一種無磷水處理劑組合物及其應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無磷水處理劑組合物以及該組合物在循環(huán)冷卻水處理中的應用。
【背景技術】
[0002] 在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，主要存在結(jié)垢、腐蝕和微生物危害三方面問題。防止系統(tǒng)結(jié) 垢和腐蝕最方便且有效的方法是在循環(huán)冷卻水中投加緩蝕阻垢劑。目前國內(nèi)常用于循環(huán)冷 卻水處理的配方多為膦系配方，主要為含有膦酸基（一PO3H2)直接與碳原子相連的緩蝕阻 垢劑，常稱之為有機膦酸。與早期磷系配方中的無機聚磷酸鹽相比，有機膦酸具有良好的化 學穩(wěn)定性、不易水解、可耐較高溫度、用量小等優(yōu)點，且兼具緩蝕和阻垢雙重功能。但常用有 機膦不能有效地抑制磷酸鈣垢和鋅垢，且本身易形成有機膦酸垢。另外，含磷化合物對水體 的污染并導致水體富營養(yǎng)化問題使人們逐漸認識到控制含磷化合物排放的重要性。世界范 圍內(nèi)很多河流、湖泊已經(jīng)因為排入大量的磷導致水生植物生長失控，水中溶氧耗盡，最終水 質(zhì)惡化，水生動植物絕跡。隨著環(huán)保意識的提高，環(huán)保法規(guī)的進一步嚴格，近年我國許多地 方已經(jīng)開始限制含磷產(chǎn)品的使用，因此低磷、無磷水處理劑的開發(fā)已經(jīng)成為研究熱點。
[0003] 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中細菌和藻類的控制，一般通過投加殺菌劑來控制。常用的殺菌 劑分為兩大類，氧化型和非氧化型殺菌劑。氧化型殺菌劑因其價格低廉而被普遍使用，但其 易受循環(huán)冷卻水中pH、有機物、阻垢緩蝕劑等因素的影響和干擾，使之殺菌效果降低，而且 長期使用，由于微生物產(chǎn)生抗藥性.也將影響殺菌效果，同時該類殺菌劑具有較強的氧化 性，容易氧化其他水處理劑使其失效；非氧化型殺菌劑不以氧化作用殺死水中微生物，而是 通過作用于微生物的特殊部位使之致死。因此，非氧化型殺菌劑不受循環(huán)冷卻水中pH、有機 物、阻垢緩蝕劑等因素的影響和干擾。非氧化型殺菌劑還可以是氧化型殺菌劑的輔助殺菌 齊U，定期在循環(huán)冷卻水中使用非氧化型殺菌劑，可以剝離循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的生物粘泥，同 時可防止微生物產(chǎn)生抗藥性，現(xiàn)場一般采用沖擊投加，加藥量較大。其中最常見的非氧化型 殺菌劑有季銨鹽類殺菌劑和異噻唑啉酮，季銨鹽類殺菌劑具有較好的瞬間殺菌效果，但藥 效持續(xù)時間短；異噻唑啉酮瞬間殺菌效果較差，一般要加藥24h才開始見效，投加量大，費 用高，長期使用還對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)有腐蝕作用。雖然目前開發(fā)了很多新型非氧化型殺菌 齊IJ，但還沒有一種非氧化型殺菌劑能完全替代氧化型殺菌劑。且常見的這幾種非氧化型殺 菌劑從開始使用至今已有幾十年的時間了，更新?lián)Q代速度緩慢。長期使用過程中微生物容 易對其產(chǎn)生抗藥性，需要不斷加大常用殺菌劑的使用濃度才能繼續(xù)保持較好的殺菌效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服采用現(xiàn)有的水處理劑對循環(huán)冷卻水進行處理的過程中需 要使用含磷組分，或者不使用含磷組分所獲得的水處理效果較差的缺陷，提供一種無磷水 處理劑組合物及其應用。
