CN104628162A - 一种生物粘泥剥离剂及剥离循环冷却水系统中生物粘泥的方法 - Google Patents

一种生物粘泥剥离剂及剥离循环冷却水系统中生物粘泥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物粘泥剥离剂及剥离循环冷却水系统中生物粘泥的方法。本发明的生物粘泥剥离剂包括A剂和B剂，所述A剂为金属硼氢化物和氨基多羧酸盐，所述B剂为烷基酚聚氧乙烯醚，A剂和B剂各自独立保存。本发明中的剥离循环冷却水系统中生物粘泥的方法包括往循环冷却水系统的循环冷却水中依次投加本发明生物粘泥剥离剂中的A剂和B剂。通过上述技术方案，本发明可以以较低剂量实现循环冷却水系统中生物粘泥的有效剥离。

Description

一种生物粘泥剥离剂及剥离循环冷却水系统中生物粘泥的方法
技术领域
本发明涉及一种生物粘泥剥离剂及剥离循环冷却水系统中生物粘泥的方法，具体地，涉及一种生物粘泥剥离剂及利用生物粘泥剥离剂剥离循环冷却水系统中生物粘泥的方法。
背景技术
腐蚀、结垢和微生物是循环冷却水系统的三大问题。随着水处理技术的提高，大部分冷却水的腐蚀和结垢问题得到了较好的控制，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，粘泥往往控制不好。微生物粘泥一旦大量形成，不仅会降低换热器和冷却塔的换热效果，而且粘泥沉积在换热器表面还会引起垢下腐蚀，严重的还会使换热管腐蚀穿孔，造成停产。此外粘泥沉积还会阻碍缓蚀阻垢剂因无法接触换热器表面而难以发挥功效。许多工厂冷却水系统中，污泥已成为主要问题之一。近年来对污泥的控制已引起高度重视，虽然杀生剂品种较多，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。国外在研究粘泥剥离方面主要是研究环境友好型、可生物降解型、低成本的水处理剂。
CN1853473A提出了一种对于含有微生物的粘泥剥离有效的杀菌灭藻剂，其含有异噻唑啉酮、氯化十二烷基二甲基苄基铵、聚丙烯酸。其缺点在于本发明的杀菌灭藻剂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，所以不适用于微碱性的循环冷却水中。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可以以较低剂量使用的新型生物粘泥剥离剂与剥离循环冷却水系统中生物粘泥的方法。
为了实现上述目的，本发明的发明人进行了大量研究，结果发现：依次使用金属硼氢化物、氨基多羧酸盐以及烷基酚聚氧乙烯醚能够有效地剥离循环冷却水系统中的生物粘泥。
因此，一方面，本发明提供了一种生物粘泥剥离剂，其中，该生物粘泥剥离剂包括A剂和B剂，所述A剂为金属硼氢化物和氨基多羧酸盐，所述B剂为烷基酚聚氧乙烯醚，A剂和B剂各自独立保存。
另一方面，本发明提供了一种剥离循环冷却水系统中生物粘泥的方法，其中，该方法包括往循环冷却水系统的循环冷却水中依次投加上述本发明生物粘泥剥离剂中的A剂和B剂。
通过上述技术方案，本发明可以以较低剂量实现循环冷却水系统中生物粘泥的有效剥离。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供的生物粘泥剥离剂包括A剂和B剂，所述A剂为金属硼氢化物和氨基多羧酸盐，所述B剂为烷基酚聚氧乙烯醚，A剂和B剂各自独立保存。
根据本发明的一种优选实施方式，所述金属硼氢化物、氨基多羧酸盐与烷基酚聚氧乙烯醚的重量比为2-30:5-30:0.5-10。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述金属硼氢化物、氨基多羧酸盐与烷基酚聚氧乙烯醚的重量比为5-20:8-20:1-4。
根据本发明，所述金属硼氢化物可以为各种能够在水中分解产生氢气的金属硼氢化物，优选为碱金属硼氢化物，更优选为硼氢化钠和/或硼氢化钾。
根据本发明，所述氨基多羧酸盐可以为各种常见的作为络合剂的氨基多羧酸盐，优选为氨基多羧酸钠盐和/或氨基多羧酸钾盐，更优选选自氨三乙酸三钠、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠和二乙烯三胺五乙酸五钠中的至少一种。
