CN101172718B

CN101172718B - 一种阻垢剂及其在水处理中的应用

Info

Publication number: CN101172718B
Application number: CN200610137772A
Authority: CN
Inventors: 周霖; 曹栩然; 平春霞; 王峰; 邢琳; 聂晋峰
Original assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: CN101172718A

Abstract

本发明提供了一种阻垢剂及其使用方法。该阻垢剂包括：多氨基多醚基亚甲基膦酸、聚环氧琥珀酸、丙烯酸类聚合物和有机膦酸。该阻垢剂适用于高钙、高硫酸根、高可溶性硅水质，具有良好的阻垢分散效果。将其引入高浓度反渗透水处理系统，可以有效抑制碳酸钙盐、硫酸盐、硅酸盐等无机盐类在膜表面沉积、结垢，延长反渗透膜的清洗周期。

Description

一种阻垢剂及其在水处理中的应用

技术领域

本发明涉及一种水处理剂，特别是涉及一种适用于高硬、高盐水质的阻垢剂以及该阻垢剂在反渗透等水处理过程中的使用方法。

背景技术

反渗透技术是一种广泛用于海水和苦咸水淡化的节能、高效的水处理技术。该技术通过给水体加压，使水分子通过膜元件形成产水，溶解盐类的水化离子或大分子被膜元件阻留形成浓水。在浓水一侧，由于溶解的物质被浓缩，会使其中难溶物质析出，在膜元件表面沉积成垢，造成膜污染，影响反渗透装置的运行。在反渗透水处理系统中投加一定量的阻垢剂，可以防止和减少结垢的发生。

由于反渗透装置的进水水质不同，其中成垢物质的成份也不尽相同。对于表现为高钙、高硫酸根、高可溶性硅的地下水和严重缺水地区采集的深井水，反渗透过程生成的浓水，其电导率可高达5000～10000μs/cm甚至更高，这种水具有严重的结垢倾向，因此反渗透水处理过程在防止高钙、高硫酸根、高可溶性硅沉积结垢方面对阻垢剂有着特殊的要求。

反渗透阻垢剂是由循环冷却水、锅炉用水阻垢剂演变而来。在水处理行业，一般将一些单体化合物和聚合物用作水处理过程的阻垢剂，如聚丙稀酸、聚马来酸、聚膦酸盐、阴离子聚合物、膦酸盐等，聚合物的分子量一般在2000～10000之间不等，不同的阻垢剂在不同的应用场合的阻垢效果差别很大。

现有技术中，加拿大专利CA1208521公开了“一种用于反渗透水净化系统的结垢抑制剂组分和抑制结垢的方法”。该阻垢剂中含有聚丙烯酸和植酸协同组分，能够明显降低钙、镁和铁离子结垢。

美国专利US 5,772,913公开了“一种使用协同化合物控制含水系统积垢的阻垢剂”，对于含有易生成积垢盐，如碳酸钙和磷酸钙，表现为高pH、高方解石饱和度特征的含水系统，加入具有协同效应的阻垢剂控制结垢。这种化合物包括：(A)一种多醚多氨基亚甲基膦酸酯，(B)一种含丙烯酸单体、硫代苯氧基甲基醚和马来酸的三聚物，(C)一种羟基膦氧基乙酸，和(D)一种膦氧基羧酸共聚物。

现有技术提供的阻垢剂，在不同的应用场合取得了不同的效果，但对于高钙、高硫酸根、高可溶性硅水质，目前还没有满意的阻垢剂产品。在上述水质条件下，防止和减少膜表面的结垢，是反渗透处理高浓度水时迫切需要解决的问题。

发明内容

为了提高对于高钙、高硫酸根、高可溶性硅水质的阻垢效果，本发明提供一种阻垢剂和使用该阻垢剂的水处理方法。

本发明的阻垢剂是这样实现的：

一种阻垢剂，包括：多氨基多醚基亚甲基膦酸、聚环氧琥珀酸、丙烯酸类聚合物、以及至少一种其他的有机膦酸；

所述多氨基多醚基亚甲基膦酸的含量为55.2～85wt％、所述聚环氧琥珀酸的含量为1～12wt％、所述丙烯酸类聚合物的含量为2～40wt％、所述其他有机膦酸的含量为2～30wt％，以上所述各组分的含量之和为100％。

在具体实施时，所述多氨基多醚基亚甲基膦酸是如通式1表示的化合物，

[通式1]

