CN107162229A - 一种防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂及其制备方法 - Google Patents

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魏令勇
孙杰
郦和生
谢文州
秦会敏
李昕阳
邱松
杨芳芳
杨宇斐
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    • C02F5/08—Treatment of water with complexing chemicals or other solubilising agents for softening, scale prevention or scale removal, e.g. adding sequestering agents
    • C02F5/10—Treatment of water with complexing chemicals or other solubilising agents for softening, scale prevention or scale removal, e.g. adding sequestering agents using organic substances
    • C02F5/14—Treatment of water with complexing chemicals or other solubilising agents for softening, scale prevention or scale removal, e.g. adding sequestering agents using organic substances containing phosphorus
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/22—Eliminating or preventing deposits, scale removal, scale prevention

Abstract

本发明涉及一种防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂及其制备方法，利用阻垢剂的络合增溶、晶格畸变、凝聚与分散等作用，阻止或干扰难溶性无机盐垢的形成，从而减缓混合炭泥在WAR系统中结垢的趋势，以达到防止WAR系统结垢的目的。向WAR系统中加入复配耐高温阻垢剂，有效降低WAR系统内碳酸钙与硫酸钙等生成，具有处理效果好、流程简单、处理成本低等优点，且投资较低和操作简单等优势，能够显著减缓WAR系统中结垢趋势，有效降低企业PACT+WAR系统运行成本，具有较好的经济、环境和应用价值。

Description

一种防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理技术领域，具体为一种防止活性炭湿式空气再生系统(WAR系统)结垢的阻垢剂及其制备方法。
背景技术
西门子公司的粉末活性炭技术(PACT)和活性炭湿式空气再生技术(WAR)组合工艺是在常规活性污泥法污水处理系统中添加活性炭，通过活性炭吸附有机物的特性，促进难降解物质的吸附与降解。PACT系统中吸附了污染物和活性污泥的混合炭泥被送入WAR系统，在温度为243℃、压力为6.2MPa条件下，可将活性炭吸附的有机物和附着的生化污泥氧化成无机物或易降解有机物，而活性炭不被氧化并恢复活性，重返PACT系统使用。该技术对COD(化学需氧量)有较强的脱除功能，已应用于石化、化工等行业污水处理系统之中。
目前，PACT+WAR技术在我国已有建设投用，但是都存在着WAR系统中换热和加热部分结垢严重等问题。WAR系统中结垢的主要成分为硫酸钙，还有碳酸钙、少量有机物和其他物质，且形成上述结垢的离子，如Ca2+、SO4 2-等离子，绝大部分来自于PACT混合炭泥的菌胶团，采用常规压滤方式无法将结垢离子去除。目前，尚无防止WAR系统结垢的有效对策，存在着WAR系统化学清洗次数频繁、除垢效果差、除垢费用高等问题，严重影响了WAR系统正常运行以及PACT系统的处理效果。因此，如何防止WAR系统结垢问题是相关企业急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂及其制备方法，解决现有技术中WAR系统中换热和加热部分结垢严重等问题，向进入WAR系统的混合炭泥中加入耐高温阻垢剂，以达到防止WAR系统结垢的目的。
为达到以上目的，本发明采取的实施方案是：
一种防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂，包括：
有机膦酸或有机膦酸盐，其质量百分含量为20～60wt％；
