CN102718333A

CN102718333A - 高效低磷复合水处理剂

Info

Publication number: CN102718333A
Application number: CN2012102388563A
Authority: CN
Inventors: 胡新霞; 刘文峰; 高云峰; 张福义; 刘杰华; 王金明; 柴斌; 张雷
Original assignee: SHANDONG TIANQING TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: SHANDONG TIANQING TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2012-10-10

Abstract

一种高效低磷复合水处理剂，属于工业循环冷却水处理技术领域。该水处理剂原材料组分为：聚天冬氨酸（PESA）、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）、锌盐、唑类、马来酸-丙烯酸共聚物（MA/AA）、去离子水。其中，聚天冬氨酸（PESA）为主要阻垢剂，2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）、马来酸-丙烯酸共聚物（MA/AA）为辅助阻垢剂，锌盐、唑类、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）、聚天冬氨酸（PESA）构成了缓蚀剂、马来酸-丙烯酸共聚物（MA/AA）为分散剂，充分利用各组分之间的协同效应，形成一种具有阻垢和缓蚀作用的多功能低磷复合水处理药剂。

Description

高效低磷复合水处理剂

技术领域

本发明属于工业循环冷却水处理技术领域，涉及一种水处理剂。

背景技术

在循环水系统中，主要存在结垢、腐蚀和微生物危害三方面问题。防止系统结垢和腐蚀最方便且有效的方法是在循环水中投加缓蚀阻垢剂。我国工业循环冷却水处理配方化学品由最初的磷系、钼系、硅系及铬系等逐步发展为以磷系配方为主体的复合药剂，其主剂为膦酸基（-PO3H2）直接与碳原子相连的缓蚀阻垢剂，常称之为有机膦酸。它们主要包括羟基乙叉二膦酸（HEDP）、氨基三甲叉膦酸（ATMP）、乙二胺四甲叉膦酸（EDTMP）、二乙烯三胺五甲叉膦酸（DETPMP）、2-羟基膦酸基乙酸（HPAA）等。

常用有机膦酸不能有效地抑制磷酸钙垢和锌垢及解决氧化铁沉淀的问题，且本身易形成磷酸钙垢，大大降低了系统的传热效率。另外，因磷又是菌藻繁殖的元素，磷系水处理及含磷量高，排放到环境中后，会造成水体的富营养化，形成“赤潮”等危害，造成严重的水质污染，故需用低磷和或无磷、可生物降解的环境友好型水处理剂来取而代之。我国已要求磷的排放≤0.5mg/L（DB12/356-2008），以总磷计≤1.5mg/L，而常用的有机膦配方在循环水中总磷的含量一般在4-10mg/L，因此常用有机膦的应用必将受到限制。

CN102139968A公布了一种《高效低磷缓蚀阻垢剂及其制备方法和应用》，由2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）、多氨基多醚基甲叉膦酸（PAPEMP）、2-羟基膦酸基乙酸（HPAA）、噻唑、无水氯化锌、丙烯酸-2-甲基-丙烯酰胺基丙磺酸（AA/AMPS）共聚物组成，投加浓度为20-80mg/L，适用于氯离子小于1000mg/L的循环水水质，环保、低磷。该发明中的多氨基多醚基甲叉膦酸（PAPEMP）、2-羟基膦酸基乙酸（HPAA）皆为常用有机膦酸，含磷量只是相对较低，2-羟基膦酸基乙酸（HPAA）磷含量大于27%，该发明复合配方中采用的含磷材料过多，且不易生物降解，实际并不低磷，投加量大，也不环保。

