เชิงนามธรรม
EDTA tetrasodium (เกลือเอทิลีนไดอามีนเตตร้าโซเดียม, EDTA·Na₄) เป็นสารคีเลตอะมิโนโพลีคาร์บอกซีเลตประสิทธิภาพสูง-ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในน้ำหล่อเย็นหมุนเวียนทางอุตสาหกรรม น้ำป้อนหม้อไอน้ำ น้ำในกระบวนการเมมเบรน และการบำบัดน้ำเสียทางอุตสาหกรรม ค่านิยมหลักของมันอาศัยโครงสร้างการประสานคีเลตที่เป็นเอกลักษณ์เพื่อให้เกิดฟังก์ชันสองประการในการป้องกันการตกตะกอนของตะกรันใหม่และการละลายตะกรันอนินทรีย์ที่เกิดขึ้น ขณะเดียวกันก็ยับยั้งการกัดกร่อนของตัวเร่งปฏิกิริยาของโลหะที่เกิดจากไอออนของโลหะหนักในน้ำ เอกสารนี้อธิบายกลไกการป้องกัน-การตะกรันและการขจัดตะกรันอย่างเป็นระบบ สภาพการทำงานที่เกี่ยวข้อง ข้อกำหนดการจ่ายน้ำสำหรับระบบน้ำอุตสาหกรรมทั่วไป และหมายเหตุทางเทคนิคที่ตรงกัน
EDTA-โครงสร้างโลหะคีเลต
สูตรโมเลกุล EDTA เตตระโซเดียม
1 คุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์พื้นฐานของ EDTA Tetrasodium
ลักษณะที่ปรากฏ: ผงผลึกสีขาว ละลายได้ง่ายในน้ำเย็น/ร้อน สารละลายที่เป็นน้ำ 1% pH=11.0~12.5 เป็นด่างโดยธรรมชาติโดยไม่ต้องเติมอัลคาไลเพิ่มเติมสำหรับระบบน้ำอัลคาไลน์
โครงสร้างโมเลกุล: อะตอมไนโตรเจนเอมีน 2 อะตอม + 4 อะตอมออกซิเจนแบบคาร์บอกซิเลทมีจุดประสานงาน 6 ตำแหน่ง ก่อตัวเป็นคีเลตวงแหวนที่มีสมาชิก 5- อะตอมที่เสถียร พร้อมด้วยแคตไอออนของโลหะไดวาเลนต์/ไตรวาเลนท์ (Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺/Fe³⁺, Cu²⁺, Mn²⁺, Pb²⁺)
ความคงตัวของคีเลต: สารเชิงซ้อน EDTA ของโลหะ-สามารถละลายได้ภายใต้ pH ที่กว้าง (7–13) และอุณหภูมิ น้อยกว่าหรือเท่ากับ 180 องศา ทนทานต่อการสลายตัวด้วยความร้อนและการตกตะกอนทุติยภูมิ ความคงตัวที่เหนือกว่าซิเตรต กลูโคเนต และคีแลนท์อินทรีย์อื่นๆ
2 หลักการทำงานของการยับยั้งตะกรันและการกำจัดตะกรัน
2.1 หลักการยับยั้งตะกรัน (ป้องกันการเกิดตะกรันใหม่)
ตะกรันในน้ำอุตสาหกรรมส่วนใหญ่เกิดจากการตกตะกอนของ CaCO₃, Mg(OH)₂, CaSO₄, เหล็กออกไซด์ที่เกิดจากไอออนความกระด้างหลังจากความเข้มข้นของน้ำ, การให้ความร้อน และ pH เพิ่มขึ้น
กลไกการขับล้างการแยกตัว (การกระทำหลัก)
EDTA เทตระโซเดียมจับ Ca²⁺, Mg²⁺ อิสระในน้ำปริมาณมากเป็นพิเศษเพื่อสร้าง-สารประกอบคีเลตเสถียรที่ละลายน้ำได้ ช่วยลดความเข้มข้นที่มีประสิทธิผลของสเกลอิสระ-ที่ก่อตัวเป็นแคตไอออน ปิดกั้นปฏิกิริยาระหว่างไอออนความกระด้างและอนุมูลคาร์บอเนต/ซัลเฟต/ไฮดรอกไซด์ เพื่อหลีกเลี่ยงการตกตะกอนของเกลือแร่ที่ไม่ละลายน้ำ และการเกาะติดของตะกรันบนผนังท่อ ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน และพื้นผิวท่อหม้อไอน้ำ ปริมาณสารสัมพันธ์ของปฏิกิริยาคืออัตราส่วนประมาณ 1:1 โมลาร์ระหว่าง EDTA เตตระโซเดียมและไอออนของโลหะ
เอฟเฟกต์เสริมการบิดเบือนคริสตัล
