CN103773614A

CN103773614A - 一种循环冷却水生物粘泥剥离剂及剥离循环冷却水系统中粘泥的方法

Info

Publication number: CN103773614A
Application number: CN201210405309.XA
Authority: CN
Inventors: 魏新; 胡艳华; 郦和生; 王洪英
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: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: CN103773614B

Abstract

本发明公开了一种循环冷却水生物粘泥剥离剂，其中，所述生物粘泥剥离剂含有聚山梨酯非离子表面活性剂、生物表面活性剂和渗透剂。其中，生物表面活性剂为糖脂类生物表面活性剂。本发明还提供一种利用本发明的循环冷却水生物粘泥剥离剂剥离循环冷却水系统中粘泥的方法，该方法包括将所述循环冷却水生物粘泥剥离剂投入到循环冷却水中。该生物粘泥剥离剂可以对循环冷却水系统的设备和管道进行有效的生物粘泥剥离。用本发明的生物粘泥剥离剂可在提高循环冷却水系统粘泥剥离效果的同时降低化学合成表面活性剂的用量，从而减少循环水加入化学合成表面活性剂带来的排水环境污染。

Description

一种循环冷却水生物粘泥剥离剂及剥离循环冷却水系统中粘泥的方法

技术领域

本发明涉及一种生物粘泥剥离剂及其剥离循环冷却水系统中粘泥的方法，具体地，涉及一种适合于循环冷却水的可有效剥离循环冷却水系统中的粘泥且环保的生物粘泥剥离剂及剥离循环冷却水系统中粘泥的方法。

背景技术

在工业冷却水的处理中，经常遇到腐蚀、结垢、粘泥问题。随着水处理技术的提高，大部分冷却水的缓蚀、阻垢问题得到了较好的解决，但系统的粘泥和菌藻问题较突出，特别在物料泄漏的情况下，粘泥往往剥离不好。微生物粘泥一旦大量形成，不仅会降低换热器和冷却塔的冷却作用、恶化水质，而且还会引起冷却水系统中设备的腐蚀和降低水质稳定剂的缓蚀、阻垢和杀生作用，直接影响并危害生产，带来经济损失。许多工厂冷却水系统中，污泥已成为主要问题之一。

近年来对污泥的剥离已引起高度重视。目前，虽然粘泥剥离剂品种较多，但其粘泥剥离性能及环保效益仍不能满足当前水处理的要求。国外对粘泥剥离剂方向的研究主要侧重于开发环境友好型、可生物降解型、低成本的水处理剂。

国内循环水用粘泥剥离剂多为阳离子型表面活性剂，其剥离效果不错，但存在一些缺陷，例如，在使用过程中会对其它水处理剂产生影响，同时，还存在用量大，且容易对环境造成二次污染等问题。随着人类环保意识的增强以及现代生物技术的进步，生物表面活性剂工业的发展受到了极大的推动，发展越来越迅速，并有逐步取代化学合成表面活性剂的趋势。

生物表面活性剂是微生物在代谢过程中分泌出的具有一定表面活性的产物，具有独特的两亲分子结构。生物表面活性剂与化学合成表面活性剂性能相似，其具有和化学合成表面活性剂相同的降低表面界面张力、润湿和穿透性、乳化分散性等的性能。除此之外，生物表面活性剂与化学合成表面活性剂相比，还有许多优势，例如，可生物降解，不会造成再污染；无毒或低毒；可以用工业废物生产，有利于环境污染治理；具有更好的环境相容性等。生物表面活性剂替代化学合成表面活性剂应用于工业循环冷却水粘泥剥离，具有广阔的应用前景。

CN1853473A提出了一种对于微生物粘泥能够进行有效剥离的杀菌灭藻剂，其含有异噻唑啉酮、氯化十二烷基二甲基苄基铵、聚丙烯酸。该杀菌灭藻剂均为化学合成药剂，且一般以较高的剂量使用。

CN101849547A公开了一种高效杀菌剂，是含有异噻唑啉酮、三羟甲基硝基甲烷和二溴乙醇三种主要组分的水剂产品，在低剂量时即具有良好的微生物杀灭和粘泥剥离效果，可在工业循环水和膜清洗两个不同领域应用。其缺点在于三羟甲基硝基甲烷在微碱性溶液中会缓慢分解放出甲醛，使用寿命缩短，所以不太适用于微碱性的循环水中。

现有的粘泥剥离剂为了去除循环冷却水系统中的粘泥，需要使用大量的化学合成表面活性剂，而且还对环境造成严重的污染，随着人类环保意识的增强，亟需开发出一种可有效剥离循环冷却水系统中的粘泥且环保的粘泥剥离剂。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有技术中存在的上述问题，提供一种可有效剥离循环冷却水系统的设备和管道内壁上沉积的生物粘泥的粘泥剥离剂。