根据本发明，所述烷基酚聚氧乙烯醚可以选自通式为的化合物中的至少一种，其中R4为C8-C12的烷基，优选为C8、C9或C12的烷基，n为3-30的自然数，优选为10-20的自然数。更优选地，R4为辛基、壬基或十二烷基且n为10-20的自然数（即，所述烷基酚聚氧乙烯醚为辛基酚聚氧乙烯（10-20）醚、壬基酚聚氧乙烯（10-20）醚和十二烷基酚聚氧乙烯（10-20）醚中的至少一种）。最优选地，所述烷基酚聚氧乙烯醚为OPE-10、OPE-18、OPE-19、NP-10和NP-15中的至少一种。
本发明提供的剥离循环冷却水系统中生物粘泥的方法包括往循环冷却水系统的循环冷却水中依次投加A剂和B剂，所述A剂为金属硼氢化物和氨基多羧酸盐，所述B剂为烷基酚聚氧乙烯醚。
根据本发明，对金属硼氢化物的用量没有特别的要求，优选情况下，相对于1L的循环冷却水，金属硼氢化物的用量为20-300mg，更优选为50-200mg。
根据本发明，所述金属硼氢化物可以为各种能够在水中分解产生氢气的金属硼氢化物，优选为碱金属硼氢化物，更优选为硼氢化钠和/或硼氢化钾。
根据本发明，对氨基多羧酸盐的用量没有特别的限定，优选情况下，相对于1L的循环冷却水，氨基多羧酸盐的用量为50-300mg，更优选为80-200mg。
根据本发明，所述氨基多羧酸盐可以为各种常见的作为络合剂的氨基多羧酸盐，优选选自氨三乙酸三钠、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠和二乙烯三胺五乙酸五钠中的至少一种。
根据本发明，对烷基酚聚氧乙烯醚的用量没有特别的限制，优选情况下，相对于1L的循环冷却水，烷基酚聚氧乙烯醚的用量为5-100mg，更优选为10-40mg。
根据本发明，所述烷基酚聚氧乙烯醚可以选自通式为的化合物中的至少一种，其中R4为C8-C12的烷基，优选为C8、C9或C12的烷基，n为3-30的自然数，优选为10-20的自然数。更优选地，R4为辛基、壬基或十二烷基且n为10-20的自然数（即，所述烷基酚聚氧乙烯醚为辛基酚聚氧乙烯（10-20）醚、壬基酚聚氧乙烯（10-20）醚和十二烷基酚聚氧乙烯（10-20）醚中的至少一种）。最优选地，所述烷基酚聚氧乙烯醚为OPE-10、OPE-18、OPE-19、NP-10和NP-15中的至少一种。
根据本发明，只要按顺序依次投加A剂和B剂即可实现本发明的目的，但是，投加A剂和B剂的时间间隔优选为5-30h，更优选为8-24h。投加B剂后的运行时间优选为8-30h，更优选为10-24h。在投加B剂运行一段时间（优选8-30h，更优选10-24h）后，可以添加A剂（即重复本发明方法中依次投加A剂和B剂的步骤）以持续剥离循环冷却水系统中的生物粘泥。本发明的发明人发现，控制投加A剂和B剂的时间在上述优选范围内能够获得更佳的剥离效果。
本发明的生物粘泥剥离剂或方法适用于各种循环冷却水系统，剥离效果显著。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，生物粘泥剥离性能的实验室评价方法采用胞外多聚物法（即通过分析多糖含量和核酸含量评价本发明方法的生物粘泥剥离性能），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，胞外多聚物有利于微生物细胞凝聚，在形成稳定生物膜和厌氧颗粒污泥中起到重要的作用，胞外多聚物的有机组分可以改变细菌絮体的表面特性和颗粒污泥的物理特性，促进细胞间的凝聚和结构的稳定，当生物粘泥剥离剂作用于活性污泥后，胞外多聚物被破坏，多糖和核酸等有机成分分散于循环冷却水中，从而实现生物粘泥的剥离。因此，可以根据多糖和核酸等有机成分含量对粘泥剥离剂的剥离效果进行评价，投加药剂处理后，多糖和核酸等有机成分含量越高，说明药剂的生物粘泥剥离性能越高。实施例中，迴转使用迴转仪（HYG-Ⅲ迴转式恒温调速摇瓶柜，上海新星自动化控制设备成套厂）进行操作，并控制迴转的转速为150r/min，温度为27℃。
取样分析多糖等含量的方法为：取混合液过滤，测定滤液中多糖含量和核酸含量，多糖含量的测定采用蒽酮硫酸法，核酸含量的测定采用定磷法。
生物粘泥溶液的制备方法为：将活性污泥（取自中国石化北京燕山分公司西区污水处理厂二沉池）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，得到备用生物粘泥，将备用生物粘泥与蒸馏水混合得到生物粘泥浓度为10g/L的生物粘泥溶液。
