CN1686869A - 一种水处理剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新的水处理剂及该水处理剂的制备方法。本发明水处理剂由以下重量份的原料制成：六偏磷酸钠60－70份、磷酸氢钙20－30份、碳酸铜5－10份、碳酸锌5－10份。本发明水处理剂的制备方法如下：将上述重量份的原料均匀的混合后在一个由高温石英材料为内衬的容积中进行熔融，再经成型、退火、冷却即得。本发明水处理剂为一种缓溶性水处理剂，可以在密闭容器中经水溶出后使用，不仅具有聚磷酸盐特有的阻垢性能，还具有优异的防腐、杀菌和灭藻性能。

Description

一种水处理剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水处理剂，尤其涉及一种多聚磷酸盐水处理剂以及该水处理剂的制备方法，属于水处理工程领域。

背景技术

二十世纪中叶人们就发现聚磷酸盐具有螯合水中钙镁盐的特性，即能使水中形成的碳酸钙和碳酸镁借磷酸盐离子的作用，悬浮在水中而不从水中析出，也就是避免了水垢的形成，因而这类聚磷酸盐(含少量硅酸)作为阻垢剂被广泛使用于水处理过程。二十世纪八十年代德国推出了一种球形硅磷酸盐，商品名为“SILIPHOS”，在国际上得到广泛应用，经FAO/WHO(联合国及世界卫生组织)批准，可以在饮用水中使用。我国于九十年代中引进这一产品，定名为“归丽精”，并于98年获得卫生部批准，使用于生活饮用水系统及凉水塔系统，解决了镀锌管管内结垢而导致红水及穿管现象。

“归丽精”在应用中必须借助水中的钙铁离子形成磷酸盐〔CaFé(PO₄)₂〕，它能附着在金属管道表面防止水中溶解氧对器材、管道的腐蚀，因此“归丽精”不仅能阻垢，还能防腐，是一种多功能、无药害、用量极少(1-3ppm)的水处理剂。

但是，在实践中发现也有一些例外，主要是对一些水质较软的水原，由于钙离子的不足，不能形成磷酸钙铁金属保护膜，以致使“红水”问题得不到彻底消除。实践证明“归丽精”在水总硬度低于60ppm时效果不佳。此外，由于“归丽精”中含有自由磷酸根离子，是藻类的营养源，所以它用作循环水的阻垢剂时，因水中的藻类繁殖而使凉水塔中生成粘物，这样有时反而能加剧凉水塔的结垢过程。

针对我国长江以南城市供水以地表水为主的特点，水硬度较低，阻垢必须另辟溪径。国外也有报导可以使用粉状磷酸氢钠作为水处理剂，虽然，由此可以解决一些问题，但十分有限，因为这一方法是基于加大磷酸根的浓度，达到在使水中钙离子很少的情况下也可以形成磷酸钙盐的目的。这一方法的磷酸盐浓度要高达5-10ppm，比“归丽精”多用好几倍，这样会造成城市排水中的磷含量增高，不利于污水处理。

综上所述，为了避免“归丽精”在使用中的不足之处，研制一种具有更高防腐和阻垢性能的水处理剂显得就十分重要了。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有高防腐和阻垢性能的水处理剂。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术途径来实现的：

一种水处理剂，由以下重量份的原料制成：

六偏磷酸钠60-70份、磷酸氢钙20-30份、碳酸铜5-10份、碳酸锌5-10份。

优选为：六偏磷酸钠62.5份、磷酸氢钙22.5份、碳酸铜7.5份、碳酸锌7.5份。

本发明所用的原料均可从市场购买得到，规格符合食品级即可。

优选的，本发明所用的原料来源及规格如下：

六偏磷酸钠(SHMP)，分子式为：(NaPO₃)₆，五氧化二磷的含量＞68.0％，食品级，可购自云南省群利实业有限公司。

磷酸氢钙(CaHPO₄·2H₂O)，磷酸氢钙含量＞98％，食品级，可购自云南省群利实业有限公司。

碳酸铜，分子式为CuCO₃·×H₂O，CuO含量＞68％，食品级。

碳酸锌，分子式为ZnCO₃·×H₂O，ZnO含量＞77％，食品级。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种制备上述水处理剂的方法。

