磷酸鹽在冷卻水和鍋爐水處理中主要是作緩蝕劑和阻垢劑，其機(jī)理依品種、用途及使用條件的不同而有所差別。就目前來(lái)看，磷酸鹽仍是水處理中選用的重要化工產(chǎn)品。它們?cè)谒幚碇械淖饔靡蛱幚砟康?、被處理水的水質(zhì)和處理方法的不同而異。

工業(yè)循環(huán)冷卻水和鍋爐水處理是磷酸鹽在水處理應(yīng)用中的兩大領(lǐng)域，冷卻水在食品、紡織、造紙、化工、石油、鋼鐵和機(jī)械工業(yè)等的用量是很高的。平均占總用水量的67%。其中又以化工、石油、鋼鐵工業(yè)為最高約占85%～90%。鍋爐水處理是保證鍋爐的熱效率、防止事故、延長(zhǎng)使用壽命，保證鍋爐安全運(yùn)行的重要手段。目前，我國(guó)有40余萬(wàn)工業(yè)鍋爐采用磷酸鹽處理方式處理爐水。

一、磷酸鹽的緩蝕機(jī)理和阻垢機(jī)理

磷酸鹽在冷卻和鍋爐水處理中主要作緩蝕劑和阻垢劑。其作用機(jī)理即為緩蝕機(jī)理和阻垢機(jī)理。

1、緩蝕機(jī)理
磷酸鹽類作為緩蝕劑的緩蝕機(jī)理，依其品種、用途及使用條件不同而有所差別。在循環(huán)冷卻水處理中，使用較多的是聚合磷酸鹽。各種聚合磷酸鹽對(duì)碳鋼都具有較好的緩蝕效果。碳鋼在水中的腐蝕是微電池造成的，其電化學(xué)反應(yīng)式為：
陽(yáng)極反應(yīng)：FeFe2++2e
陰極反應(yīng)：O2+2H2O+4e4OH-
這種機(jī)理認(rèn)為，當(dāng)水中具有一定濃度的Ca2+或其它二價(jià)金屬離子時(shí)，聚合磷酸根離子與Ca2+形成帶正電荷的配離子，這種配離子以膠溶狀態(tài)存在于水溶液中。鋼鐵在水中腐蝕時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)物Fe2+向陰極方向擴(kuò)散移動(dòng)，膠溶狀態(tài)的帶正電荷的聚磷酸鈣配離子可再與Fe2+絡(luò)合，生成以聚磷酸鈣鐵為主要成分的配離子，依靠腐蝕電流沉積于陰極表面，形成沉淀皮膜。這種膜具有一定的致密性，能阻擋溶解氧擴(kuò)散到陰極，即抑制了腐蝕電池的陰極反應(yīng)，從而抑制了整個(gè)腐蝕反應(yīng)。

2、阻垢機(jī)理
聚磷酸鹽在循環(huán)冷卻水處理中常用作阻垢劑。正磷酸鹽作為阻垢劑多用于鍋爐水處理。二者在各自的場(chǎng)合下，按不同的阻垢機(jī)理而發(fā)揮作用。冷卻水中的水垢主要是碳酸鈣垢、磷酸鈣垢、硅酸鈣垢和硅酸鎂垢等。當(dāng)冷卻水中無(wú)過(guò)量的PO3-4或SiO2存在時(shí)，磷酸鈣垢和硅酸鎂垢不容易生成，最容易生成的是碳酸鈣垢。在水中加入少量的聚磷酸鹽就能防止碳酸鈣沉淀析出。之所以能有效阻止碳酸鈣沉淀，是由于聚磷酸鹽有效地控制了晶核形成的速度。此外聚磷酸鹽還能螯合Ca2+、Mg2+等離子，形成單環(huán)螯合物或雙環(huán)螯合物。這樣就破壞了碳酸鈣等晶體的正常生長(zhǎng)過(guò)程，從而阻止了碳酸鈣水垢的形成。
鍋爐的爐內(nèi)水處理常以磷酸三鈉、磷酸二氫鈉和磷酸氫二鈉等作防垢劑，并以不同的機(jī)制發(fā)揮其作用。其主要反應(yīng)如下：
3Ca(HCO3)2+2Na3PO4=Ca3(PO4)2↓+3Na2CO3+3CO2↑+3H2O
3CaSO4+2Na3PO4=Ca3(PO4)2↓+3Na2SO4
3Mg(HCO3)2+2Na3PO4=Mg3(PO4)2↓+3Na2CO3+3CO2↑+3H2O
3MgSO4+2Na3PO4=Mg3(PO4)2↓+3Na2SO4
當(dāng)水溫相當(dāng)高，并有足夠的堿度時(shí)，磷酸鈣會(huì)變成水渣狀的羥基磷灰石Ca10(OH)2(PO4)6，反應(yīng)如下：
10Ca3(PO4)2.H2O+6NaOH=3Ca10(OH)2(PO4)6+2Na3PO4+10H2O
生成的水渣，可隨鍋爐排污排至爐外。
而磷酸鎂易形成二次水垢，且很難用機(jī)械方法除掉，在爐水中加入一定量的硅酸鹽時(shí)，磷酸鎂可按下式繼續(xù)反應(yīng)：
Mg3(PO4)2+2Na2SiO3+2NaOH+H2O=3MgO.2SiO2.2H2O+2Na3PO4
生成的蛇紋石(3MgO.2SiO2.2H2O)是一種不粘附于金屬壁上的泥渣。
對(duì)于堿性水質(zhì)，為了避免爐水堿度過(guò)高，可用磷酸二氫鈉或磷酸氫二鈉代替磷酸三鈉。