为达到上述目的，本发明提供了一种适合于循环冷却水生物粘泥剥离剂，包括聚山梨酯非离子表面活性剂、生物表面活性剂和渗透剂。

此外，本发明还提供一种利用本发明的循环冷却水生物粘泥剥离剂剥离循环冷却水系统中粘泥的方法，该方法包括将所述循环冷却水生物粘泥剥离剂投入到循环冷却水中。

本发明的生物粘泥剥离剂通过聚山梨酯非离子表面活性剂和生物表面活性剂的协同作用进行生物粘泥剥离，添加的渗透剂的强效渗透作用能够增强聚山梨酯非离子表面活性剂和生物表面活性剂的粘泥剥离效果。通过三者的联合作用，使得生物粘泥剥离更加彻底，从而减少生物粘泥在循环冷却水系统的设备和管道内壁上的沉积。

具体实施方式

根据本发明的循环冷却水生物粘泥剥离剂，其中，所述生物粘泥剥离剂含有聚山梨酯非离子表面活性剂、生物表面活性剂和渗透剂。

根据本发明的循环冷却水生物粘泥剥离剂，其中，以所述生物粘泥剥离剂的总重量为基准，所述聚山梨酯非离子表面活性剂的含量为30-60重量%；所述生物表面活性剂的含量为30-60重量%；所述渗透剂的含量为10-30重量%。优选地，以所述生物粘泥剥离剂的总重量为基准，所述聚山梨酯非离子表面活性剂的含量为35-55重量%；所述生物表面活性剂的含量为30-40重量%；所述渗透剂的含量为15-25重量%。

本发明对聚山梨酯非离子表面活性剂、生物表面活性剂和渗透剂的使用形式没有特别要求，可以是溶液形式，也可以是固体粉末形式。根据本发明的循环冷却水生物粘泥剥离剂，其中，所述聚山梨酯非离子表面活性剂为化学合成的表面活性剂，优选地，所述聚山梨酯非离子表面活性剂为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，所述脂肪酸的碳原子数为C₁₂-C₁₈，所述聚氧乙烯的聚合度为10-30；更优选为聚氧乙烯（10-30）失水山梨醇月桂酸酯、聚氧乙烯（10-30）失水山梨醇棕榈酸酯、聚氧乙烯（10-30）失水山梨醇硬脂酸酯和聚氧乙烯（10-30）失水山梨醇油酸酯中的一种或多种。

根据本发明的循环冷却水生物粘泥剥离剂，所述生物表面活性剂包括许多不同的种类。依据它们的化学组成可分为糖脂、脂肽和脂蛋白、脂肪酸和磷脂、聚合物以及全胞表面脂质等五大类。本发明中的生物表面活性剂主要起剥离、分散生物粘泥的作用。由于糖脂生物表面活性剂有良好的渗透性、分散性和抑菌性能，因此，本发明优选使用糖脂生物表面活性剂。所述糖脂生物表面活性剂的具体实例有：鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂、甘露糖赤藓糖醇脂、纤维二糖脂，即，可以选自上述生物表面活性剂中的一种或多种。更优选地，所述糖脂生物表面活性剂选自鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂和甘露糖赤藓糖醇脂中的一种或多种。

根据本发明的循环冷却水生物粘泥剥离剂，考虑到与生物表面活性剂的相互作用以及渗透效果，本发明所述渗透剂优选为不含阳离子的渗透剂。渗透剂能够提高粘泥剥离效果，充分发挥粘泥剥离剂各组分间的协同效应。所述渗透剂选自顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠和/或水溶性氮酮。

本领域的技术人员可以知晓的是，商品名称为鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂和甘露糖赤藓糖醇脂的表面活性剂各自为有效成分为鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂和甘露糖赤藓糖醇脂的产品，其中的有效成分的含量由于生产厂家的不同存在高低不同。商品名称为渗透剂T为有效成分为顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠的产品，其中的有效成分的含量由于生产厂家的不同存在高低不同。水溶性氮酮为有效成分为1-正十二烷基氮杂环庚-2-酮的产品，其中的有效成分的含量由于生产厂家的不同存在高低不同。不论上述商购产品中的有效成分的高低存在何种不同，本发明中的聚山梨酯非离子表面活性剂、生物表面活性剂和渗透剂均以其中的有效成分来计量其在循环冷却水生物粘泥剥离剂的百分含量。

