環(huán)冷卻水的水質(zhì)穩(wěn)定處理一直是冷卻水處理中的一個(gè)難題。提高循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)已成為節(jié)約冷卻用水的又一項(xiàng)十分重要的手段。但隨著濃縮倍數(shù)的提高，水中離子濃度增加，同樣又導(dǎo)致結(jié)垢和設(shè)備腐蝕等問題。

我國(guó)水處理阻垢劑的研究開發(fā)于20世紀(jì)70年代（國(guó)外于30年代開始），經(jīng)過了近40年的發(fā)展，經(jīng)歷了天然聚合物阻垢劑、含磷聚合物阻垢劑等。由于天然聚合物藥劑用量大，費(fèi)用高；含磷類阻垢劑不能有效地抑制磷酸鈣和鋅垢以及解決氧化鐵沉淀問題，且本身易形成有機(jī)磷酸垢，特別是隨著人們對(duì)環(huán)保的加強(qiáng)，考慮到磷的污染性，環(huán)保部門已對(duì)磷的使用有了限制，而鉬系處理的方案又存在成本太高的問題，在生產(chǎn)中很難應(yīng)用。所以開發(fā)低磷或無磷的新型綠色阻垢劑已成為國(guó)內(nèi)外水處理劑方面研究的重點(diǎn)。

阻垢劑（scale inhibitor）：是指具有能分散水中的難溶性無機(jī)鹽、阻止或干擾難溶性無機(jī)鹽在金屬表面的沉淀、結(jié)垢功能，并維持金屬設(shè)備有良好的傳熱效果的一類藥劑。冷換設(shè)備防腐阻垢劑以環(huán)氧樹脂和特定氨基樹脂為基料，加入適量的各種防銹、防腐等各種助劑配制而成，為單組分。它具有優(yōu)異的屏蔽、抗?jié)B、防銹性能、良好的阻垢、導(dǎo)熱性，優(yōu)良的耐弱酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑等性能，它的附著力強(qiáng)，且膜層光亮、柔韌、致密、堅(jiān)硬。

緩蝕阻垢劑的作用機(jī)理分為：絡(luò)和增溶作用、晶格畸變作用、靜電斥力作用。 　　

絡(luò)和增溶作用是共聚物溶于水后發(fā)生電離，生成帶負(fù)電性的分子鏈，能與水中Ca2+、Mg2+等陽離子形成可溶性的絡(luò)合物或螯合物，阻止與其成垢陰離子(如CO32-、PO43-和SiO32-等)的接觸，使得成垢的幾率大大下降，提高了冷卻水中Ca2+、Mg2+的允許濃度，相對(duì)來說就增大了鈣、鎂鹽的溶解度。如：聚磷酸鹽水溶液中產(chǎn)生(-P-O-P-O-P-)鍵，它能與Ca2+形成螯合物。

凝聚與分散作用，也有研究解蝕為晶格畸變作用，由分子中的部分官能團(tuán)在無機(jī)鹽晶核或微晶上，占據(jù)了一定位置，阻礙和破壞了無機(jī)鹽晶體的正常生長(zhǎng)，減慢了晶體的增長(zhǎng)速率，從而減少了鹽垢的形成。

分散作用的結(jié)果是阻止成垢粒子間的相互接觸和凝聚，從而可阻止垢的生長(zhǎng)。成垢粒子可以是鈣、鎂離子，也可以是由千百個(gè)CaCO3和MgCO3分子組成的成垢顆粒，還可以是塵埃、泥沙或其他水不溶物。對(duì)于聚羧酸鹽類聚合物阻垢劑，在水溶液中解離生成的陰離子在與CaCO3微晶碰撞時(shí)，會(huì)發(fā)生物理化學(xué)吸附現(xiàn)象，使微晶表面形成雙電層。在吸附產(chǎn)物碰到其它聚羧酸鹽離子時(shí)，會(huì)把已吸附的晶體轉(zhuǎn)移過去，出現(xiàn)晶粒的均勻分散現(xiàn)象，從而阻礙晶粒間及晶粒與金屬表面間的碰撞，減少溶液中的晶核數(shù)，進(jìn)而將CaCO3穩(wěn)定在水溶液中。