式中n是整数，其平均值从2至12，M是氢或合适的阳离子，每个R相同或不同，为氢或甲基。

在具体实施时，所述其他有机膦酸选自：2-膦酰基丁烷-1，2，4-三羧酸、氨基三亚甲基膦酸、乙二胺四亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸；所述丙烯酸类聚合物选自：聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸/甲基丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的共聚物、丙烯酸/甲基丙烯酸酯/甲基丙烯酸羟酯的共聚物、丙烯酸/丙烯酸甲脂的共聚物、丙烯酸/丙烯酸羟丙脂的共聚物、丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/丙烯磺酸钠的共聚物、聚丙烯酸/丙烯酰胺的共聚物、丙烯酸/马来酸酐的共聚物、丙烯酸/磺基丙烯胺的共聚物、丙烯酸/磺基丙烯胺/丙烯酸甲脂的共聚物、丙烯酸/磺基丙烯胺/马来酸的共聚物、丙烯酸/磺化苯乙烯/马来酸的共聚物。

在具体实施时，一种优选的阻垢剂，包括：60～85wt％的多氨基多醚基亚甲基膦酸、2～20wt％的2-膦酰基丁烷-1，2，4-三羧酸、1～8wt％的聚环氧琥珀酸、10～20wt％的丙烯酸类聚合物。

本发明提供了上述阻垢剂的使用方法：包括将阻垢剂引入反渗透水处理系统或循环水系统的步骤，所述阻垢剂在水中的浓度为1～10mg/L，优选的浓度为2～5mg/L。

本发明的阻垢剂，是一种以多氨基多醚基亚甲基膦酸为主剂的复合型药剂。该药剂根据各种水处理药剂不同的作用机理，利用合理的复配技术，充分发挥各药剂单体之间的协同作用。

多氨基多醚基亚甲基膦酸既有很好的钙容忍度，对碳酸钙、硫酸钙有很强的阻垢性能，又能很好地稳定铁、锌、锰的氧化物，并且可以抑制硅垢和镁垢的形成；聚环氧琥珀酸是一种无磷的具有较好生物降解性能的阻垢分散剂，适用于高碱度、高硬度、高温水质条件，并且在与2-膦酰基丁烷-1，2，4-三羧酸按照一定比例复配时具有很好的协同作用；有机膦酸，特别是2-膦酰基丁烷-1，2，4-三羧酸在低剂量时的阻垢效果较好，能够有效阻止硫酸钡垢、硫酸锶垢的形成；丙烯酸类聚合物是一种对硅垢有很好抑制作用的聚合物阻垢剂，特别适用于高硫酸根、高可溶性硅的水质。

本发明的阻垢剂适用于高硬、高盐水质特别是高钙、高硫酸根、高可溶性硅水质.在硫酸钙浓度达到10倍溶度积(Ksp)、硫酸钡浓度达到2000倍溶度积、硫酸锶浓度达到1000倍溶度积的条件下，该药剂阻垢效果良好，并且对碳酸盐、硅酸盐和氟化物也有良好的阻垢效果.将其应用于反渗透水处理系统，在浓水含盐量(TDS)＜10000mg/L条件下，能够有效延长膜清洗周期.

具体实施方式

下面结合实施例进一步详述本发明的技术方案，本发明的保护范围不局限于下述的具体实施方式。

在以下实施例中，碳酸钙阻垢性能的测定方法，采用国家标准GB/T 16632-1996《水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》，硫酸盐、硅酸盐阻垢性能的测定方法，参照上述标准。

实施例1

配制阻垢剂

首先向3.2g 2-膦酰基丁烷-1，2，4-三羧酸中加入1.1g的聚环氧琥珀酸，搅拌混匀放置备用；然后于一反应釜内加入82.3g的多氨基多醚基亚甲基膦酸，向其中加入13.4g的聚丙烯酸，搅拌均匀后将混合好的2-膦酰基丁烷-1，2，4-三羧酸和聚环氧琥珀酸加入反应釜内，在反应釜内搅拌一定时间，得到100g阻垢剂。

阻垢剂性能测定

1.碳酸钙阻垢性能的测定

测定用水为某地下水，其水质见表1。

表1

序号	项目	测定值
序号	项目	测定值	1	pH	7.88
2	电导μs/cm	923	1	pH	7.88
2	电导μs/cm	923	3	Ca<sup>2+</sup>mg/L	262.40
4	总硬mg/L	392.08	3	Ca<sup>2+</sup>mg/L	262.40
4	总硬mg/L	392.08	5	碱度mg/L	287.23
6	Cl<sup>-</sup>mg/L	116.01	5	碱度mg/L	287.23
6	Cl<sup>-</sup>mg/L	116.01	7	Fe mg/L	0.08
8	Cu mg/L	0.03	7	Fe mg/L	0.08
8	Cu mg/L	0.03	9	SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>mg/L	112.9
10	SiO<sub>2</sub>mg/L	30.33	9	SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>mg/L	112.9
10	SiO<sub>2</sub>mg/L	30.33	11	Na mg/L	5.57
12	Ba mg/L	-	11	Na mg/L	5.57

