CN114180730A - 一种循环冷却水系统用高浓缩倍数缓蚀阻垢剂及水处理方法 - Google Patents
一种循环冷却水系统用高浓缩倍数缓蚀阻垢剂及水处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种循环冷却水系统用高浓缩倍数缓蚀阻垢剂，包括以下重量份的原料组分：水解聚马来酸酐、锌盐、含羟基丙烯酸类单体、丙烯酸类单体、腐植酸、表面活性剂、水；所述缓释阻垢剂的制备中，以含羟基丙烯酸类单体、丙烯酸类单体为原料，在催化剂、引发剂作用下，通过自由基的聚合、酯化反应合成含羟基聚丙烯酸酯，并再反应过程中，添加腐殖酸进行共同反应，之后再与余下原料混合制备得到缓蚀阻垢剂。本发明中以含羟基丙烯酸类单体、丙烯酸类单体为原料，并在反应过程中添加腐殖酸，通过聚合酯化得到含羟基聚丙烯酸酯、腐植酸以及聚丙烯酸酯—腐殖酸酯化物的混合产物，其分子结构中含有大量羟基、羧基，直链和支链交替延伸，分子量大小可通过配方设计进行调控，增强了阻垢剂的缓蚀阻垢效果。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别涉及循环冷却水系统用高浓缩倍数缓蚀阻垢剂及水处理方法。
背景技术
节约工业冷却水，使有限的水资源得到最大限度的利用，是工业领域节水工作的重中之重。采用循环冷却水技术是工业领域节水的主要方法。
浓缩倍数是判断系统运行状态的一个重要技术指标。提高循环冷却水的浓缩倍数可以大量减少补充水量和排污水量，节水效果十分显著，具有明显的经济效益和社会效益。提高系统的浓缩倍数，不需要增加任何设备，但会造成冷却水中离子浓度的提升，使结垢倾向及腐蚀倾向大幅增加，传统处理方案因药剂稳定性和结垢抑能力的限制，无法适应此种状况。
补充水为低等硬度高碱度水质，且水中存在较高含量的腐蚀性离子，随着系统水温、浓缩倍数的提高，结垢趋势将日趋严重，此外腐蚀在一定程度上将受到阻垢效果的影响，尤其在阻垢效果不佳的情况下，易对系统产生垢下腐蚀。
因此需要一种稳定性好、结垢抑制能力高的阻垢剂药剂，以适用于高浓缩倍数下的补充水，另外因不同地区不同企业的系统补充水水质情况不同，不能简单的通过添加阻垢剂药剂进行浓缩倍数的提高，因此需要在已知的补充水质情况条件下进行配套的控制，达到严格控制结垢，同时兼顾缓蚀的效果。
发明内容
针对上述问题，本发明的一个目的在于提供一种循环冷却水系统用高浓缩倍数缓蚀阻垢剂。
本发明采用以下技术方案得以实现：
一种循环冷却水系统用高浓缩倍数缓蚀阻垢剂，包括以下重量份的原料组分：水解聚马来酸酐5-10份、锌盐5-8份、含羟基丙烯酸类单体12-25份、丙烯酸类单体12-25份、腐植酸20-40份、表面活性剂4-8份、水10-30份；
所述缓释阻垢剂的制备中，以含羟基丙烯酸类单体、丙烯酸类单体为原料，在催化剂、引发剂作用下，通过自由基的聚合、酯化反应合成含羟基聚丙烯酸酯，并再反应过程中，添加腐殖酸进行共同反应，之后再与余下原料混合制备得到缓蚀阻垢剂。
进一步地，所述的含羟基丙烯酸类单体为(甲基)丙烯酸羟丙酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯中的一种或几种；所述的丙烯酸类单体为丙烯酸或甲基丙烯酸中的一种或两种。
进一步地，所述腐植酸是经过强碱或强酸浸泡处理、水洗至中性后，干燥所得的活化腐殖酸。
更进一步地，所述强碱或强酸浸泡处理：使用20-40％的硝酸、盐酸或氢氧化钠、氢氧化钾溶液浸泡30-60min。
本发明的另一目的在于，提供一种循环冷却水系统中水处理方法，添加上述的高浓缩倍数缓释阻垢剂至循环冷却水系统中，以补水计算投加每吨阻垢缓蚀剂投加量为10-20mg/L。
进一步地，依据检测的水质情况确定可接受的最大浓缩倍数N，再依据最大浓缩倍数N分析计算补充水量中缓释阻垢剂的加药量；具体步骤如下：
