为了适应环保要求的不断变化及更加苛刻的水质条件，我公司自1994年以来，研制了全有机膦碱性配方ZS-401，该配方主要成分为T-225、HEDP、BTA。通过几年的实际运行，ZS-401已不能满足不同工况对水处理的要求，为此，我们对ZS-401进行改进，开发出新型水处理剂ZS-402，使之更适用于高温、高pH值、高硬度的水质，满足了不同工况对水处理剂的要求。
1 水处理剂缓蚀效果的影响因素
1.1 pH值和水温
循环水水温和pH值对水处理剂缓蚀效果的影响，主要表现在对聚磷酸盐类缓蚀剂的影响。有机膦酸盐有较好的稳定性，但也能缓慢水解，当温度大于90℃、pH值较高时，易发生水解，降低其缓蚀性能，故有机膦酸盐类缓蚀剂如ZS-401，使用温度不宜过高，pH值在6～9之间。
1.2 浊度
循环水浊度升高以后，将对一些水处理剂缓蚀效果产生较大影响，如：聚丙烯酸/PBTC/Zn2+水处理剂，当浊度由0升高到10mg/L，其腐蚀速率由0.022mm/a上升到0.419mm/a。其原因可能有以下几方面：引起浊度高的颗粒物质带电荷，高分子化合物比小分子化合物更容易与带电颗粒物质发生吸附作用，从而破坏了复合剂中药剂沉积和阻垢分散能力的平衡，使含高分子聚合物复合剂的缓蚀效果大幅度下降；而对于有些水处理剂，浊度升高对其缓蚀效果有一定影响，但影响程度不大，如丙烯酸和AMPS共聚物/HEDP/PBTC浊度由0增大到50mg/L，腐蚀速率由0.611mm/a上升至0.895mm/a。
1.3 氯化物和硫酸盐
氯化物和硫酸盐类对有机膦酸盐的缓蚀作用有较大影响，当氯离子和硫酸根离子浓度超过1000mg/L以上时，其缓蚀效果显著降低。
我公司循环水系统补水含盐量较高，氯离子浓度平均为110mg/L左右，在黄河枯水期，循环水中氯离子浓度在300～350mg/L之间，氯离子与硫酸根之和也在1000～1100mg/L，使ZS-401的应用受到限制。
1.4 铁离子
铁离子对不同类型水处理剂的缓蚀效果的影响见图1。

从图1可以看出，铁离子对①类水处理剂缓蚀效果影响不大，而对②、③类水处理剂缓蚀效果影响较大，当铁离子浓度由0增大到1mg/L，腐蚀速率急剧上升，若继续增加铁离子浓度，腐蚀速率增加的幅度降低。经分析，认为铁离子极易以氢氧化铁沉积到金属表面形成疏松的沉积物，引起严重的垢下腐蚀，而且隔断了低浓度的缓蚀剂与金属表面作用，从而使腐蚀速率大大加快；氢氧化铁颗粒悬浮在循环水中，对药剂有吸附作用，降低水中药剂有效浓度，导致水处理剂缓蚀效果下降。
1.5 钙硬和碱度
钙硬和碱度对非阳极型药剂缓蚀效果的影响结果见图2。
从图2可以看出，复合剂在较低钙硬和碱度时缓蚀效果不好，它们的缓蚀效果随钙硬和碱度的增加而显著增加，如①类水处理剂，其原因可能是随着水中钙硬和碱度的增大，沉积趋势增强，使复合剂在水中的沉积能力和阻垢分散能力逐步达到平衡，从而使复合剂的缓蚀效果随着水中钙硬和碱度的增加而增加；复合剂在较低钙硬和碱度时缓蚀效果良好它们的缓蚀效果不再随钙硬和碱度的增加而明显增加，如第②类水处理剂；复合剂在较低钙硬和碱度时缓蚀效果良好，它们的缓蚀效果随钙硬和碱度的增加而下降，如第③类处理剂。
1.6 余氯
余氯会使铜缓蚀剂缓蚀效果大为降低，BTA对氧化作用的抵抗力很强，但当它与自由性余氯同时存在时，则丧失了对铜的缓蚀作用，而在氯消失后，其缓蚀作用才得以恢复，因此循环水中应严格控制余氯含量为0.5～1.0mg/L。另外HEDP受温度及余氯影响较大，当温度大于60℃，余氯大于1.0mg/L，HEDP就可能水解，且温度越高，余氯越大，有机膦酸盐的水解率越高。
2 循环水水质对水处理剂阻垢效果的影响因素
2.1 水温
水温在50℃以上时，水垢附着速度开始加大，水温在60℃以上时，水垢显著增多，同时水温对水处理剂的阻垢效率影响较大，钙离子浓度为250mg/L，碳酸氢根离子浓度250mg/L，pH值=8.0，我们选用三种水处理剂进行实验，实验结果见图3。