聚羧酸或聚羧酸盐，其质量百分含量为5～40wt％；
助剂，其质量百分含量为0.5～15wt％；
水，余量。
在上述方案的基础上，所述有机膦酸或有机膦酸盐的质量百分含量为30～50wt％。
在上述方案的基础上，所述有机膦酸或有机膦酸盐为：氨基三甲叉膦酸、氨基三甲叉膦酸钠、羟基亚乙基二膦酸、羟基亚乙基二膦酸钠、多氨基多醚基亚甲基膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸钠、甘氨酸二甲叉膦酸、氨基磺酸二甲叉膦酸或氨基乙磺酸二甲叉膦酸中的一种或几种。
在上述方案的基础上，所述聚羧酸或聚羧酸盐的质量百分含量为10～30wt％。
在上述方案的基础上，所述聚羧酸或聚羧酸盐为：有机羧酸类均聚物、有机羧酸类二元共聚物和三元共聚物中的一种或几种，
在上述方案的基础上，所述具体为：聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、水解聚马来酸酐、聚环氧琥珀酸、聚环氧琥珀酸钠、丙烯酸/丙烯酸羟丙酯共聚物、丙烯酸/苯乙烯磺酸共聚物、马来酸/苯乙烯磺酸共聚物、马来酸/苯丙烯磺酸共聚物、丙烯酸/马来酸/2-甲基-2’-丙烯酰胺基丙烷磺酸共聚物或丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/丙烯酸甲酯共聚物中的一种或几种。
在上述方案的基础上，所述助剂的质量百分含量为1～10wt％。
在上述方案的基础上，所述助剂为碱和有机胺中的一种或多种。
在上述方案的基础上，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铵的一种或多种。
在上述方案的基础上，所述有机胺为乙二胺、三乙胺、三乙醇胺或聚乙二醇胺的一种或多种。
上述防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机膦酸或有机膦酸盐、聚羧酸或聚羧酸盐、助剂和水按一定比例加入搅拌反应釜中，开启搅拌器和加热器，进行充分混合均质，并在一定温度下进行反应。
(2)搅拌反应釜中各组分反应一定时间后停止加热，冷却至常温后得到防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂。
在上述方案的基础上，步骤(1)中所述搅拌器的搅拌时间范围为0.5～4h，优选为1～2h。
在上述方案的基础上，步骤(1)中所述的温度范围为20～70℃，优选为30～60℃。
本发明所述的阻垢剂采用药剂计量泵加入；在混合炭泥中加入浓度为100～500g/m3，优选范围为200～400g/m3；加入点为WAR系统高压泵进口；阻垢剂加入点后和高压泵前之间配有管道混合器。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂及其制备方法，利用阻垢剂的络合增溶、晶格畸变、凝聚与分散等作用，阻止或干扰难溶性无机盐垢的形成，从而减缓混合炭泥在WAR系统中结垢的趋势，以达到防止WAR系统结垢的目的。
向WAR系统中加入复配耐高温阻垢剂，有效降低WAR系统内碳酸钙与硫酸钙等生成，具有处理效果好、流程简单、处理成本低等优点，且投资较低和操作简单等优势，能够显著减缓WAR系统中结垢趋势，有效降低企业PACT+WAR系统运行成本，具有较好的经济、环境和应用价值。
具体实施方式
以下从本发明阻垢剂及其制备实施例和应用实施例两个方面进行具体说明。
一种防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂，包括：
(1)有机膦酸或有机膦酸盐，其质量百分含量20～60wt％，优选30～50wt％。
有机膦酸或有机膦酸盐为：氨基三甲叉膦酸、氨基三甲叉膦酸钠、羟基亚乙基二膦酸、羟基亚乙基二膦酸钠、多氨基多醚基亚甲基膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸钠、甘氨酸二甲叉膦酸、氨基磺酸二甲叉膦酸或氨基乙磺酸二甲叉膦酸中的一种或几种。
(2)聚羧酸或聚羧酸盐，其质量百分含量为5～40wt％，优选10～30wt％。
聚羧酸或聚羧酸盐为：有机羧酸类均聚物、有机羧酸类二元共聚物和三元共聚物中的一种或几种，
具体为：聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、水解聚马来酸酐、聚环氧琥珀酸、聚环氧琥珀酸钠、丙烯酸/丙烯酸羟丙酯共聚物、丙烯酸/苯乙烯磺酸共聚物、马来酸/苯乙烯磺酸共聚物、马来酸/苯丙烯磺酸共聚物、丙烯酸/马来酸/2-甲基-2’-丙烯酰胺基丙烷磺酸共聚物或丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/丙烯酸甲酯共聚物中的一种或几种。