本发明还提供一种剥离循环冷却水系统中粘泥的方法，该方法包括将本发明提供的循环冷却水生物粘泥剥离剂投入到循环冷却水中。

根据本发明的方法，所述循环冷却水生物粘泥剥离剂可以直接投入到循环冷却水中，如果商购得到的聚山梨酯非离子表面活性剂、生物表面活性剂和渗透剂商品中的有效成分含量过高而不易将各种成分进行混合的话，可以加入一定量的水使各个组分混合均匀后再投入到循环冷却水中，这样，能够使所述生物粘泥剥离剂迅速均匀地分散到所述循环冷却水中。其中，用于溶解各组分的所述水的用量可以根据实际需要进行调整，并不受特别的限制。此外，根据本发明的方法，对于所述水没有特别的限制，可以是本领域中常用的各种形式的水，例如：自来水、纯净水、蒸馏水、去离子水等等，考虑到所述水中所含有的离子对所述生物粘泥剥离剂中的成分可能产生影响，本发明中优选使用去离子水。

本发明提供的循环冷却水生物粘泥剥离剂可以应用于各种循环冷却水系统中，优选情况下，本发明的生物粘泥剥离剂特别适用于对pH值为7-9；优选为pH值为7.5-8.5的弱碱性循环冷却水系统中，用于对循环冷却水系统的设备和管道进行有效的生物粘泥剥离。

根据本发明的剥离循环冷却水系统中粘泥的方法，本发明对生物粘泥剥离剂的投入量没有特别要求，优选地，以每升的循环冷却水为基准，所述生物粘泥剥离剂的投入量为10-80mg，进一步优选为20-50mg。

多糖含量的测定采用蒽酮硫酸法，具体操作步骤如下：吸取1mL待测溶液置于试管中，浸于冰水中冷却，再加入4mL蒽酮试剂(称取蒽酮0.2g，加100mL浓度为98.08重量%的浓硫酸溶解即得。当日配制使用)，沸水浴中煮沸10min，取出用自来水冷却后在620nm的波长处测定吸光度，然后根据测得的吸光度值由标准曲线计算出待测溶液的多糖含量。

核酸含量的测定采用定磷法，其原理是根据核酸分子中含有一定比例的有机磷，通过测定核酸中有机磷的量便可求得核酸的量。有机磷含量为总磷含量与正磷含量的差值。其中，总磷含量的测定按照锅炉用水和冷却水分析方法GB/T 6913.2-1986进行，正磷含量的测定按照锅炉用水和冷却水分析方法GB/T 6913.1-1986进行。

本发明实施例中所使用的各种试剂如下表1所示：

表1

下面通过实施例、对比例以及应用例详细说明本发明，但本发明的范围并不由这些实施例限定。

实施例1-10以及对比例1-6

在常温（25℃）下按下表2的配方的混合比例取各个组分，搅拌混合均匀，即成。

表2

应用例1实验室试验

本应用例用于说明实施例1-10以及对比例1-6的生物粘泥剥离剂的粘泥剥离效果。

粘泥剥离性能的实验室评价方法采用胞外多聚物法。胞外多聚物是活性污泥的重要组成部分，其主要有机成分是糖类、核酸和蛋白质。当粘泥剥离剂作用于活性污泥后，多糖和核酸等有机成分被分散于水中，根据水中多糖和核酸等有机成分的含量对粘泥剥离剂的粘泥剥离效果进行评价。具体操作步骤如下：

（1）将由房山污水处理厂二沉池取来的活性污泥置于离心机上以7000r/min离心5min，弃去上清液，用蒸馏水反复离心清洗3次，得到备用粘泥。

（2）在锥形瓶中加入步骤（1）得到的上述粘泥，并用蒸馏水稀释至10g/L，并分别加入实施例1-10以及对比例1-6制备得到的生物粘泥剥离剂，置于摇瓶柜中，在27℃恒温下、以150r/min的转速摇晃24h，得到混合液。

（3）取出上述混合液过滤，测定滤液中多糖和核酸的含量。结果见下表3。

表3

	多糖含量/(mg/L)	核酸含量/(mg/L)
			实施例1	22.0	4.01
实施例2	21.6	3.92
			实施例3	21.2	3.88
实施例4	22.1	3.89
			实施例5	21.3	3.96
实施例6	20.8	3.84
			实施例7	21.7	3.95
实施例8	21.4	3.90
			实施例9	21.8	3.93
实施例10	20.9	3.87
			对比例1	15.3	2.69
对比例2	14.7	2.55
			对比例3	12.5	2.33
对比例4	11.9	2.26
			对比例5	5.3	1.01
对比例6	11.2	2.47