从图3可以看出，当温度在50℃时，阻垢率均在90%以上，当温度上升至60℃时，阻垢率开始下降，①类水处理剂阻垢率下降幅度较缓，②、③类水处理剂阻垢效果均大幅下降。
2.2 pH值
pH值对聚磷酸盐类阻垢剂影响较大，当pH值大于7.5或pH值小于6.5时聚磷酸盐的水解速度增大，同时pH值对一些共聚物阻垢效果也有一定影响，pH值低于9.4，共聚物具有优良的阻垢性能，当pH值继续增加，阻垢效率急剧下降。主要原因可能是由于pH值增加，碳酸钙的生成速度提高，共聚物阻垢效率下降；随着pH值降低，溶液中与钙离子反应的碳酸根离子减少，降低了碳酸钙生成速度，阻垢效果上升。
2.3 钙硬和碱度
一般认为酸性配方对钙离子的容忍度较低；全有机膦碱性配方有较高的钙容忍度。
碳酸根离子初始浓度为200mg/L，pH值为10.08，磺酸共聚物类水处理剂浓度为10mg/L，50℃恒温24h条件下测定钙离子浓度与共聚物阻垢率关系见图4。
由图4可知，随着钙离子浓度的增加，共聚物阻垢效果缓慢下降，表明磺酸共聚物有较高的钙容忍度。另外据资料报道，有机膦羧酸在高硬、高碱度水中阻垢性能也非常良好。
此外，水处理剂浓度、表面活性剂、水流速度等都对水处理剂阻垢效果有一定影响。
3 配方改进措施及效果　我们现在所用水源中钙硬较高，当循环水浓缩倍数在2.5～3.0倍以上时，水中钙硬+碱度往往超过1100mg/L，这就要求水处理剂具有较高的钙容忍度。ZS-401已经不能满足现有水质需要。
3.1 配方改进措施
ZS-401是以丙烯酸—丙烯酸羟丙酯多元聚合物为主分散剂，以有机多元膦酸为阻垢剂和缓蚀剂，以有机唑类为铜缓蚀剂的一种全有机碱性水处理剂。为适应我公司循环水系统高pH值、高硬度、高铁离子等条件，我们开发研制了ZS-402水处理剂，该配方以美国Rohm&hass公司研制的丙烯酸—有机磺酸型聚合物(AA-AMPS)为基础，与HEDP、PBTCA等协同作用，是一种高效多功能缓蚀、阻垢分散剂。配方中以聚合物为基础的水垢抑制剂，提高了保护膜的缓蚀能力；同时配方中的新型丙烯酸类多元聚合物吸附在结垢成分的微晶上，控制结晶生长速度和分散微结晶而使结垢速率显著降低。配方中选用了两种缓蚀剂，并且可以任意加锌盐，组分中的PBTCA具有很好的固锌作用。该配方有更广泛的水质范围，pH值：8.5～9.3，氯离子<350mg/L，钙硬+碱度小于1200mg/L，电导小于4000μS/cm。
3.2 ZS-402的使用效果
ZS-401与ZS-402阻碳酸钙垢、阻磷酸钙垢性能对比见图5、图6。

从图中可以看出，ZS-402与ZS-401相比，对碳酸钙垢和磷酸钙垢的抑制效果显著提高。当药剂浓度为60mg/L时，对碳酸钙垢的阻垢效率由64%提高到96%；对磷酸钙垢的阻垢效率由11%提高到60%。两种配方的缓蚀性能对比见表1。

从表1可以看出，ZS-402在含盐量较高的情况下具有优良的缓蚀性能。
4 结论
改进后的配方ZS-402由于加入了磺酸共聚物，对氢氧化铁具有良好的分散作用。在高氯条件下仍然对金属的均匀腐蚀具有良好的抑制效果，可将循环水中氯离子控制在350mg/L以下。同时ZS-402对碳酸钙垢、磷酸钙垢的抑制效果优良，更适用于高温、高pH值、高硬度的水质，可使钙离子控制在150～500mg/L，碱度小于650mg/L。ZS-402较宽的水质适应性，满足了不同工况对水处理的要求。