(3)助剂，其质量百分含量为0.5～15wt％，优选1～10wt％。
助剂为碱和有机胺中的一种或多种。
碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铵的一种或多种。有机胺为乙二胺、三乙胺、三乙醇胺或聚乙二醇胺的一种或多种。
助剂中碱有助于调节复配阻垢剂的pH值，有机胺可以改善各组分溶解性以及与混合炭泥的配伍性。
(4)水，余量。
上述防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机膦酸或有机膦酸盐、聚羧酸或聚羧酸盐、助剂和水按一定比例加入搅拌反应釜中，开启搅拌器和加热器，进行充分混合均质，并在一定温度下进行反应。
(2)搅拌反应釜中各组分反应一定时间后停止加热，冷却至常温后得到防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂。
在上述方案的基础上，步骤(1)中所述搅拌器的搅拌时间范围为0.5～4h，优选为1～2h。
在上述方案的基础上，步骤(1)中所述的温度范围为20～70℃，优选为30～60℃。
本发明所述的阻垢剂采用药剂计量泵加入；在混合炭泥中加入浓度为100～500g/m3，优选范围为200～400g/m3；加入点为WAR系统高压泵进口；阻垢剂加入点后和高压泵前之间配有管道混合器。
制备实施例1
本发明所述用于WAR系统的耐高温阻垢剂，其制备方法如下：
(1)有机膦酸或有机膦酸盐：氨基三甲叉膦酸为10wt％；二乙烯三胺五甲叉膦酸为30wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸盐：聚丙烯酸为15wt％；
(3)助剂：氢氧化钠0.5wt％；三乙胺为0.5wt％；
(4)余量为水。
按上述比例加入搅拌反应釜中，开启搅拌器和加热器，进行充分混合均质并在70℃进行反应。搅拌反应釜中各组分反应一定时间4h后停止加热，冷却至常温后得到本发明的阻垢剂。按上述制备方法得到阻垢剂产品1#，称为1#阻垢剂。
制备实施例2
本发明所述用于WAR系统的耐高温阻垢剂，其制备方法如下：
(1)有机膦酸或有机膦酸盐：二乙烯三胺五甲叉膦酸为30wt％；乙二胺四甲叉膦酸为10wt％；甘氨酸二甲叉膦酸10wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸盐：水解聚马来酸酐为5wt％；丙烯酸/丙烯酸羟丙酯共聚物为2wt％；
(3)助剂：氢氧化钠为1wt％；乙二醇为4wt％；
(4)余量为水。
按上述比例加入搅拌反应釜中，开启搅拌器和加热器，进行充分混合均质并在60℃进行反应。搅拌反应釜中各组分反应一定时间2h后停止加热，冷却至常温后得到本发明的阻垢剂。按上述制备方法得到阻垢剂产品2#，称为2#阻垢剂。
制备实施例3
本发明所述用于WAR系统的耐高温阻垢剂，其制备方法如下：
(1)有机膦酸或有机膦酸盐：羟基亚乙基二膦酸为20％；二乙烯三胺五甲叉膦酸为20wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸盐：聚丙烯酸钠为15wt％。
(3)助剂：氢氧化钠2wt％；三乙醇胺为5wt％。
(4)余量为水。
按上述比例加入搅拌反应釜中，开启搅拌器和加热器，进行充分混合均质并在60℃进行反应。搅拌反应釜中各组分反应一定时间3h后停止加热，冷却至常温后得到本发明的阻垢剂。按上述制备方法得到阻垢剂产品3#，称为3#阻垢剂。
制备实施例4
本发明所述用于WAR系统的耐高温阻垢剂，其制备方法如下：
(1)有机膦酸或有机膦酸盐：多氨基多醚基亚甲基膦酸为30wt％；羟基亚乙基二膦酸为10wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸盐：聚丙烯酸钠为10wt％；丙烯酸/苯乙烯磺酸共聚物为5wt％；聚环氧琥珀酸为5wt％。
(3)助剂：聚乙二醇胺为0.5wt％。
(4)余量为水。
按上述比例加入搅拌反应釜中，开启搅拌器和加热器，进行充分混合均质并在20℃进行反应。搅拌反应釜中各组分反应一定时间4h后停止加热，冷却至常温后得到本发明的阻垢剂。按上述制备方法得到阻垢剂产品4#，称为4#阻垢剂。
制备实施例5
本发明所述用于WAR系统的耐高温阻垢剂，其制备方法如下：
(1)有机膦酸或有机膦酸盐：乙二胺四甲叉膦酸为20wt％；氨基三甲叉膦酸钠为5wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸盐：聚环氧琥珀酸为40wt％；
(3)助剂：氢氧化钠1wt％；乙二胺为1wt％；
(4)余量为水。
按上述比例加入搅拌反应釜中，开启搅拌器和加热器，进行充分混合均质并在50℃进行反应。搅拌反应釜中各组分反应一定时间4h后停止加热，冷却至常温后得到本发明的阻垢剂。按上述制备方法得到阻垢剂产品5#，称为5#阻垢剂。
