TWI481551B - 產生穩定氧化除生物劑之方法 - Google Patents

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Description

產生穩定氧化除生物劑之方法 【版權通知】
本專利文件之揭示內容之一部分含有或可能含有版權保護材料。版權所有者不反對由任一專利文件或專利揭示案完全以其出現於專利與商標局專利檔案或記錄中之形式複印複製，但否則無論如何均保留所有版權。
本發明係關於產生適用作除生物組成物之穩定氯胺。本發明展示產生呈穩定形式之氯胺之方法，該穩定形式允許產生、儲存及運輸氯胺。本發明顯示產生穩定及功能性氯胺之方法，該穩定及功能性氯胺允許在水處理系統及多種其他處理系統中使用氯胺作為不會快速降解之除生物組成物。
本文所述之本發明係關於產生生物積垢控制劑。本發明之基礎在於反應物之組成及使用濃縮反應物以將兩種液體溶液自其原生化學形式轉化為除生物特性改變之另一者的產生條件。
在全世界，存在許多不同類型之工業水系統。存在工業水系統，因此可進行必要之化學、機械及生物程序以達成所需結果。即使在以當前可獲得之最佳水處理程式處理之工業水系統中，積垢仍可能存在。出於本專利申請案之目的，「積垢」定義為「任何有機或無機物質於表面上之沈積」。
若此等工業水系統未針對微生物積垢控制進行處理，則其將變得嚴重淤塞。積垢對工業水系統具有負面影響。舉例而言，嚴重礦物結垢(mineral scale)(無機物質)可累積於水接觸面上且在任何存在結垢之處均存在微生物生長之理想環境。
積垢藉由多種機制發生，包括空氣傳播及水傳播及水形成污染物之沈積、水滯流、系統滲漏(process leak)及其他因素。若允許其進展，則該系統可遭受與微生物積垢相關之操作效率降低、設備故障早發、生產力損失、產品品質損失及健康相關風險提高。
積垢亦可因微生物污染而發生。工業水系統中之微生物污染來源眾多且可包括(但不限於)空氣傳播污染、補給水、系統滲漏及不適當清潔之設備。此等微生物可在水系統之任何濕潤或半濕潤面上快速建立微生物群落。一旦此等微生物族群存在於整體水物中，大於99%水中存在之微生物即以生物膜形式存在於表面上。
當微生物群落在表面上發展時，自微生物分泌之外聚合物質(exopolymeric substance)有助於形成生物膜。此等生物膜為建立用於濃縮營養素之方式且提供生長保護的複雜生態系統。生物膜可加速結垢、腐蝕及其他積垢過程。生物膜不僅造成系統效率降低，而且其亦提供微生物(可包括病原性細菌)增殖之優良環境。因此，重要的是以最大可能限度減少生物膜及其他積垢過程以使製程效率達到最大及使水傳播病原體所致之健康相關風險降至最小。
若干因素促進生物積垢問題且支配其程度。水溫；水pH值；有機及無機營養素、生長條件，諸如有氧或缺氧條件，及在一些情況下存在或不存在日光等可起到重要作用。此等因素亦有助於決定水系統中可能存在之微生物的類型。
如先前所述，生物積垢可能會引起不期望之程序干擾且因此必須受到控制。許多不同方法用於控制工業程序中之生物積垢。最常用方法為將除生物化合物應用於程序用水(process waters)。所應用之除生物劑性質上可為氧化性或非氧化性。由於若干不同因素，諸如經濟關注及環境關注，因此氧化除生物劑較佳。氧化除生物劑，諸如氯氣、次氯酸、溴衍生除生物劑，及其他氧化除生物劑在工業水系統之處理中廣泛使用。
確定氧化除生物劑之功效中之一個因素為水基質中組分之存在，其將構成「需氯量」或氧化除生物劑需求量。「需氯量」定義為經水中物質還原或以其他方式轉化為惰性形式氯的氯之量。耗氯物質包括(但不限於)微生物、有機分子、氨及胺基衍生物；硫化物、氰化物、可氧化陽離子、紙漿木質素、澱粉、糖、油、水處理添加劑，如結垢及腐蝕抑制劑等。水中及生物膜中之微生物生長促成水之需氯量及所處理系統之需氯量。發現習知氧化除生物劑在含有高需氯量之水(包括重黏液(heavy slime))中無效。通常推薦非氧化除生物劑用於此等水。
氯胺為有效的且典型地用於存在高氧化除生物劑(諸如氯)需求量之條件下或用於得益於『氧化』除生物劑之持久性的條件下。愈來愈多地以氯胺處理生活用水系統。當自由氯與所存在之氨或添加至水中之氨反應時一般形成氯胺。已記錄產生氯胺之許多不同方法。氯源與氮源之間的反應之某些關鍵參數決定所產生之除生物化合物的穩定性及功效。先前所述方法依賴於預先形成反應物稀溶液，接著其組合以產生氯胺溶液。反應物為呈銨鹽(硫酸鹽、溴化物或氯化物)形式之胺源，及呈氣體形式或與鹼土金屬(Na或Ca)組合之Cl供體(氯供體)。又，所述方法依賴於藉由在高pH值下添加反應物或藉由個別添加苛性鹼溶液來控制反應混合物之pH值。因為由此產生之消毒劑快速降解，所以必須將該消毒劑立即饋入所處理之系統中。在所處理之系統外部產生消毒劑溶液且接著饋入水性系統中以供處理。在先前所述之產生處理液體以控制生物積垢之方法中，出現的顯著問題在於活性除生物成分化學上不穩定且快速分解，導致pH值快速降低。除生物成分之此快速劣化導致功效損失。亦觀察到由於除生物組分快速分解，致使活性除生物成分之pH值從未大於8.0(參考US5976386)。