(1)检测水质情况，检测水中Ca2+含量、总碱度含量、总溶液固含量与PH值，获得补充水水质条件；
(2)从理论上分析预测，不同浓缩倍数N情况下，水质条件Ca2+含量、总碱度含量、总溶液固含量；理论上水中各离子的浓度按浓缩倍数N成比例的增加；
(3)在循环冷却水处理过程中，用饱和指数(L.S.I.)和稳定指数(R.S.I.)预测循环冷却水的结垢或腐蚀的倾向；
L.S.I.＝PH-PHs；R.S.I.＝2PHs-PH；
其中，PH是指水的实际PH值；PHs是指碳酸钙饱和PHs值；
PHs＝(9.7+A+B)-(C+D)；
其中，A—总溶解固体系数，B—温度系数，C—钙硬系数，D—碱度系数；
根据步骤(2)预测的水质情况：Ca2+含量、总碱度含量、总溶液固含量确定相应的A、C、D系数值，并获得相应的温度系数值B；计算不同浓缩倍数N条件下，相应水温条件下的L.S.I.和R.S.I.值；
(4)确定最大浓缩倍数N
根据步骤(3)不同浓缩倍数N下的L.S.I.和R.S.I.值预测不同浓缩倍数N条件下的结垢或腐蚀的倾向，将结垢而不腐蚀情况下的浓缩倍数N确定为最大浓缩倍数N；
根据最大浓缩倍数N计算补充水量，并根据补充水量计算缓释阻垢剂药剂的添加量；
药剂投加量(Kg)＝补水水量(m3/d)×投加浓度(ppm)/1000。
更进一步地，步骤(1)检测水质情况后，对于酸性或碱性过高的水质，根据水质的PH值加碱或加酸调节酸碱度，并预测不同浓缩倍数N情况下的水质PH值。
本发明的技术效果在于：
本发明中以含羟基丙烯酸类单体、丙烯酸类单体为原料，在催化剂、引发剂作用下，合成得到含羟基聚丙烯酸酯，并在反应过程中，添加腐殖酸进行共同反应，得到含羟基聚丙烯酸酯、腐植酸以及聚丙烯酸酯—腐殖酸酯化物的混合产物，其分子结构中含有大量羟基、羧基，直链和支链交替延伸，分子量大小可通过配方设计进行调控，增强了阻垢剂的缓蚀阻垢效果。
以强碱、强酸对腐殖酸进行活化处理，活化后的腐殖酸与原腐殖酸相比，分子结构上的羧基、羟基、羰基等活性基团含量更高，腐殖酸的活性络合性能更高，增强了腐殖酸对金属离子的螯合作用、对碳酸钙、磷酸钙的分散能力，达到络和增溶作用。
本发明中阻垢剂以含羟基聚丙烯酸酯、腐植酸以及聚丙烯酸酯—腐植酸酯化物的混合产物为主，配合水解聚马来酸酐、锌盐、表面活性剂共同作用，具有良好的阻垢性能和缓蚀性能，选定的阻垢剂不仅对碳酸钙垢、磷酸钙垢、硅垢具有优异的阻垢性能，而且对氧化铁、粘泥及水中浊度物质也有良好的分散作用；选定的缓蚀阻垢剂容易在金属表面形成一层薄而致密的防腐膜，具有良好的缓蚀能力；保证阻垢剂在循环水中的稳定性，耐氯分解能力强，适应高浓缩倍数要求产品在水中停留时间，且本发明阻垢剂为无磷阻垢剂，避免造成水体中磷含量过高。
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。
实施例1
一种循环冷却水系统用高浓缩倍数缓蚀阻垢剂，包括以下重量份的原料组分：水解聚马来酸酐8份、锌盐6份、含羟基丙烯酸类单体20份、丙烯酸类单体10份、腐植酸40份、表面活性剂6份、水20份；
制备方法如下：
(1)腐殖酸活化的制备：在腐殖酸中添加浓度是40％的氢氧化钠水溶液，调节pH到9.0左右，调节固液比在0.5：1，在搅拌的条件下，活化时间为35分钟，活化温度为80℃，离心分离，过滤干燥，水洗直至中性，离心分离干燥后获得活化腐植酸。
(2)将含羟基丙烯酸类单体、丙烯酸类单体、催化剂、引发剂加入适合溶剂中搅拌混合，在70-80℃条件下进行聚合反应2-5h，之后加入活化腐殖酸，在120-135℃条件下进行酯化反应2-4h，反应完成后，减压蒸出反应体系中的溶剂，即得含羟基聚丙烯酸酯、腐植酸以及聚丙烯酸酯—腐殖酸酯化物的混合产物；
(3)将步骤(2)所得产物与余下原料、水混合，搅拌均匀获得本申请缓蚀阻垢剂。
其中，所述的含羟基丙烯酸类单体为(甲基)丙烯酸羟乙酯；所述的丙烯酸类单体为丙烯酸。