ติดตามโมเลกุล EDTA ที่ตกค้างดูดซับบนตาข่ายคริสตัลที่กำลังเติบโตในระดับตั้งไข่ ทำลายการจัดเรียงคริสตัลปกติ ตะกรันจะกลายเป็นตะกอนอสัณฐานหลวมๆ แทนที่จะเป็นตะกรันแข็งที่มีขนาดกะทัดรัด ง่ายต่อการชะล้างโดยการไหลของน้ำหมุนเวียนโดยไม่ต้องยึดติดกับผนัง
การทำงานร่วมกันในการป้องกันการกัดกร่อน-เพื่อการควบคุมตะกรันทางอ้อม
คีเลตติดตามFe³⁺, Cu²⁺ในน้ำซึ่งกระตุ้นการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าของอุปกรณ์เหล็กกล้าคาร์บอน ลดผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนของเหล็กไฮดรอกไซด์ (องค์ประกอบหลักหนึ่งของมาตราส่วนคอมโพสิต) ที่เกิดจากการกัดกร่อนของท่อ ยับยั้งการก่อตัวของตะกรันคอมโพสิตที่มีเหล็กออกไซด์ทางอ้อม
2.2 หลักการกำจัดตะกรัน (ละลายตะกอนแข็งที่มีอยู่)
สำหรับตะกรันอนินทรีย์ที่เจริญเต็มที่ (ตะกรันแคลเซียมคาร์บอเนต ตะกรันยิปซั่ม ตะกรันคอมโพสิตสนิมเหล็ก) ที่สะสมอยู่บนผนังด้านในของอุปกรณ์ EDTA เตตระโซเดียมจะทำการขจัดตะกรันด้วยสองวิธี:
สเกลการละลายการแลกเปลี่ยนไอออนของพื้นผิว
แอนไอออน EDTA กระจายเข้าไปในรูพรุนขนาดเล็ก-ที่เป็นของแข็ง แทนที่อนุมูลคาร์บอเนต/ซัลเฟตที่รวมกับ Ca/Mg ในระดับ; ตะกรันแร่ที่ไม่ละลายน้ำดั้งเดิมจะเปลี่ยนเป็น EDTA-โลหะคีเลตที่ละลายได้ และละลายเป็นสารละลายทำความสะอาดที่หมุนเวียนไปเรื่อยๆ ชั้นของตะกรันจะลอกออกเองตามธรรมชาติ
การเปลี่ยนแปลงการทำงานร่วมกันของอัลคาไลสำหรับขนาดซัลเฟตทนไฟ
สำหรับเกล็ดยิปซั่ม CaSO₄ ที่ละลายยาก-ถึง- ให้ผสม EDTA เตตระโซเดียมกับโซเดียมคาร์บอเนต คาร์บอเนตจะเปลี่ยน CaSO₄ ให้เป็นสารตัวกลาง CaCO₃ แบบหลวม จากนั้น EDTA จะคีเลตแคลเซียมอย่างรวดเร็วจากเกล็ดคาร์บอเนตที่แปลงแล้วเพื่อให้ละลายได้เต็มที่ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการขจัดตะกรันยิปซั่มหนักในหม้อไอน้ำและหอทำความเย็น
3 สถานการณ์การใช้งานที่เหมาะสมและวิธีการจ่ายตามการจำแนกประเภทน้ำอุตสาหกรรม
3.1 ระบบน้ำหล่อเย็นแบบหมุนเวียน (หอหล่อเย็นสภาพอากาศ- วงจรทำความเย็นการผลิตทางอุตสาหกรรม)
เป้าหมายการใช้งาน: ป้องกันตะกรันคาร์บอเนต Ca/Mg + ตะกรันโคลนเหล็กบนตัวแลกเปลี่ยนความร้อน
สภาพการทำงาน: ค่า pH ของน้ำหมุนเวียนปกติ=7.5~9.5 อุณหภูมิของน้ำ 30~55 องศา ความเข้มข้นหลายเท่า 2.0~4.5
โหมดการจ่าย: การป้อนแบบหยด-อย่างต่อเนื่องในท่อน้ำเข้าที่หล่อเย็น
ปริมาณมาตรฐาน:
① น้ำดิบที่มีความกระด้างต่ำ- (ความกระด้างรวม ＜200มก./ลิตรในรูปของ CaCO₃): 8~25 มก./ลิตร (ขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำที่หมุนเวียน)
② น้ำดิบที่มีความกระด้างสูงปานกลาง- (200~500มก./ลิตร): 30~60 มก./ลิตร; ร่วมมือกับสารยับยั้งระดับฟอสโฟเนตอินทรีย์จำนวนเล็กน้อยเพื่อลดต้นทุน EDTA