序号	项目	测定值
序号	项目	测定值	13	Sr mg/L	3.98
14	Al mg/L	-	13	Sr mg/L	3.98

碳酸钙阻垢性能的测定结果：阻垢剂用量为2mg/L、阻垢率为82％；阻垢剂用量为3mg/L、阻垢率为93％；阻垢剂用量为5mg/L、阻垢率为100％。

2.硫酸盐阻垢性能的测定

测定用水为配水，在配置的溶液中，Ca²⁺和SO₄ ^2-分别为250mg/L和600mg/L。

硫酸盐阻垢剂性能的测定结果：阻垢剂用量为2mg/L、阻垢率为78％；阻垢剂用量为3mg/L、阻垢率为85％；阻垢剂用量为5mg/L、阻垢率为97％。

3.硅酸盐阻垢性能的测定

测定用水为配水，在配置的溶液中，硅酸盐的含量为30mg/L(以SiO₂计)。

硅酸盐阻垢剂性能的测定结果：阻垢剂用量为2mg/L、阻垢率为66％；阻垢剂用量为3mg/L、阻垢率为79％；阻垢剂用量为5mg/L、阻垢率为86％。

4.反渗透膜阻垢性能

对于表现为高钙、高硫酸根、高可溶性硅的水质，在反渗透系统中加入浓度为3～5mg/L的阻垢剂，控制反渗透浓水含盐量TDS＜10000mg/L，反渗透膜清洗周期为3个月。

对比在相同水质条件和反渗透控制条件的情况下，在反渗透系统中不加入阻垢剂，反渗透膜的清洗周期一般很短；加入现有的其他膜阻垢剂，膜清洗周期一般为1～2个月。

实施例2～4

阻垢性能测定的测定方法、测定水质条件与实施例1相同。各实施例阻垢剂的成分、含量和阻垢性能测定结果见表2。

表2

Claims

1.一种阻垢剂，包括：多氨基多醚基亚甲基膦酸、聚环氧琥珀酸、丙烯酸类聚合物、以及至少一种其他的有机膦酸；

所述多氨基多醚基亚甲基膦酸的含量为55.2～85wt％、所述聚环氧琥珀酸的含量为1～12wt％、所述丙烯酸类聚合物的含量为2～40wt％、所述其他有机膦酸的含量为2～30wt％。

2.根据权利要求1所述的阻垢剂，其特征在于：

所述多氨基多醚基亚甲基膦酸是如通式1表示的化合物，

[通式1]

式中n是整数，其平均值从2至12，M是氢，每个R相同或不同，为氢或甲基。

3.根据权利要求1所述的阻垢剂，其特征在于：

所述其他有机膦酸选自：2-膦酰基丁烷-1，2，4-三羧酸、氨基三亚甲基膦酸、乙二胺四亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸。

4.根据权利要求1所述的阻垢剂，其特征在于：

所述丙烯酸类聚合物选自：聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸/甲基丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的共聚物、丙烯酸/甲基丙烯酸酯/甲基丙烯酸羟酯的共聚物、丙烯酸/丙烯酸甲酯的共聚物、丙烯酸/丙烯酸羟丙酯的共聚物、丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/丙烯磺酸钠的共聚物、聚丙烯酸/丙烯酰胺的共聚物、丙烯酸/马来酸酐的共聚物、丙烯酸/磺基丙烯胺的共聚物、丙烯酸/磺基丙烯胺/丙烯酸甲酯的共聚物、丙烯酸/磺基丙烯胺/马来酸的共聚物、丙烯酸/磺化苯乙烯/马来酸的共聚物。

5.根据权利要求1所述的阻垢剂，其特征在于：

包括：60～85wt％的多氨基多醚基亚甲基膦酸、2～20wt％的2-膦酰基丁烷-1，2，4-三羧酸、1～8wt％的聚环氧琥珀酸、10～20wt％的丙烯酸类聚合物。

6.一种水处理方法，包括将权利要求1～5之一的阻垢剂引入反渗透水处理系统或循环冷却水系统的步骤；所述阻垢剂在水中的浓度为1～10mg/L。

7.根据权利要求6所述的水处理方法，其特征在于：

所述阻垢剂在水中的浓度为2～5mg/L。