实施例2
高浓缩倍数缓蚀阻垢剂，包括以下重量份的原料组分：水解聚马来酸酐8份、锌盐6份、含羟基丙烯酸类单体10份、丙烯酸类单体20份、腐植酸40份、表面活性剂6份、水20份；
余下与实施例1相同。
实施例3
高浓缩倍数缓蚀阻垢剂，包括以下重量份的原料组分：水解聚马来酸酐8份、锌盐6份、含羟基丙烯酸类单体20份、丙烯酸类单体20份、腐植酸20份、表面活性剂6份、水20份；
余下与实施例1相同。
实施例4
高浓缩倍数缓蚀阻垢剂，包括以下重量份的原料组分：水解聚马来酸酐8份、锌盐6份、含羟基丙烯酸类单体15份、丙烯酸类单体20份、腐植酸25份、表面活性剂6份、水20份；
余下与实施例1相同。
对比例1
缓蚀阻垢剂，包括以下重量份的原料组分：水解聚马来酸酐8份、锌盐6份、含羟基丙烯酸类单体25份、丙烯酸类单体25份、表面活性剂6份、水20份；
余下与实施例1相同。
对比例2
缓蚀阻垢剂，包括以下重量份的原料组分：水解聚马来酸酐8份、锌盐6份、腐殖酸40份、表面活性剂6份、水20份；
余下与实施例1相同。
为了验证本发明的效果，在相同的剂量下，将实施例1-4制备的阻垢剂药剂与对比例1、2制备的阻垢剂药剂进行阻垢、缓蚀效果的对比试验：
试验原水水质pH6.1，浊度为31度(NTU)，钙离子为1220.5mg/L。
本发明阻垢剂配方，按照《中华人民共和国国家标准GB/T 18175-2000水处理剂缓蚀性能的测定一旋转挂片法》，采用RCC-II型旋转挂片腐蚀测试仪进行缓蚀性能实验。试验温度50℃，转速75r/min，黄铜及304不锈钢试片(未预膜)，实验时间72小时。黄铜及304不锈钢试片规格72.4×11.5×2.0。
试验结果如表1所示。
表1阻垢缓蚀剂性能对比试验结果
由上表可知：采用本发明配方制备的以含羟基聚丙烯酸酯、腐植酸以及聚丙烯酸酯—腐植酸酯化物的混合产物为主的阻垢剂，与单独以腐殖酸、含羟基聚丙烯酸酯为主的阻垢剂，其阻垢和缓蚀效果更好。
本发明的另一具体实施例
添加上述的高浓缩倍数缓释阻垢剂至循环冷却水系统中，以补水计算投加每吨阻垢缓蚀剂投加量为20mg/L。
依据检测的水质情况确定可接受的最大浓缩倍数N，再依据最大浓缩倍数N分析计算补充水量中缓释阻垢剂的加药量；具体步骤如下：
(1)检测水质情况，检测水中Ca2+含量、总碱度含量、总溶液固含量与PH值，获得补充水水质条件；
其中，步骤(1)检测水质情况后，对于酸性或碱性过高的水质，根据水质的PH值加碱或加酸调节酸碱度，并预测不同浓缩倍数N情况下的水质PH值。
(2)从理论上分析预测，不同浓缩倍数N情况下，水质条件Ca2+含量、总碱度含量、总溶液固含量；理论上水中各离子的浓度按浓缩倍数N成比例的增加；
(3)在循环冷却水处理过程中，用饱和指数(L.S.I.)和稳定指数(R.S.I.)预测循环冷却水的结垢或腐蚀的倾向；
L.S.I.＝PH-PHs；R.S.I.＝2PHs-PH；
其中，PH是指水的实际PH值；PHs是指碳酸钙饱和PHs值；
PHs＝(9.7+A+B)-(C+D)；
其中，A—总溶解固体系数，B—温度系数，C—钙硬系数，D—碱度系数；
根据步骤(2)预测的水质情况：Ca2+含量、总碱度含量、总溶液固含量确定相应的A、C、D系数值(根据系数对应表确定)，并获得相应的温度系数值B；计算不同浓缩倍数N条件下，相应水温条件下的L.S.I.和R.S.I.值；
(4)确定最大浓缩倍数N
根据步骤(3)不同浓缩倍数N下的L.S.I.和R.S.I.值预测不同浓缩倍数N条件下的结垢或腐蚀的倾向，将结垢而不腐蚀情况下的浓缩倍数N确定为最大浓缩倍数N；
根据最大浓缩倍数N计算补充水量，并根据补充水量计算缓释阻垢剂药剂的添加量；
药剂投加量(Kg)＝补水水量(m3/d)×投加浓度(ppm)/1000。
本发明高浓缩倍数缓释阻垢剂，以补水计算投加每吨阻垢缓蚀剂投加量为20mg/L。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (7)