制备实施例6
本发明所述用于WAR系统的耐高温阻垢剂，其制备方法如下：
(1)有机膦酸或有机膦酸盐：乙二胺四甲叉膦酸钠为30wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸盐：聚环氧琥珀酸钠为30wt％；
(3)助剂：氢氧化氨2wt％；三乙醇胺为8wt％；
(4)余量为水。
按上述比例加入搅拌反应釜中，开启搅拌器和加热器，进行充分混合均质并在30℃进行反应。搅拌反应釜中各组分反应一定时间2h后停止加热，冷却至常温后得到本发明的阻垢剂。按上述制备方法得到阻垢剂产品6#，称为6#阻垢剂。
制备实施例7
本发明所述用于WAR系统的耐高温阻垢剂，其制备方法如下：
(1)有机膦酸或有机膦酸盐：二乙烯三胺五甲叉膦酸钠为40wt％；多氨基多醚基亚甲基膦酸为20wt％
(2)聚羧酸或聚羧酸盐：聚丙烯酸钠为5wt％；丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/丙烯酸甲酯共聚物5wt％；
(3)助剂：氢氧化钾2wt％；乙二胺为2wt％；
(4)余量为水。
按上述比例加入搅拌反应釜中，开启搅拌器和加热器，进行充分混合均质并在50℃进行反应。搅拌反应釜中各组分反应一定时间2h后停止加热，冷却至常温后得到本发明的阻垢剂。按上述制备方法得到阻垢剂产品7#，称为7#阻垢剂。
制备实施例8
本发明所述用于WAR系统的耐高温阻垢剂，其制备方法如下：
(1)有机膦酸或有机膦酸盐：乙二胺四甲叉膦酸钠为30wt％；多氨基多醚基亚甲基膦酸为20wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸盐：聚环氧琥珀酸钠为10wt％；
(3)助剂：氢氧化氨10wt％；三乙胺为5wt％；
(4)余量为水。
按上述比例加入搅拌反应釜中，开启搅拌器和加热器，进行充分混合均质并在40℃进行反应。搅拌反应釜中各组分反应一定时间1h后停止加热，冷却至常温后得到本发明的阻垢剂。按上述制备方法得到阻垢剂产品8#，称为8#阻垢剂。
制备实施例9
本发明所述用于WAR系统的耐高温阻垢剂，其制备方法如下：
(1)有机膦酸或有机膦酸盐：氨基磺酸二甲叉膦酸为35wt％；羟基亚乙基二膦酸钠为15wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸盐：水解聚马来酸酐为4wt％；丙烯酸/马来酸/2-甲基-2’-丙烯酰胺基丙烷磺酸共聚物为2wt％；
(3)助剂：氢氧化钠为1wt％；乙二醇为2wt％；
(4)余量为水。
按上述比例加入搅拌反应釜中，开启搅拌器和加热器，进行充分混合均质并在40℃进行反应。搅拌反应釜中各组分反应一定时间1h后停止加热，冷却至常温后得到本发明的阻垢剂。按上述制备方法得到阻垢剂产品9#，称为9#阻垢剂。
制备实施例10
本发明所述用于WAR系统的耐高温阻垢剂，其制备方法如下：
(1)有机膦酸或有机膦酸盐：甘氨酸二甲叉膦酸为30wt％；氨基乙磺酸二甲叉膦酸为10wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸盐：马来酸/苯乙烯磺酸共聚物5wt％；马来酸/苯丙烯磺酸共聚物为10wt％。
(3)助剂：氢氧化钠1wt％；三乙醇胺为3wt％。
(4)余量为水。
按上述比例加入搅拌反应釜中，开启搅拌器和加热器，进行充分混合均质并在50℃进行反应。搅拌反应釜中各组分反应一定时间2h后停止加热，冷却至常温后得到本发明的阻垢剂。按上述制备方法得到阻垢剂产品10#，称为10#阻垢剂。
应用实施例
混合炭泥特性：某石油化工企业的PACT生化处理工艺外排再生混合炭泥，其炭泥指标为MLSS(混合液悬浮固体浓度)为81.5g/L，MLVSS(混合液挥发性悬浮固体浓度)为64.1g/L，干基炭泥中Ca含量为3.7％，S含量为1.3％；上清液指标为COD为21mg/L，Ca2+为86.3mg/L，SO4 2-为158.4mg/L。
阻垢剂性能评定方法：取混合炭泥分别加入一定浓度(以阻垢剂质量计)的1#～10#阻垢剂后，泵入WAR系统模拟实验装置进行处理，模拟装置的温度为243±5℃，压力为6.2±0.5MPa。243±5℃恒温2h后停止加热，冷却后进行固液分离，测定液相的Ca2+浓度。Ca2+浓度测定参考GB/T 15452-2009工业循环冷却水中钙、镁离子的测定(EDTA滴定法)。空白样为混合炭泥不加入阻垢剂，按上述评价方法测定的Ca2+浓度。
阻垢率计算公式为：阻垢率＝(C-C0)/(C1-C0)×100％
C：实测Ca2+浓度；
C0：空白样的Ca2+浓度，测定值为113.1mg/L
C1：污泥与水中Ca2+的总浓度，即为3101.8mg/L。
如下表为1#～10#阻垢剂性能评定结果：