一种制备水处理剂的方法，步骤如下：

1)按下述重量份称取各原料：

六偏磷酸钠60-70份、磷酸氢钙20-30份、碳酸铜5-10份、碳酸锌5-10份。

2)将上述原料均匀的混合后在一个由高温石英材料为内衬的容积中进行熔融，再经成型、退火、冷却即得。

上述制备方法中，其中在进行熔融时，控制熔化温度范围为700-950℃，反应温度为1000-1300℃，总加热时间1.5-3.5小时；所述的成型是将已熔化的玻璃液连续浇铸在模具中，再经脱模成相应形状的初品。在实际生产中，本领域的普通技术人员可根据需要(例如产品的大小、形状等)选择相应的模具，这是本领域技术人员很容易控制和实现的；所述的退火温度为200-350℃，退火时间为30-50分钟。

本发明水处理剂为一种缓溶性水处理剂，可以在密闭容器中经水溶出后使用，不仅具有聚磷酸盐特有的阻垢性能，还具有优异的防腐、杀菌和灭藻性能。

本发明水处理剂中含有大量的铜、锌离子，具有为Ca、Cu离子协同作用的防腐性能，防腐能力优于常规的聚硅磷酸盐(即归丽精)，尤其是当水中的硬度低于60ppm时，本发明水处理剂仍然具有良好的防腐效果。

铜、锌与钠、钙相似，也能形成相应的磷酸盐，而且具有与磷酸盐相似的缓溶性能。铜是一种极为有效的杀藻剂，水中含0.1-0.2ppm以上的铜离子，除藻率可达90％以上。WHO设定生活使用水中铜含量上限为1.0ppm。锌盐在水中会在紧靠金属表面形成氢氧化锌沉淀，并覆盖阴极表面而阻断腐蚀过程，这一过程在其它金属磷酸盐(如铜盐)存在时得到加强，而产生防腐协同(增效)作用，锌离子的浓度也相应可以降到0.1-0.2ppm左右，Cu离子、Zn离子的存在能杀灭细菌，特别在杀死隐孢子菌及贾第氏虫十分有效。此外，水中少量金属离子是人体生长要素，限量下的铁、钙、锌离子有助于人体的吸收，因此，本发明水处理剂不仅具有能使各种水质防腐阻垢，使开放型循环水阻垢灭藻，并还具有有利于人体吸收矿物质元素等作用。

本发明水处理剂所用原料均为食品级并经千度以上的高温制备而成，其金属盐的含量均远低于国标，因此无论在生活饮用水及循环冷却水中应用均是安全、环保友好的水处理剂。

本发明水处理剂无毒、无味、不挥发，纯无机材料，使用中无特殊要求。

在循环水中使用时，本发明水处理剂在水中的含量为20ppm，相当于含Cu离子1.4ppm，Zn离子1.5ppm。在生活饮用水中使用时，本发明水处理剂水中的含量2-5ppm，相当于含Cu离子0.14-0.35ppm，Zn离子0.15-0.37ppm。

本发明水处理剂的使用方法：

根据不同使用目的，可分为二个方面：

1、当用作循环冷却水时可以按需要加入的量，以布袋装入本发明水处理剂后悬挂在水系统中，以使流经的水能溶有适量的处理剂，浓度一般在2-3ppm。

2、当处理生活饮用水时，可以将水处理剂置于一个耐压的容器中，容器的两端与管路相连，打开水龙头时，进水经过装有水处理的容器，水处理剂溶入1-3ppm到水中而起到保护材料的作用。

以下通过实施例进一步阐明本发明的有益效果，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本发明的范围。

具体实施方式

[实施例1]