实施例1
在含有1L生物粘泥溶液的锥形瓶中加入硼氢化钠50mg、氨三乙酸三钠200mg，迴转8h，然后加入10mg的OPE-10继续迴转24h，取样分析多糖含量和核酸含量，结果见表1。
实施例2
在含有1L生物粘泥溶液的锥形瓶中加入硼氢化钾200mg、乙二胺四乙酸二钠80mg，迴转24h，然后加入40mg的OPE-18继续迴转10h，取样分析多糖含量和核酸含量，结果见表1。
实施例3
在含有1L生物粘泥溶液的锥形瓶中加入硼氢化钠100mg、二乙烯三胺五乙酸五钠150mg，迴转16h，然后加入20mg的OPE-19继续迴转20h，取样分析多糖含量和核酸含量，结果见表1。
实施例4
在含有1L生物粘泥溶液的锥形瓶中加入硼氢化钾150mg、乙二胺四乙酸四钠100mg，迴转12h，然后加入30mg的NP-10继续迴转16h，取样分析多糖含量和核酸含量，结果见表1。
实施例5
在含有1L生物粘泥溶液的锥形瓶中加入硼氢化钠80mg、氨三乙酸三钠120mg，迴转20h，然后加入25mg的NP-15继续迴转12h，取样分析多糖含量和核酸含量，结果见表1。
实施例6
在含有1L生物粘泥溶液的锥形瓶中加入硼氢化钾90mg、乙二胺四乙酸四钠180mg，迴转10h，然后加入10mg的OPE-10和10mg的OPE-18继续迴转12h，取样分析多糖含量和核酸含量，结果见表1。
实施例7
在含有1L生物粘泥溶液的锥形瓶中加入硼氢化钠120mg、氨三乙酸三钠90mg，迴转14h，然后加入15mg的OPE-19和5mg的NP-10继续迴转16h，取样分析多糖含量和核酸含量，结果见表1。
实施例8
在含有1L生物粘泥溶液的锥形瓶中加入硼氢化钾70mg、二乙烯三胺五乙酸五钠160mg，迴转20h，然后加入15mg的OPE-10和10mg的NP-15继续迴转14h，取样分析多糖含量和核酸含量，结果见表1。
实施例9
按照实施例1的方法进行生物粘泥剥离，不同的是，硼氢化钠的用量为40mg，结果见表1。
实施例10
按照实施例2的方法进行生物粘泥剥离，不同的是，硼氢化钾的用量为250mg，结果见表1。
实施例11
按照实施例3的方法进行生物粘泥剥离，不同的是，二乙烯三胺五乙酸五钠的用量为60mg，结果见表1。
实施例12
按照实施例4的方法进行生物粘泥剥离，不同的是，乙二胺四乙酸四钠的用量为250mg，结果见表1。
实施例13
按照实施例5的方法进行生物粘泥剥离，不同的是，NP-15的用量为8mg，结果见表1。
实施例14
按照实施例1的方法进行生物粘泥剥离，不同的是，OPE-10的用量为80mg，结果见表1。
对比例1
按照实施例1的方法进行生物粘泥剥离，不同的是，不加硼氢化钠，结果见表1。
对比例2
按照实施例2的方法进行生物粘泥剥离，不同的是，不加乙二胺四乙酸二钠，结果见表1。
对比例3
按照实施例3的方法进行生物粘泥剥离，不同的是，不加OPE-19，结果见表1。
对比例4
在含有1L生物粘泥溶液的锥形瓶中加入硼氢化钠180mg、氨三乙酸三钠200mg，迴转20h，然后加入30mg的吐温-20继续迴转24h，取样分析多糖含量和核酸含量，结果见表1。
对比例5
在含有1L生物粘泥溶液的锥形瓶中加入硼氢化钠50mg、氨三乙酸三钠200mg和10mg的OPE-10迴转32h，取样分析多糖含量和核酸含量，结果见表1。
对比例6
在含有1L生物粘泥溶液的锥形瓶中加入10mg的OPE-10，迴转8h，然后加入硼氢化钠50mg、氨三乙酸三钠200mg继续迴转24h，取样分析多糖含量和核酸含量，结果见表1。
表1
实施例编号 多糖含量/（mg/L） 核酸含量/（mg/L）
实施例1 20.0 3.80
实施例2 20.2 3.85
实施例3 20.4 3.87
实施例4 20.6 3.91
实施例5 20.8 3.94
实施例6 21.7 4.11
实施例7 21.9 4.13
实施例8 22.0 4.15
实施例9 18.2 3.64
实施例10 18.3 3.66
实施例11 19.0 3.70
实施例12 19.2 3.71
实施例13 18.6 3.69
实施例14 18.5 3.68
对比例1 3.4 0.82
对比例2 10.6 1.14
对比例3 6.3 1.02
对比例4 16.3 3.23
对比例5 12.6 1.77
对比例6 11.9 1.58
测试实施例1