靜電斥力作用是共聚物溶于水后吸附在無機(jī)鹽的微晶上，使微粒間斥力增加，阻礙它們的聚結(jié)，使它們處于良好的分散狀態(tài)，從而防止或減少垢物的形成。

選定地下水或配制水作為實(shí)驗(yàn)用水，加入所要評(píng)定的阻垢劑，在一定的實(shí)驗(yàn)溫度下，蒸發(fā)濃縮至 1.5 倍，達(dá)到 pH 值升高和鈣離子及碳酸氫根離子濃度升高的目的，恒溫靜置10h 后，分析測(cè)定澄清液中的鈣離子含量，以評(píng)定阻垢劑的阻垢性能。

阻垢緩蝕劑的靜態(tài)濃縮阻垢率按式（2-1）計(jì)算：

式中，V0為滴定空白試液試驗(yàn)后所消耗的EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；V1為滴定空白試液試驗(yàn)前所消耗的 EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；V2為滴定加入水處理劑的試液試驗(yàn)后所消耗的 EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；1.5 為濃縮倍數(shù)。

旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室給定條件下，用試片的質(zhì)量損失計(jì)算出腐蝕率和緩蝕率來評(píng)定水處理劑的緩蝕性能。實(shí)驗(yàn)步驟如下。本實(shí)驗(yàn)依照 HG/T 2159—91 的旋轉(zhuǎn)掛片失重法測(cè)定水處理劑的緩蝕性能。實(shí)驗(yàn)儀器采用 ZJ 型浸漬腐蝕實(shí)驗(yàn)儀。試片為 A3 碳鋼試片（50 mm×25 mm×2 mm），實(shí)驗(yàn)水為地下水，實(shí)驗(yàn)溫度 40℃，旋轉(zhuǎn)速度 75r/min，實(shí)驗(yàn)時(shí)間 72 h。腐蝕率(mm/a)和緩蝕率分別由式（2-2）與（2-3）計(jì)算:

式中，W 為實(shí)驗(yàn)后試片的質(zhì)量，g；W0為實(shí)驗(yàn)前試片的質(zhì)量，g；A 為試片的表面積28 cm2；D 為試片的密度，7.850 g/cm3；T 為試片的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，72 h:

工作電極表面經(jīng)處理后，放入電解池中，1h后開始測(cè)試，以自腐電位(Ecor)為基礎(chǔ)，極化位每次遞增20 mV，穩(wěn)定2min后取極化電流值，并在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上描繪出極化曲線，不同測(cè)試條件測(cè)試材質(zhì)相同，極化曲線同在一圖可直接進(jìn)行比較，并且連續(xù)測(cè)試。

　　 緩蝕率=(F空白-F實(shí)驗(yàn)) /F空白×100

　阻垢緩蝕劑種類繁多，通常是一些結(jié)構(gòu)特別化合物的復(fù)配，且要根據(jù)金屬表面狀況、腐蝕介質(zhì)組成及運(yùn)行情況等因素進(jìn)行種類選擇。在水處理中常用的阻垢劑有無機(jī)聚磷酸鹽、有機(jī)膦酸、膦羧酸、有機(jī)膦酸脂、聚羧酸等。

無機(jī)聚合磷酸鹽應(yīng)用較多的是三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉。該類藥劑處理法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便、基建投資少、處理費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，但其穩(wěn)定處理的極限濃縮倍率較低，一般小于1. 6，而且有利于循環(huán)冷卻系統(tǒng)中菌、藻類的繁殖。

三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉在水中生成長(zhǎng)鏈陰離子容易吸附在微小的碳酸鈣晶粒上，同是這種陰離子易于和CO32-置換，從而防止了碳酸鈣的析出。 　　