หมายเหตุการปฏิบัติงาน: ทดสอบปริมาณ EDTA ที่ไม่มีสารตกค้างในน้ำหมุนเวียนเป็นระยะๆ (ควบคุมสารตกค้าง 3~8 มก./ลิตร) เพื่อปรับปริมาณ สารคีแลนท์ที่ตกค้างสามารถยับยั้งการเกิดสเกลรองได้อย่างต่อเนื่อง
3.2 หม้อน้ำอุตสาหกรรม ป้อนน้ำ & ขจัดตะกรันแบบออน- ของหม้อไอน้ำ
A. การยับยั้งตะกรันเชิงป้องกันสำหรับการทำงานของหม้อไอน้ำในแต่ละวัน
ใช้งานได้: หม้อต้มอุตสาหกรรมแรงดันปานกลาง- (แรงดันใช้งาน ＜2.5MPa ความกระด้างของน้ำป้อนน้อยกว่าหรือเท่ากับ 150 มก./ลิตร)
การให้ยา: ละลาย EDTA เตตระโซเดียมลงในถังน้ำป้อนก่อน จากนั้นให้เติมต่อเนื่องด้วยปั๊มน้ำป้อน ปริมาณที่คำนวณโดยความกระด้างรวมของน้ำป้อน: อัตราส่วนโมล EDTA : ความกระด้างทั้งหมด =1.05~1.1:1 (ส่วนเกินเล็กน้อยสำหรับค่าคีเลชั่นส่วนเกิน)
B. การทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบออฟไลน์-เพื่อกำจัดตะกรันเก่าของหม้อไอน้ำ
สูตรทำความสะอาด: สารละลายน้ำ EDTA เตตระโซเดียม 3%~8% เติม NaOH เพื่อปรับ pH ของของเหลวทำความสะอาด=10.0~11.5 (ช่วง pH คีเลชั่นที่เหมาะสมที่สุดสำหรับ EDTA-4Na)
การก่อสร้าง: การทำความสะอาดด้วยการไหลเวียนที่ 50 ~ 70 องศาเป็นเวลา 8 ~ 24 ชั่วโมง; ตรวจสอบปริมาณแคลเซียมในของเหลวของเสียในการทำความสะอาด หยุดการทำความสะอาดเมื่อความเข้มข้นของแคลเซียมคงที่โดยไม่เพิ่มขึ้น (ตะกรันละลายจนหมด) ระบายเหล้าเสียและล้างหม้อต้มด้วยน้ำสะอาด
3.3 การบำบัดน้ำป้อนเมมเบรน RO/NF (ป้องกัน-การเปรอะเปื้อนของเมมเบรน)
ฟังก์ชั่น: ความแข็งของคีเลตและไอออนของโลหะหนักเพื่อป้องกันขนาดอนินทรีย์ที่ปิดกั้นรูขุมขนของเมมเบรน หลีกเลี่ยงการเปรอะเปื้อนขององค์ประกอบเมมเบรนจากการตกตะกอนของเกลือแคลเซียม
ปริมาณ: 5~15 มก./ลิตร จ่ายต่อเนื่องก่อนตัวกรองความปลอดภัยของหน่วย RO; จับคู่กับสารป้องกันตะกรันเพื่อยืดอายุการใช้งานของเมมเบรน
3.4 การบำบัดน้ำเสียอุตสาหกรรมที่มีโลหะหนัก (การชุบด้วยไฟฟ้า, น้ำเสียจากการดองบนพื้นผิว)
การใช้งาน: จับ Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺ เพื่อสร้างคีเลตที่ละลายน้ำได้อย่างเสถียร การตกตะกอนหรือการแยกเมมเบรนที่ตามมาจะกำจัดโลหะหนักออกจากน้ำเสียเพื่อให้ได้มาตรฐานการปล่อยทิ้ง
ปริมาณ: คำนวณโดยความเข้มข้นของฟันกรามของโลหะหนักทั้งหมดในน้ำเสีย, EDTA ส่วนเกินอัตราส่วนฟันกราม 5% ~ 10%; ปรับ pH=9~11 เพื่อให้ได้ผลคีเลชั่นที่ดีที่สุด
4 ปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อผลการบริการและข้อควรระวังทางเทคนิค
4.1 ปัจจัยที่มีอิทธิพล
ค่า pH: pH ในการทำงานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับ EDTA tetrasodium: 9.5~12; ค่า pH ＜7 ทำให้เกิดการโปรตอนของ EDTA และความสามารถในการคีเลชันลดลง สภาพแวดล้อมที่เป็นด่างรับประกันการแยกตัวของกลุ่มคาร์บอกซิเลทอย่างสมบูรณ์เพื่อประสิทธิภาพการประสานงานสูงสุด