[0005] 通常，葡萄糖酸鹽、硅酸鹽和硼酸鹽均為無毒、價廉的緩蝕劑，使用中不會對人類 和環(huán)境造成任何直接或間接的危害，但均未廣泛應用于循環(huán)冷卻水處理中，其原因是葡萄 糖酸鹽單獨使用需要的劑量較高，其本身也是微生物的營養(yǎng)源，容易引起微生物的大量繁 殖；硅酸鹽和硼酸鹽各自單獨使用緩蝕效果不理想。袁萬鐘等發(fā)表的《硼砂-葡萄糖酸鈉 緩蝕劑在中性介質(zhì)中對碳鋼的協(xié)同緩蝕作用》以葡萄糖酸鈉和四硼酸鈉復配作為碳鋼緩蝕 齊IJ，僅使用這兩種緩蝕劑，有效濃度達到l〇〇〇mg/L，濃度較高，而且配方不具有阻垢性能，使 用于循環(huán)冷卻水處理有缺陷。
[0006] 福美系殺菌劑通常用作農(nóng)作物殺菌劑，常見的有福美鋅、福美雙和福美甲胂。這三 種藥劑用作農(nóng)藥殺菌劑，殺菌效果好，特別是對藻類殺菌效果好，但很少用于循環(huán)冷卻水系 統(tǒng)，主要是由于這幾種藥劑在水中的溶解度較低，在循環(huán)冷卻水處理中的使用受到一定限 制。
[0007] 本發(fā)明的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，通過將福美系殺菌劑、含磺酸基的無磷共聚物以及選 自葡萄糖酸鹽、硅酸鹽和硼酸鹽中的一種或多種的所述緩蝕劑復配使用，不僅能夠顯著降 低藥劑的用量，而且還可以在不需要引入含磷組分的情況下獲得較好的緩蝕、阻垢和殺菌 效果，從而完成了本發(fā)明。
[0008] 本發(fā)明提供了一種無磷水處理劑組合物，其中，該組合物含有福美系殺菌劑、含磺 酸基的無磷共聚物和緩蝕劑，所述緩蝕劑為硼酸鹽、葡萄糖酸鹽和硅酸鹽中的一種或多種。
[0009] 本發(fā)明還提供了該無磷水處理劑組合物在工業(yè)水處理過程中的應用。
[0010] 在水處理(特別是循環(huán)冷卻水處理）過程中，采用本發(fā)明所述的無磷水處理劑組合 物，可以獲得較好的殺菌、緩蝕和阻垢效果，具體地，阻垢率較高、腐蝕速率較慢、殺菌能力 較強以及殺菌持續(xù)時間較長。本發(fā)明的阻垢效果主要體現(xiàn)于抑制鋅垢和分散碳酸鈣垢。
[0011] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【具體實施方式】
[0012] 以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0013] 本發(fā)明提供了一種無磷水處理劑組合物，其中，該組合物含有福美系殺菌劑、含磺 酸基的無磷共聚物和緩蝕劑，所述緩蝕劑為硼酸鹽、葡萄糖酸鹽和硅酸鹽中的一種或多種。