按下述重量称取各原料(单位：g)：六偏磷酸钠600、磷酸氢钙200、碳酸铜50、碳酸锌50；将上述原料混合均匀的混合在一起；熔料：将上述混合物在一个由高温石英材料为内衬的容积中进行熔融，控制熔化温度范围为700℃，反应温度为1000℃，总加热时间1.5小时；成型：将已熔化的玻璃液连续浇铸在模具中(模具的材质是铬钢，在厚2cm、长12cm、宽6cm的钢条中心，均匀开有一串直径为2cm的半球形小孔，孔与孔有一2cm长的小槽相连，两块钢板相扣，中心所开的小孔即可形成一球形)，再经脱模成相应形状的初品；退火：将初品退火，退火温度为200℃，退火时间为30分钟，再自然冷却8小时即得终产品。终产品为蔚蓝色的球形晶体，球体直径为2cm。

[实施例2]

按下述重量称取各原料(单位：g)：六偏磷酸钠700、磷酸氢钙300、碳酸铜100、碳酸锌100；将上述原料混合均匀的混合在一起；熔料：将上述混合物在一个由高温石英材料为内衬的容积中进行熔融，控制熔化温度范围为950℃，反应温度为1300℃，总加热时间3.5小时；成型：将已熔化的玻璃液连续浇铸在模具中(模具的材质是铬钢，在厚2cm、长12cm、宽6cm的钢条中心，均匀开有一串直径为2cm的半球形小孔，孔与孔用一2cm长的小槽相连，两块钢板相扣，中心所开的小孔即可形成一球形)，再经脱模成相应形状的初品；退火：将初品退火，退火温度为350℃，退火时间为50分钟，再自然冷却24小时即得终产品。此种产品为蔚蓝色、直径为2cm的球形晶体，。

[实施例3]

按下述重量称取各原料(单位：g)：六偏磷酸钠625、磷酸氢钙225、碳酸铜75、碳酸锌75；将上述原料混合均匀的混合在一起；熔料：将上述混合物在一个由高温石英材料为内衬的容积中进行熔融，控制熔化温度范围为800℃，反应温度为1200℃，总加热时间2.5小时；成型：将已熔化的玻璃液连续浇铸在模具中(模具的材质是铬钢，在厚2cm、长12cm、宽6cm的钢条中心，均匀开有一串直径为2cm的半球形小孔，孔与孔用一2cm长的小槽相连，两块钢板相扣，中心所开的小孔即可形成一球形)，再经脱模成相应形状的初品；退火：将初品退火，退火温度为250℃，退火时间为40分钟，再自然冷却12小时即得终产品。此种产品为蔚蓝色的直径为2cm的球形晶体，。

[试验例1]本发明水处理剂的阻垢性能试验。。

一、试验材料

1、供试样品1：本发明实施例1所制备的产品，编号为LJL(1#)。

2、供试样品2：本发明实施例2所制备的产品，编号为LJL(2#)。

3、对照样品：“归丽精”(SP)(德国贝克吉利尼化学有限公司生产)。

二、试验方法及结果

本发明水处理剂阻垢性能的评价方法采用的是“静态阻垢评价法”。

具体试验过程如下：

1、使用实验室的自来水，为了避免室内水中已有聚磷酸盐的干扰，试验采用市政水进入大楼前的水样，其钙硬度为135ppm(Ca 1)；

2、评价在1L容量瓶中进行，将供试样品和对照样品用自来水分别配制成2ppm和5ppm两种浓度，同时设置空白对照一个，一共7个样瓶，一次性置于75℃水浴中，加热停留时间24hr，然后分别测定加热后的残留钙硬度，空白残留最少表示不加药钙硬不稳定，其浓度为Ca 0，加药阻垢后的钙硬越高，说明阻垢性能良好，其浓度为Ca 1，阻垢率η为：

η＝(Ca 2-Ca 0)/(Ca 1-Ca 0)×100％

试验结果见表1：

表1  本发明水处理剂的阻垢性能试验结果

项目	空白	SP		LJL(1#)		LJL(2#)
								ppm	0	2	5	2	5	2	5
Ca 1	135	-	-	-	-	-	-
								Ca 0	68	-	-	-	-	-	-
Ca 2	-	108	128	115	126	105	127
								η		59.4	89.5	70	86.5	55.2	91.1

