极限碳酸盐硬度法评定阻垢剂的试验研究
对于工业循环冷却水系统中的结垢问题，一般采取的方法是向系统中投加阻垢剂来增加难溶盐的过饱和度，以避免其在系统中的沉积。因此，根据具体的水质条件合理地选择和使用阻垢剂对控制循环冷却水系统安全、稳定运行具有重要意义。传统的阻垢剂性能评价方法主要包括静态法和鼓泡法，其中静态法又分为浓缩和不浓缩两种方法。上述方法的主要缺陷是重现性较差，试验条件与实际循环冷却水系统的运行条件差别较大，测得的阻垢剂性能与实际应用效果不相符合等。极限碳酸盐硬度法也是一种评定阻垢剂性能的方法。与传统方法相比，极限碳酸盐硬度法的试验条件与实际系统的运行条件zui为接近，因此对阻垢剂性能的评价也zui为客观。对于极限碳酸盐硬度法，保持系统内的水量恒定是试验的首要条件。长期以来，试验人员均是通过定时或不定时地人工补水来实现“恒液位”，劳动强度较大，数据采集也不准确。本试验采用北京汇博隆仪器有限公司的极限碳酸盐硬度测定仪，效果良好。
1、原理
循环冷却水中无机垢的形成过程是水溶液中难溶盐结晶析出的过程。该过程主要包括以下三个步骤：（1）水分蒸发浓缩形成难溶盐的过饱和溶液；（2）晶核的形成；（3）晶核长大为宏观晶体。从晶体生长理论可知，由于成核能障的存在，溶液必须在达到相当高的过饱和度后才能形成晶核，而晶核一旦形成，能障即被越过，就会发生晶体的自动长大，其速度相当大。也就是说晶核的形成是成核过程的速度控制步骤。设原水的碱度为M原，循环水中的碱度为M循。假设无结垢发生，当水浓缩至K倍量时，M循 = K· M原，即M循的增长与K呈直线关系。但是，冷却水在浓缩过程中，由于水中的CO2不断逸出，即pH值不断升高，导致溶解在水中的重碳酸盐的平衡关系被破坏，而受热产生的CaCO3沉积，这时，溶液中出现CaCO3晶微，当达到饱和时，CaCO3晶体逐渐由溶液中析出而产生沉淀。
2、试验方法
2.1试验用水
试验用水为燕山地区自来水。
2.2试验过程
在5L烧杯中加入5L自来水和一定量的阻垢剂；将烧杯置于恒温水浴中，控制温度为60±1℃；开动气泵，向烧杯内鼓入空气，使试验用水均匀地蒸发浓缩；以物位计控制电磁阀的开关，不断向烧杯内补入试验用水，维持烧杯内液位的稳定；当以Ca2+计算的浓缩倍数突然下降时为试验终点，此时测得的Ca2+浓度与总碱度之和即为极限碳酸盐硬度。
2.3取样分析
试验过程中定时取样分析，以监测试液中各种组分的变化情况。分析项目包括Ca2+、总碱度和Cl-。
3、试验结果
3.1阻垢剂的性能
试验对循环冷却水处理常用的三种阻垢剂羟基乙叉二膦酸（HEDP）、2-膦基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）和羟基膦基乙酸（HPAA）的阻垢剂性能进行了评价，HEDP、PBTCA和HPAA的阻垢能力为PBTCA>HEDP>HPAA，这与采用其它阻垢剂评价方法进行试验时得到的结论方向相同，但数据精度不同。试验得到了加有一定浓度阻垢剂的试验用水的极限碳酸盐硬度，对于循环冷却水系统的运行控制，极限碳酸盐硬度比其它方法得到的阻垢率更有价值。
3.2仪器运行控制
试验中，采用北京汇博隆仪器有限公司的极限碳酸盐硬度测定仪，液位波动不超过3mm，水量波动不超过20mL，恒温波动不超过±0.5℃,克服了原来人工补水带来的液位波动大和劳动强度大的不足。很好的解决了科研人员试验中难以准确控制实现的问题，数据采集更加准确，分辨率高，重现性好，指导意义明确。