本發明描述以下關鍵態樣：
1.產生「較穩定」消毒劑溶液之反應物組成物，
2.產生「較穩定」形式除生物組分之條件，及
3.產生消毒劑之方法。
本發明係關於一種產生穩定氯胺之方法，其中將濃縮氯源與濃縮胺源組合且攪拌以產生pH值在5以上之穩定氯胺。本發明之氯源含有鹼土金屬，其中較佳氯源為次氯酸鈉或次氯酸鈣，且胺源較佳為硫酸銨(NH4 )2 SO4 或氫氧化銨NH4 OH。
本發明之方法包括一種反應方式，其中氯源與胺源發生反應以形成氯胺。該反應方式為液體，其較佳為水。本發明之產物為穩定氯胺。
本發明詳述一種產生穩定氯胺之方法，其中以一種反應方式將濃縮氯源與濃縮胺源組合且攪拌以產生pH值為7或7以上之穩定氯胺。
實施例
藉由參考以下實施例可更好地瞭解前述內容，該實施例意欲說明實施本發明之方法且不欲限制本發明之範疇。
實施例1
在一個實驗中，為瞭解所產生之氯胺溶液的產生及穩定性，製備次氯酸鹽、(NH4 )2 SO4 及NH4 OH之新鮮溶液且將其用於產生氯胺。單獨測試所製備之次氯酸鹽溶液且如自稀釋度所預期，發現其含有約110 ppm自由Cl2 。藉由量測產物之自由Cl2 及總Cl2 來評估所產生之氯胺的量。實驗結果顯示觀察到100%轉化為氯胺(總Cl2 )。另外，利用(NH4 )2 SO4 及NH4 OH產生之產物的pH值保持在7以上。
將所產生之氯胺溶液保持在黑暗中且1天後再分析。再次量測自由Cl2 及總Cl2 以瞭解在50 ml管之封閉空間中產生及保持的氯胺溶液之穩定性。將資料與產生時間資料相比較，且總Cl2 含量損失為溶液中氯胺損失之量度。用來源於(NH4 )2 SO4 或NH4 OH之胺產生的氯胺產物在1天後僅顯示略微降解，分別為7.7%及5.9%。作為一個觀察結果，用來源於溴化銨(NH4 Br)之胺產生的氯胺溶液在1天後顯示大於90%損失/降解。
應瞭解，本文所述之目前較佳具體實例之各種變化及修改對熟習此項技術者而言將顯而易見。可在不脫離本發明之精神及範疇且不減小其預定優勢的情況下進行此等變化及修改。因此，意欲此等變化及修改由隨附申請專利範圍所涵蓋。

Claims (16)

  1. 一種以連續流產生穩定氯胺之方法，其中在周圍溫度下將濃縮氯源與在周圍溫度下的濃縮胺源組合且攪拌以產生pH值為7至10.5之穩定氯胺。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該氯源含有鹼土金屬。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該胺源為硫酸銨。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該胺源為氫氧化銨。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，氯源與胺源之莫耳比為1:0.755至1:2。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該反應方式為液體。
  7. 如申請專利範圍第5項之方法，其中增加氫氧化物含量。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該穩定氯胺具有8至10之pH值。
  9. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該氯源為次氯酸鈉或次氯酸鈣。
  10. 一種產生穩定氯胺之方法，其中以一種反應方式將濃縮氯源與濃縮胺源組合且攪拌以產生pH值為7至10.5之穩定氯胺。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該氯源含有鹼土金屬。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該氯源為次氯酸鈉或次氯酸鈣。
  13. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該胺源為硫酸銨。
  14. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該胺源為氫氧化銨。
  15. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該反應方式為液體。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該反應方式為水。
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