将实施例1和对比例1的生物粘泥剥离方法进行现场应用试验。采用测定系统中生物粘泥量的方法来评价生物粘泥剥离性能。生物粘泥量的测定按照工业循环冷却水水质分析方法国家标准GB/T14643.1-2009进行。
现场应用试验条件：循环水系统的循环量13000m3/h，系统容量6500m3，浓缩倍数3.0±0.2，流速1.0m/s，入口温度32±1℃，温差6℃。
阻垢缓蚀剂：羟基乙叉二膦酸（HEDP）+膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）+锌盐+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和9mg/L。
试验补水水质见表2，且Ca2+、总硬度和碱度均以CaCO3计，各参数的测定方法如下：
Ca2+：参照标准GB/T6910-2006；
总硬度：参照标准GB/T6909-2008；
碱度：参照标准GB/T15451-2006；
Cl-：参照标准HJ/T343-2007；
pH值：参照标准GB/T15893.2-1995；
浊度：参照标准GB/T15893.1-1995；
COD：参照标准GB/T11914-1989。
表2
现场应用试验结果见表3。
表3
由以上实施例和测试实施例的结果可以看出，本发明的循环冷却水生物粘泥剥离方法有良好的生物粘泥剥离效果。
此外，分别将实施例1-3的结果与对比例1-6的结果比较可以看出，金属硼氢化物、氨基多羧酸盐和烷基酚聚氧乙烯醚按顺序添加发挥作用且三种组分缺一不可。而且，对比例4中的B剂使用吐温-20，且各个组分的使用量均大于实施例1、5和7的用量，但其生物粘泥剥离效果并不显著，说明跟其他非离子表面活性剂相比，烷基酚聚氧乙烯醚与金属硼氢化物和氨基多羧酸盐之间具有更好的协同作用。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种生物粘泥剥离剂，其特征在于，该生物粘泥剥离剂包括A剂和B剂，所述A剂为金属硼氢化物和氨基多羧酸盐，所述B剂为烷基酚聚氧乙烯醚，A剂和B剂各自独立保存。
2.根据权利要求1所述的生物粘泥剥离剂，其中，所述金属硼氢化物、氨基多羧酸盐与烷基酚聚氧乙烯醚的重量比为2-30:5-30:0.5-10。
3.根据权利要求1所述的生物粘泥剥离剂，其中，所述金属硼氢化物、氨基多羧酸盐与烷基酚聚氧乙烯醚的重量比为5-20:8-20:1-4。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的生物粘泥剥离剂，其中，所述金属硼氢化物为硼氢化钠和/或硼氢化钾；所述氨基多羧酸盐选自氨三乙酸三钠、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠和二乙烯三胺五乙酸五钠中的至少一种；所述烷基酚聚氧乙烯醚选自通式为的化合物中的至少一种，其中R4为C8-C12的烷基，优选为C8、C9或C12的烷基，n为3-30的自然数，优选为10-20的自然数；更优选地，R4为辛基、壬基或十二烷基且n为10-20的自然数；最优选地，所述烷基酚聚氧乙烯醚为OPE-10、OPE-18、OPE-19、NP-10和NP-15中的至少一种。
5.一种剥离循环冷却水系统中生物粘泥的方法，其特征在于，该方法包括往循环冷却水系统的循环冷却水中依次投加权利要求1-4中任意一项所述的生物粘泥剥离剂中的A剂和B剂。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，相对于1L的循环冷却水，金属硼氢化物的用量为20-300mg，优选为50-200mg。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，投加A剂和B剂的时间间隔为5-30h。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，投加A剂和B剂的时间间隔为8-24h。
9.根据权利要求5-8中任意一项所述的方法，其中，投加B剂后的运行时间为8-30h。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，投加B剂后的运行时间为10-24h。
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