经测试，上述1#～10#阻垢剂加入混合炭泥后WAR系统模拟装置没出现结垢现象。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (15)

1.一种防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂，其特征在于，包括：
有机膦酸或有机膦酸盐，其质量百分含量为20～60wt％；
聚羧酸或聚羧酸盐，其质量百分含量为5～40wt％；
助剂，其质量百分含量为0.5～15wt％；
水，余量。
2.如权利要求1所述的防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂，其特征在于，所述有机膦酸或有机膦酸盐的质量百分含量为30～50wt％。
3.如权利要求1所述的防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂，其特征在于，所述有机膦酸或有机膦酸盐为：氨基三甲叉膦酸、氨基三甲叉膦酸钠、羟基亚乙基二膦酸、羟基亚乙基二膦酸钠、多氨基多醚基亚甲基膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸钠、甘氨酸二甲叉膦酸、氨基磺酸二甲叉膦酸或氨基乙磺酸二甲叉膦酸中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂，其特征在于，所述聚羧酸或聚羧酸盐的质量百分含量为10～30wt％。
5.如权利要求1所述的防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂，其特征在于，所述聚羧酸或聚羧酸盐为：有机羧酸类均聚物、有机羧酸类二元共聚物和三元共聚物中的一种或几种。
6.如权利要求5所述的防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂，其特征在于，所述聚羧酸或聚羧酸盐具体为：聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、水解聚马来酸酐、聚环氧琥珀酸、聚环氧琥珀酸钠、丙烯酸/丙烯酸羟丙酯共聚物、丙烯酸/苯乙烯磺酸共聚物、马来酸/苯乙烯磺酸共聚物、马来酸/苯丙烯磺酸共聚物、丙烯酸/马来酸/2-甲基-2’-丙烯酰胺基丙烷磺酸共聚物或丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/丙烯酸甲酯共聚物中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂，其特征在于，所述助剂的质量百分含量为1～10wt％。
8.如权利要求1所述的防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂，其特征在于，所述助剂为碱和有机胺中的一种或多种。
9.如权利要求8所述的防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂，其特征在于，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铵的一种或多种。
10.如权利要求8所述的防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂，其特征在于，所述有机胺为乙二胺、三乙胺、三乙醇胺或聚乙二醇胺的一种或多种。
11.一种防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将有机膦酸或有机膦酸盐、聚羧酸或聚羧酸盐、助剂和水按一定比例加入搅拌反应釜中，开启搅拌器和加热器，进行充分混合均质，并在一定温度下进行反应；
(2)搅拌反应釜中各组分反应一定时间后停止加热，冷却至常温后得到防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂。
12.如权利要求11所述的防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述搅拌器的搅拌时间范围为0.5～4h。
13.如权利要求12所述的防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述搅拌器的搅拌时间范围为1～2h。
14.如权利要求11所述的防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的温度范围为20～70℃。
15.如权利要求14所述的防止湿式空气再生系统结垢的阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的温度范围为30～60℃。
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