อุณหภูมิ: อัตราคีเลชั่นจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ 40~80 องศาดีที่สุดสำหรับการขจัดตะกรันในการก่อสร้าง อุณหภูมิสูงกว่า 200 องศาทำให้เกิดการสลายตัวของโมเลกุล EDTA บางส่วน
การควบคุมขนาดยา: ขนาดยาต่ำจะได้ผลต้าน-ตามเกณฑ์เท่านั้น EDTA ที่ไม่เพียงพอไม่สามารถแยกความแข็งได้เต็มที่ ปริมาณที่มากเกินไป-ในระยะยาว-จะกัดกร่อนฟิล์มเหล็กออกไซด์แบบพาสซีฟเล็กน้อยบนพื้นผิวอุปกรณ์เหล็กกล้าคาร์บอน และเร่งการกัดกร่อนของโลหะระดับอ่อน
4.5 หมายเหตุการปฏิบัติงานจริง
การเพิ่มประสิทธิภาพการผสมสูตร: สำหรับน้ำดิบซัลเฟตที่มี-ความแข็งสูง-สูง ให้ผสม EDTA เตตระโซเดียมกับโพลีอะคริเลต กรดฟอสโฟนิกอินทรีย์ เพื่อลดปริมาณ EDTA เดี่ยวและลดต้นทุนการดำเนินการ
การกำจัดของเหลวเสีย: น้ำเสียจากโลหะคีเลต EDTA- เป็นเรื่องยากสำหรับการย่อยสลายทางชีวเคมีแบบเดิมๆ ของเหลวเสียจากการขจัดตะกรันที่มีความเข้มข้นสูง-ใช้การตกตะกอนที่เป็นกรดเพื่อนำ EDTA ที่เป็นของแข็งกลับมาใช้ใหม่เป็นวงจรหลังการกรอง ลดการใช้สารเคมีและมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม
ข้อกำหนดในการจัดเก็บ: การจัดเก็บแบบแห้งที่ปิดสนิทเพื่อหลีกเลี่ยงความชื้น หลีกเลี่ยงการผสมกับสารเคมีที่เป็นกรดแก่เพื่อป้องกันการตกตะกอนของ EDTA
5 ข้อดีและข้อจำกัดในการบำบัดน้ำอุตสาหกรรม
ข้อดี
การคีเลชั่นสเปกตรัม-แบบกว้าง: มีประสิทธิภาพสำหรับคาร์บอเนต ซัลเฟต คอมโพสิตไอร์ออนออกไซด์พร้อมกัน สารอเนกประสงค์-ในสถานการณ์ต่างๆ
การปรับอุณหภูมิและค่า pH ได้กว้าง ประสิทธิภาพของคีเลตที่เสถียรภายใต้ความผันผวนของคุณภาพน้ำที่แปรผัน
โครงสร้างการขจัดตะกรันแทบไม่-กัดกร่อนวัสดุฐานของเหล็กกล้าคาร์บอน ทองแดง และสเตนเลส เมื่อเทียบกับการดองด้วยกรดเข้มข้น ช่วยลดความเสี่ยงต่อความเสียหายต่อการกัดกร่อนของอุปกรณ์
ข้อจำกัด
ต้นทุนวัตถุดิบสูง ไม่ประหยัดสำหรับน้ำหมุนเวียนเปิดขนาดใหญ่พิเศษ-ที่มีความแข็งสูงเป็นพิเศษเพียงอย่างเดียว ส่วนใหญ่ใช้เป็นตัวแทนเสริมหรือตัวแทนขจัดตะกรันระบบเข้มข้น
ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพได้ไม่ดีในแหล่งน้ำธรรมชาติ EDTA ที่ปล่อยออกมามากเกินไปทำให้เกิดการ-เคลื่อนย้ายโลหะหนักในตะกอน ควบคุมความเข้มข้นของน้ำเสียที่ผ่านการบำบัดอย่างเข้มงวด
บทสรุป
EDTA เตตระโซเดียมขึ้นอยู่กับ-การประสานการประสานงานหลายไซต์เพื่อให้เกิดการป้องกันและกำจัดตะกรันอนินทรีย์ในน้ำอุตสาหกรรมแบบผสมผสาน คุณลักษณะอัลคาไลน์ตรงกับระบบน้ำอัลคาไลน์อุตสาหกรรมส่วนใหญ่โดยไม่ต้องปรับ pH เพิ่มเติม ในทางวิศวกรรมเชิงปฏิบัติ ให้เลือกการใช้งานอิสระหรือสูตรผสมตามความกระด้างของน้ำดิบ อุณหภูมิของระบบ และประเภทอุปกรณ์ การควบคุมปริมาณที่เหมาะสมสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการป้องกัน-การเกิดตะกรันและการขจัดตะกรันให้สูงสุด ในขณะเดียวกันก็ลดต้นทุนการบำบัดน้ำที่ครอบคลุม