因此，需开发出一种易生物降解、有利于环境保护、真正低磷的适合于各种水质、不同倍率的具有优良的缓蚀阻垢效果的复合水处理药剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效低磷复合水处理剂，以克服现有技术存在的所用材料多氨基多醚基甲叉膦酸（PAPEMP）、2-羟基膦酸基乙酸（HPAA）本身含磷量高且不易生物降解、不环保、复合水处理剂并不低磷、投加量较大等缺点。本发明以无毒、易生物降解、不含磷的聚天冬氨酸为主剂替代含磷较高的多氨基多醚基甲叉膦酸（PAPEMP）、2-羟基膦酸基乙酸（HPAA），达到复合水处理剂真正低磷、环保的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是采用不同比例的阻垢剂、分散剂、缓蚀剂和去离子水复合而成的配方产品。该药剂是由以下重量百分比的成分组成：聚天冬氨酸（PESA）15%-35%、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）5%-15%、锌盐1%-5%、唑类1%-1.5%、马来酸-丙烯酸共聚物（MA/AA）15%-30%、去离子水20%-30%。其中，在上述配方中重量百分比15%-35%聚天冬氨酸（PESA）为主要阻垢剂，5%-15%2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）、15%-30%马来酸-丙烯酸共聚物（MA/AA）为辅助阻垢剂，1%-5%锌盐、1%-1.5%唑类、5%-15%2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）、15%-35%聚天冬氨酸（PESA）构成了缓蚀剂、15%-30%马来酸-丙烯酸共聚物（MA/AA）为分散剂，充分利用各组分之间的协同效应，形成一种具有阻垢和缓蚀作用的多功能低磷复合水处理药剂。

本发明的制备方法为一种常规的物理混合方法，在常温下，将各种物料按照比例置于反应器中，搅拌混合均匀即可。

本发明所述的聚天冬氨酸（PESA）作为水处理的新型绿色化学品，是一种从原料、制备过程到最终产品均对人体和环境无害的终产物。聚天冬氨酸（PASP）属于聚氨基酸中的一类。聚天冬氨酸因其结构主链上的肽键易受微生物、真菌等作用而断裂，最终降解产物是对环境无害的氨、二氧化碳和水。因此，聚天冬氨酸是生物降解性好的、环境友好型化学品。

本发明所述的2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）分子结构中同时含有磷酸基和羧基两种基团，在这两种基团的作用下，使得PBTCA能在高温、高硬度和高pH值的水质条件下，具有比常用有机膦酸更好的阻垢性能，同时它还具有缓蚀作用，含磷量低，对环境的影响小。

本发明所述的马来酸-丙烯酸共聚物（MA/AA）为低分子量聚电解质，由马来酸与丙烯酸按一定比例共聚制得，MA/AA对碳酸盐等具有很强的分散作用，热稳定性高，可在300℃高温等恶劣条件下使用，与锌盐、膦酸盐复配后具有良好的相容性和协同增效作用。

本发明所述的锌盐是一种阴极型碳钢缓蚀剂，为七水硫酸锌或无水氯化锌，两者任选其一。

本发明所述的唑类是一种很有效的铜和铜合金的缓蚀剂，为苯骈三氮唑或甲基苯骈三氮唑，两者任选其一。

本发明中涉及的以聚天冬氨酸为主剂的高效低磷复合水处理剂，与其他低磷或低磷配方产品相比具有以下特点：①本配方中选用具有生物降解性能的的聚天冬氨酸（PESA）为主剂，与2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸、马来酸/次磷酸基丙烯酸共聚物、锌盐、唑类有很好的协同作用，使阻垢和缓蚀效果得到增效，能有效的防止循环水结垢、腐蚀；②配方真正低磷，聚天冬氨酸、马来酸-丙烯酸共聚物（MA/AA）、锌盐、唑类皆不含磷，只有2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）含有微量有机磷且用量较少，使用过程中不易形成磷酸钙；③投放量小，在相同水质条件下其他同类产品投加浓度在20-80mg/L，而本发明投加浓度仅为10-20mg/L,缓蚀阻垢性能能够满足GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》规定要求；④原料来源方便易得，生产成本较低，适用于自动加药控制，使用方便。

该高效低磷复合水处理剂具有成本低、符合环保排放要求，阻垢缓蚀能力强、高温下稳定、适合不同倍率，能确保系统无结垢、腐蚀等现象，能适应各种复杂恶劣的工况水质，药剂药效高，投加浓度易控制，配制简便、低磷环保等优点。

具体实施方式

下面通过原材料不同配比量，涉及原材料的不同下位品种的具体实例，对本发明进一步说明：

试验用水采用高硬度、高腐蚀性的地下水，水质条件见下表1：

阻垢性能测试均参照GB/T16632－2008《水处理阻垢剂阻垢性能的测定－碳酸钙沉积法》为标准，进行阻碳酸钙垢性能评价试验。

缓蚀性能参照GB/T18175－2000《水处理剂缓蚀性能的测定－旋转挂片法》，采用腐蚀试验仪进行缓蚀性能试验，温度45℃，转速80r/min，不预膜挂片，时间72h，碳钢试片、铜试片、不锈钢试片面积均为28cm2。