由表3的结果可以看出，利用实施例1-10的生物粘泥剥离剂得到的滤液中的多糖和核酸的含量均高于利用对比例1-6的粘泥剥离剂得到的滤液中的多糖和核酸的含量，说明本发明的生物粘泥剥离剂（实施例1-10）与现有技术的粘泥剥离剂（对比例1-6）相比，具有优异的粘泥剥离效果。

应用例2现场试验

本应用例用于说明本发明的循环冷却水生物粘泥剥离剂在应用于循环冷却水系统中的粘泥剥离效果。

分别将实施例1、4、7以及对比例5-6的生物粘泥剥离剂投放到相同条件的循环冷却水系统中，所述生物粘泥剥离剂的用量分别如表2所示。

现场应用试验条件：循环水系统的循环量为13000m³/h，系统容量为6500m³/h，控制参数如下：

浓缩倍数（说明循环冷却水的含盐量与补充水含盐量的比值）：3.0±0.2；

循环水的系统流速：1.0m/s；

循环水在换热器入口处的温度：32±1℃；

循环水进出口温差：6℃；

试验补水水质主要指标见表4。

表4

循环冷却水中所投加的阻垢缓蚀药剂为常规使用的阻垢缓蚀药剂：羟基乙叉二膦酸（HEDP）＋膦基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）＋七水合硫酸锌+丙烯酸/2-甲基-2'-丙烯酰胺基丙烷磺酸共聚物（AA/AMPS=7:3，30℃时的极限粘数为0.071dl/g），有效浓度分别为4mg/L、4mg/L、2mg/L、9mg/L。

在上述条件的循环水中分别投加实施例1、4、7以及对比例5-6的生物粘泥剥离剂，并测定循环水中的生物粘泥量，投药和采样都是在集水池中进行。生物粘泥量的测定采用按照工业循环冷却水水质分析方法国家标准GB/T 14643.1-1993中的生物过滤网法进行，具体操作方法是在实验条件下，将1m³循环冷却水通过25号浮游生物网，将网上的粘泥洗入量筒，沉降后记录粘泥体积，由此可知循环冷却水中粘泥量。现场应用试验结果见表5。

表5

由表5的实验结果可以看出：本发明（实施例1、4、7）的循环冷却水生物粘泥剥离剂在应用于循环冷却系统中时，与现有技术（对比例5-6）的粘泥剥离剂相比，剥离下来的生物粘泥量多，因而具有更显著的粘泥剥离效果。此外，本发明的循环冷却水生物粘泥剥离剂使用可生物降解、环境友好型的生物表面活性剂替代部分化学合成表面活性剂，在减少化学合成表面活性剂用量的同时能够达到较好的生物粘泥剥离效果，可减少对环境的二次污染。

Claims

1.一种循环冷却水生物粘泥剥离剂，其特征在于，所述生物粘泥剥离剂含有聚山梨酯非离子表面活性剂、生物表面活性剂和渗透剂。

2.根据权利要求1所述的循环冷却水生物粘泥剥离剂，其中，以所述生物粘泥剥离剂的总重量为基准，所述聚山梨酯非离子表面活性剂的含量为30-60重量%；所述生物表面活性剂的含量为30-60重量%；所述渗透剂的含量为10-30重量%。

3.根据权利要求2所述的循环冷却水生物粘泥剥离剂，其中，以所述生物粘泥剥离剂的总重量为基准，所述聚山梨酯非离子表面活性剂的含量为35-55重量%；所述生物表面活性剂的含量为30-40重量%；所述渗透剂的含量为15-25重量%。

4.根据权利要求1-3中的任意一项所述的循环冷却水生物粘泥剥离剂，其中，所述聚山梨酯非离子表面活性剂为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，所述脂肪酸的碳原子数为C₁₂-C₁₈，所述聚氧乙烯的聚合度为10-30；优选为聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇棕榈酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯和聚氧乙烯失水山梨醇油酸酯中的一种或多种。

5.根据权利要求1-3中的任意一项所述的循环冷却水生物粘泥剥离剂，其中，所述生物表面活性剂为糖脂类生物表面活性剂，优选为鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂、甘露糖赤藓糖醇脂和纤维二糖脂中的至少一种。

6.根据权利要求1-3中的任意一项所述的循环冷却水生物粘泥剥离剂，其中，所述渗透剂选自顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠和/或水溶性氮酮。

7.一种剥离循环冷却水系统中粘泥的方法，该方法包括将权利要求1-6中的任意一项所述的循环冷却水生物粘泥剥离剂投入到循环冷却水中。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，相对于每升的循环冷却水，所述生物粘泥剥离剂的投入量为10～80mg，优选为20～50mg。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述循环冷却水的pH值为7-9。