二、磷酸鹽在水處理中的作用

磷酸鹽在水處理過(guò)程中究竟起緩蝕作用，還是起阻垢作用，要看具體配方的成分、使用條件和磷酸鹽用量。如聚磷酸鹽在低劑量時(shí)起阻垢作用，高濃度時(shí)起緩蝕作用。

1、在循環(huán)冷卻水處理中的作用
以聚磷酸鹽作為主要緩蝕劑的處理方法，在國(guó)內(nèi)外的循環(huán)冷卻水處理中已得到較為普遍應(yīng)用。目前因緩蝕阻垢效果及環(huán)保方面的因素，各國(guó)都在研制改進(jìn)磷系配方。

① 用磷酸鹽取代聚磷酸鹽
聚磷酸鹽在使用時(shí)的明顯弊病之一就是會(huì)水解成正磷酸鹽，在冷卻水中造成磷酸鈣沉積，進(jìn)而促進(jìn)垢下腐蝕。用磷酸鹽復(fù)合劑取代聚磷酸鹽是一條改進(jìn)磷系配方性能的有效途徑。推薦磷酸鹽使用量2～20mg/L。

② 用新型含磷聚合物阻止磷酸鈣沉積
在繼續(xù)使用聚磷酸鹽的基礎(chǔ)上，加入新型對(duì)阻止磷酸鈣沉積有特殊功效的藥劑，既達(dá)到緩蝕效果又起到阻垢目的。如有機(jī)膦酸鹽對(duì)鈣、鎂等兩價(jià)離子不僅具有明顯的低限制作用，而且對(duì)其它藥劑還有增效協(xié)同作用，它們具有無(wú)毒，無(wú)污染，用量少，不易水解以及在高溫、高PH值下穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。

③ 與磷系配方配合使用的殺菌滅藻劑
聚磷酸鹽和磷酸鹽都有促進(jìn)微生物繁殖作用。由于原水中含有大量的微生物，在使用原水作為循環(huán)冷卻水時(shí)，微生物易在器壁、管路聚集繁殖，使管道阻力增大，甚至堵塞，導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降。因此，目前與磷系配方配合使用的有季銨鹽類、季磷鹽、戊二醛、異噻唑啉酮等新型非氧化性殺菌滅藻劑。

2、在鍋爐水處理中的作用
鍋爐水處理就是防止鍋爐結(jié)垢、腐蝕和蒸氣品質(zhì)惡劣。磷酸鹽除可用作鍋爐的防垢劑外，還可作緩蝕劑。隨著工業(yè)鍋爐工況的改革，磷酸鹽處理技術(shù)也經(jīng)歷了高磷酸鹽處理、協(xié)調(diào)磷酸鹽-PH處理、精確控制、等成分磷酸鹽處理、平衡磷酸鹽處理、低磷酸鹽-低氫氧化鈉處理等改革過(guò)程。它的每一次技術(shù)改進(jìn)，都針對(duì)性解決了控制中的某些技術(shù)難題。高磷酸鹽處理([PO3-4]=10～30mg/L)，其作用主要是為了控制鈣、鎂水垢的生成，加入Na3PO4使鍋爐水中鈣硬、鎂硬渣轉(zhuǎn)化為容易隨排污排除的軟渣。但其結(jié)垢仍然比較嚴(yán)重，需要頻繁的化學(xué)清洗除垢。協(xié)調(diào)磷酸鹽-PH處理([PO3-4]=3～50mg/L)和精確控制([PO3-4]=2～4mg/L)磷酸鹽處理，在實(shí)際應(yīng)用中仍因苛性鈉腐蝕嚴(yán)重而遭淘汰。等成分磷酸鹽處理([PO3-4]=2～8mg/L)，保證了沉積時(shí)固、液成分的協(xié)調(diào)一致。但還是存在著酸性磷酸鹽腐蝕問(wèn)題。低磷酸鹽處理([PO3-4]=1mg/L)，是將爐水中磷酸鹽含量大幅度降低，消除酸性磷酸鹽的腐蝕問(wèn)題，而“苛性腐蝕”問(wèn)題主要由爐水中酸性物質(zhì)如氯化物、硫酸鹽控制。

平衡磷酸鹽處理([PO3-4]2.4mg/L，pH=9.0～9.7，Na+/PO3-4=3.0～3.5[NaOH]1.0mg/L)其主要作用是盡量降低爐水中磷酸鹽含量，使之達(dá)到平衡水平。爐水PH值穩(wěn)定，爐管腐蝕問(wèn)題大大減少，鍋爐的化學(xué)清洗周期延長(zhǎng)一倍。而低磷酸鹽-低氫氧化鈉處理([PO3-4]=0.2～1.0mg/L，pH=9.1～9.6，[NaOH]=0.2～0.8mg/L)，是對(duì)平衡磷酸鹽處理的改進(jìn)。平衡磷酸鹽處理和低磷酸鹽-低氫氧化鈉處理的出現(xiàn)，使得已在鍋爐爐水中使用70多年的磷酸鹽處理技術(shù)得以存在和發(fā)展，并會(huì)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)起主導(dǎo)作用。