实施例1：

复合水处理剂的配制：将30%聚天冬氨酸（PESA），11%2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA），2%七水硫酸锌，1%苯骈三氮唑，28%马来酸-丙烯酸共聚物（牌号SQ-934，山东天庆科技发展有限公司生产），28%的去离子水在室温下，分别加入反应容器中，搅拌均匀即得到所需的高效复合水处理剂。

用上述试验水质进行阻碳酸钙垢及旋转挂片试验，复合水处理剂药剂量16mg/L，静态阻垢率84.38%，对碳钢的腐蚀率0.034mm/a，对铜的腐蚀率0.0017mm/a，对不锈钢的腐蚀率0.0004mm/a。

实施例1在不同倍率时循环水中磷酸盐控制及排放标准（表2）

实施例2：

复合水处理剂的配制：将36%聚天冬氨酸（PESA），9%2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA），1%氯化锌，0.5%苯骈三氮唑，25%马来酸-丙烯酸共聚物（牌号SQ-934，山东天庆科技发展有限公司生产），28.5%的去离子水在室温下，分别加入反应容器中，搅拌均匀即得到所需的高效复合水处理剂。

用上述试验水质进行阻碳酸钙垢及旋转挂片试验，复合水处理剂药剂量20mg/L，静态阻垢率85.73%，对碳钢的腐蚀率0.047mm/a，对铜的腐蚀率0.0015mm/a，对不锈钢的腐蚀率0.0005mm/a。

实施例2在不同倍率时循环水中磷酸盐控制标准及排放（表3）

实施例3：

复合水处理剂的配制：将38%聚天冬氨酸（PESA），12%2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA），4%硫酸锌，0.5%苯骈三氮唑，18%马来酸-丙烯酸共聚物（牌号SQ-934，山东天庆科技发展有限公司生产），27.5%的去离子水在室温下，分别加入反应容器中，搅拌均匀即得到所需的高效复合水处理剂。

用上述试验水质进行阻碳酸钙垢及旋转挂片试验，复合水处理剂药剂量15mg/L，静态阻垢率87.3%，对碳钢的腐蚀率0.046mm/a，对铜的腐蚀率0.0014mm/a，对不锈钢的腐蚀率0.0002mm/a。

实施例3在不同倍率时循环水中磷酸盐控制标准及排放（表4）

实施例4：

本实例为动态模拟试验。

按照实例1配制试验用复合水处理剂。

试验参照化工行业标准HG/T2160－2008《冷却水动态模拟试验方法》进行，用电厂补充水做试验用水，补水钙硬178mg/L，补水总碱度175mg/L，复合水处理剂投加浓度控制在16mg/L，两根Ф10×1×900mm的20＃碳钢试验管进行平行试验，试验水走管程。试验管外用饱和水蒸汽加热，控制试验水进水温度32±2℃，进出口温差10℃，循环水浓缩倍数控制在4±0.5，试验连续进行360h。得到试验管的腐蚀速率0.0423mm/年，污垢热阻值1.23×10^-4。

Claims

1.一种高效低磷复合水处理剂，其特征是由不同比例的阻垢剂、分散剂、缓蚀剂和去离子水复合而成的配方产品，其原材料组分及重量百分比为：聚天冬氨酸（PESA）15%-35%、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）5%-15%、锌盐1%-5%、唑类1%-1.5%、马来酸-丙烯酸共聚物（MA/AA）15%-30%、去离子水20%-30%；其中，聚天冬氨酸（PESA）为主要阻垢剂，2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）、马来酸-丙烯酸共聚物（MA/AA）为辅助阻垢剂，锌盐、唑类、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）、聚天冬氨酸（PESA）构成了缓蚀剂、马来酸-丙烯酸共聚物（MA/AA）为分散剂，充分利用各组分之间的协同效应，形成一种具有阻垢和缓蚀作用的多功能低磷复合水处理药剂。

2.如权利要求1所述的高效低磷复合水处理剂，其特征是锌盐是一种阴极型碳钢缓蚀剂，为七水硫酸锌或无水氯化锌，两者任选其一。

3.如权利要求1所述的高效低磷复合水处理剂，其特征是缓蚀剂唑类为苯骈三氮唑或甲基苯骈三氮唑，两者任选其一。