1.一种循环冷却水系统用高浓缩倍数缓蚀阻垢剂，其特征在于，包括以下重量份的原料组分：水解聚马来酸酐5-10份、锌盐5-8份、含羟基丙烯酸类单体12-25份、丙烯酸类单体12-25份、腐植酸20-40份、表面活性剂4-8份、水10-30份；
所述缓释阻垢剂的制备中，以含羟基丙烯酸类单体、丙烯酸类单体为原料，在催化剂、引发剂作用下，通过自由基的聚合、酯化反应合成含羟基聚丙烯酸酯，并再反应过程中，添加腐殖酸进行共同反应，之后再与余下原料混合制备得到缓蚀阻垢剂。
2.根据权利要求1所述的一种循环冷却水系统用高浓缩倍数缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述的含羟基丙烯酸类单体为(甲基)丙烯酸羟丙酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯中的一种或几种；所述的丙烯酸类单体为丙烯酸或甲基丙烯酸中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种循环冷却水系统用高浓缩倍数缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述腐植酸是经过强碱或强酸浸泡处理、水洗至中性后，干燥所得的活化腐殖酸。
4.根据权利要求3所述的一种循环冷却水系统用高浓缩倍数缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述强碱或强酸浸泡处理：使用20-40％的硝酸、盐酸或氢氧化钠、氢氧化钾溶液浸泡30-60min。
5.一种循环冷却水系统中补水加药处理方法，其特征在于，添加权利要求1-4所述的高浓缩倍数缓释阻垢剂至循环冷却水系统中，以补水计算投加每吨阻垢缓蚀剂投加量为10-20mg/L。
6.根据权利要求5所述的一种循环冷却水系统中补水加药处理方法，其特征在于，依据检测的水质情况确定可接受的最大浓缩倍数N，再依据最大浓缩倍数N分析计算补充水量中缓释阻垢剂的加药量；具体步骤如下：
(1)检测水质情况，检测水中Ca2+含量、总碱度含量、总溶液固含量与PH值，获得补充水水质条件；
(2)从理论上分析预测，不同浓缩倍数N情况下，水质条件Ca2+含量、总碱度含量、总溶液固含量；理论上水中各离子的浓度按浓缩倍数N成比例的增加；
(3)在循环冷却水处理过程中，用饱和指数(L.S.I.)和稳定指数(R.S.I.)预测循环冷却水的结垢或腐蚀的倾向；
L.S.I.＝PH-PHs；R.S.I.＝2PHs-PH；
其中，PH是指水的实际PH值；PHs是指碳酸钙饱和PHs值；
PHs＝(9.7+A+B)-(C+D)；
其中，A—总溶解固体系数，B—温度系数，C—钙硬系数，D—碱度系数；
根据步骤(2)预测的水质情况：Ca2+含量、总碱度含量、总溶液固含量确定相应的A、C、D系数值，并获得相应的温度系数值B；计算不同浓缩倍数N条件下，相应水温条件下的L.S.I.和R.S.I.值；
(4)确定最大浓缩倍数N
根据步骤(3)不同浓缩倍数N下的L.S.I.和R.S.I.值预测不同浓缩倍数N条件下的结垢或腐蚀的倾向，将结垢而不腐蚀情况下的浓缩倍数N确定为最大浓缩倍数N；
(5)根据最大浓缩倍数N计算补充水量，并根据补充水量计算缓释阻垢剂药剂的添加量；
药剂投加量(Kg)＝补水水量(m3/d)×投加浓度(ppm)/1000。
7.根据权利要求6所述的一种循环冷却水系统中补水加药处理方法，其特征在于，步骤(1)检测水质情况后，对于酸性或碱性过高的水质，根据水质的PH值加碱或加酸调节酸碱度，并预测不同浓缩倍数N情况下的水质PH值。
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