有機(jī)膦酸具有良好的阻垢效果，較聚磷酸鹽穩(wěn)定，即使在較高的溫度下也不易水解，而且其運(yùn)行維護(hù)方便、加藥設(shè)備簡(jiǎn)單。但有機(jī)膦酸的藥劑價(jià)格較高，單一處理法易造成凝汽器銅管的腐蝕。常用的有ATMP、HEDP、EDTMPS、DTPMPA、PBTCA、BHMT等。對(duì)抑制碳酸鈣、水合氧化鐵或硫酸鈣的析出或沉淀有很好的效果。 　　

膦羧酸有AMPS、EDTMP、PBT-CA等，此系列藥劑含磷量低，由于它具有膦酸和羧酸的結(jié)構(gòu)特性，使其具有良好的阻垢和緩蝕性能，優(yōu)于常用的有機(jī)磷酸鹽，特別在高溫下阻垢性能遠(yuǎn)優(yōu)于常用的有機(jī)磷酸，能提高鋅的溶解度，耐氯的氧化性能好，復(fù)配協(xié)同 性好，適用于高溫、高硬度、高pH、高濃縮倍數(shù)的水質(zhì)條件。其抑制硫酸鈣垢的效果較好，但抑制碳酸鈣垢的效果較差。其毒性低，易水解。 　　

常用的聚合物類水穩(wěn)劑有丙烯酸-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸共聚物(AA/AMPS)、聚丙烯酸(PAA)、水解聚馬來酸酐(HPMA)、馬來酸酐一丙烯酸共聚物(MA/AA)、丙烯酸一丙烯酸酯類共聚物等。

最近市面上又有一種環(huán)保型的緩蝕阻垢劑——聚天冬氨酸（PASP），對(duì)CaCO3、CaSO4·2H2O、BaSO4、SrSO4垢有極其優(yōu)良的阻垢性能， 是一種多功能的阻垢劑，并具有一定的緩蝕性能， 可與多種藥劑復(fù)配組成綠色配方（無磷或低磷）應(yīng)用前景廣闊。

聚天冬氨酸分子中帶負(fù)電的胺羰功能基團(tuán)中的氮原子和氧原子與垢鹽表面鈣離子的靜電作用主導(dǎo)了此類阻垢劑與晶面的吸附特性。功能基團(tuán)的空間位置與特定晶面陽離子間距的匹配性，主導(dǎo)了阻垢劑與垢鹽表面的結(jié)合性能， 從而成為添加劑定量結(jié)構(gòu)-性能相關(guān)(QSAR) 研究中的兩個(gè)關(guān)鍵參量， 或至少是對(duì)阻垢劑阻垢性能起關(guān)鍵作用的微觀參量之一。

目前絕大多數(shù)企業(yè)使用的是復(fù)配藥劑，即利用幾種藥劑的協(xié)同效應(yīng)，在藥劑總量不變的情況下，取得較好的緩蝕、阻垢效果。通常將有機(jī)膦酸、磷羧酸、聚合物及無機(jī)鹽等復(fù)配成適用于水處理的高效緩蝕劑。

成分	代號(hào)	含量	說明
羥基乙叉二膦酸	HEDP	20-25%
羥基乙叉二膦酸.2鈉	HEDP.2Na	3-6%
聚丙烯酸	PAA	1-3%	分子量3000左右
水		余量

此樣品為小分子有機(jī)磷酸與聚合物復(fù)配使用，對(duì)硫酸鈣、碳酸鈣有很好的抵制作用。

特點(diǎn)：有機(jī)磷酸鹽、有機(jī)磷羧酸鹽和磺酸共聚物中加入Zn2+，它與有機(jī)磷酸鹽、有機(jī)磷羧酸鹽和磺酸鹽共聚物之間存在“協(xié)同效應(yīng)”?；撬猁}共聚物有很強(qiáng)的穩(wěn)鋅能力,當(dāng)腐蝕發(fā)生時(shí),陰極區(qū)形成高pH區(qū)域，Zn2+迅速沉積成膜,但膜松軟不牢固,而有機(jī)磷酸鹽等在金屬表面形成的沉積、吸附則起到補(bǔ)膜的作用，與其共同組成致密、牢固的保護(hù)層。