试验结论：

1、供试样品与对照样品相比，阻垢率性能相似，在低浓度时供试样品的阻垢率性能要优于对照样品。

2、供试样品加料量以2-5ppm为宜，阻垢率η约在60％-90％之间变动。

[试验例2]本发明水处理剂的防腐性能试验

一、试验材料

1、供试样品：本发明实施例1所制备的产品。

2、对照样品：“归丽精”(SP)(德国贝克吉利尼化学有限公司生产)。

二、试验方法

将蒸馏水与自来水配制成试验用水，最终硬度为26ppm。采用标准挂片试验，挂片材质为A3碳钢，I型50×25×2，面积为28CM2，重量约20g。试验方法为将试验用的挂片置于试验用的试液中，在试验温度下，经过120小时以上浸泡。

具体试验步骤如下：

a)按照试验方案准备好试验用水和水处理药剂溶液。

b)取有浓缩倍数标记的烧杯，按试验要求往烧杯中准确加入水处理药剂，再将用容量瓶量取的试验用水倒入烧杯中，然后将烧杯平稳的置于恒温水槽内。

c)温度达到要求后，把已称重的试片固定在挂片器上并放入烧杯的试液中，开始记录时间。

d)试验开始后，试液不断被蒸发和浓缩，当液位下降到原体积的2/3时，补加试液保持这一液位。

e)120小时后结束试验，取出试片，观察清洗后称重、镜检，并对试液进行分析。

试验结果见表2。

表2  本发明水处理剂的防腐性能试验结果

样品编号	试验例1		试验例2
						样品浓度	腐蚀率	样品浓度	腐蚀率
对照样品	7.25	0.04767	3.62	0.04317
					供试样品	4.70	0.05118	2.35	0.03301

对比结果说明，供试样品和对照样品均具有较好的防腐性能(国家规范工业冷却水允许腐蚀率为0.125)，供试样品在低浓度下超过对照样品，说明本发明水处理剂产品中Cu、Ca、Zn离子的协同作用十分明显，具有优异的防腐性能。

[试验例3]本发明水处理剂的杀菌、灭藻性能试验

一、试验材料

1、供试样品：本发明实施例1所制备的产品。

2、对照样品：“归丽精”(SP)(德国贝克吉利尼化学有限公司生产)。

二、试验方法

将木质材料分别悬挂在含有供试样品及对照样品浓度为100ppm的水中及水面上，历经二星期后，与对照样品接触的木质材料表面盖满清藻，与供试样品接触的木质材料表面未见变化。说明供试样品具有比对照样品优越得多的杀菌、灭藻效果。

Claims (7)

1、一种水处理剂，由以下重量份的原料制成：

六偏磷酸钠60-70份、磷酸氢钙20-30份、碳酸铜5-10份、碳酸锌5-10份。

2、按照权利要求1的水处理剂，其特征是各原料的重量份是：

六偏磷酸钠62.5份、磷酸氢钙22.5份、碳酸铜7.5份、碳酸锌7.5份。

3、一种制备权利要求1的水处理剂的方法，步骤如下：

1)按下述重量份称取各原料：

六偏磷酸钠60-70份、磷酸氢钙20-30份、碳酸铜5-10份、碳酸锌5-10份；

2)将上述原料均匀的混合后在一个由高温石英材料为内衬的容积中进行熔融，再经成型、退火、冷却即得。

4、按照权利要求3的方法，其特征是在进行熔融时，控制熔化温度范围为700-950℃，反应温度为1000-1300℃，总加热时间1.5-3.5小时。

5、按照权利要求3的方法，其特征是所述的成型是将已熔化的玻璃液连续浇铸在模具中，再经脱模成相应形状的初品。

6、按照权利要求3的方法，其特征是所述的退火温度为200-350℃，退火时间为30-50分钟。

7、权利要求1～2所述的任意一项水处理剂在水处理中的用途。