[0014] 盡管將所述福美系殺菌劑、所述含磺酸基的無磷共聚物以及選自硼酸鹽、葡萄糖 酸鹽和硅酸鹽中的一種或多種的所述緩蝕劑配合使用就可以用于水處理中，但是為了達到 較好的水處理效果，優(yōu)選情況下，相對于100重量份的所述緩蝕劑，所述福美系殺菌劑的含 量為1-50重量份，所述含磺酸基的無磷共聚物的含量為7-120重量份。更優(yōu)選情況下，相 對于100重量份的所述緩蝕劑，所述福美系殺菌劑的含量為1-30重量份，所述含磺酸基的 無磷共聚物的含量為7-100重量份。進一步優(yōu)選情況下，相對于100重量份的所述緩蝕劑， 所述福美系殺菌劑的含量為5-20重量份，所述含磺酸基的無磷共聚物的含量為10-40重量 份。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的無磷水處理劑組合物，所述福美系殺菌劑具有較強的殺菌作用，因 此本發(fā)明的組合物中所述福美系殺菌劑可以為本領域常規(guī)的福美系殺菌劑，優(yōu)選情況下， 所述福美系殺菌劑為福美鋅、福美雙和福美甲胂中的一種或多種。其中，福美鋅的化學名為 二甲基二硫代氨基甲酸鋅，其分子式為C6H12N2S4Zn;福美雙的化學名為N，N'-四甲基二硫 雙硫羰胺，其分子式為C6H12N2S4 ;福美甲胂的化學名為N，N-二甲基二硫代氨基甲酸甲胂，其 分子式為C7H15AsN2S4。另外，由于福美系殺菌劑在水中的溶解度較低，因此，更優(yōu)選情況下， 配藥時可先用少量乙醇和/或丙酮溶解。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的無磷水處理劑組合物，所述含磺酸基的無磷共聚物具有阻垢分散性 能，尤其是當該共聚物為含有磺酸基和羧酸基的二元共聚物和/或三元共聚物時，其中，所 述二元共聚物優(yōu)選為丙烯酸/2-甲基-2'-丙烯酰胺基丙烷磺酸共聚物（AA/AMPS)，所述 三元共聚物優(yōu)選為丙烯酸/丙烯酰胺/2-甲基-2'-丙烯酰胺基丙烷磺酸共聚物（AA/ AM/AMPS)、丙烯酸/丙烯酸酯/2-甲基-2'-丙烯酰胺基丙烷磺酸共聚物、丙烯酸/馬來 酸/2-甲基-2'-丙烯酰胺基丙烷磺酸共聚物（AA/馬來酸/AMPS)和丙烯酸/馬來酸酐 /2-甲基-2'-丙烯酰胺基丙烷磺酸共聚物（AA/馬來酸酐/AMPS)中的一種或多種，其中， 所述丙烯酸酯優(yōu)選為丙烯酸C1-C8烷基或羥烷基酯，更優(yōu)選為丙烯酸甲酯（M)、丙烯酸乙 酯（EA)或丙烯酸羥丙酯（HPA)。所述共聚物的聚合引發(fā)體系為不含磷的引發(fā)體系，優(yōu)選為 焦亞硫酸鈉和過硫酸銨引發(fā)體系，所述共聚物的具體合成步驟為本領域技術人員所熟知， 在此不再贅述。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的無磷水處理劑組合物，所述硼酸鹽、葡萄糖酸鹽和硅酸鹽并沒有特 別限定，只要為本領域公知的用于緩蝕作用的常規(guī)的緩蝕劑即可。例如所述硼酸鹽可以優(yōu) 選為無水四硼酸鈉、十水合四硼酸鈉和五水合四硼酸鈉中的一種或多種；例如所述葡萄糖 酸鹽可以優(yōu)選為葡萄糖酸鈉和/或葡萄糖酸鋅；所述硅酸鹽優(yōu)選為硅酸鈉、無水偏硅酸鈉、 五水偏娃酸鈉和九水偏娃酸鈉中的一種或多種。
[0018] 本發(fā)明的無磷水處理劑組合物還可以含有鋅鹽，特別地，所述磷水處理劑組合物 在處理較強腐蝕性的循環(huán)冷卻水時，優(yōu)選情況下，相對于100重量份的所述緩蝕劑，所述鋅 鹽的含量為2-34重量份，更優(yōu)選為2-7重量份。該鋅鹽優(yōu)選為硫酸鋅和/或氯化鋅。
[0019] 本發(fā)明的無磷水處理劑組合物還可以含有雜環(huán)化合物，特別地，所述無磷水處理 劑組合物在用于銅材設備的工業(yè)循環(huán)冷卻水處理時，相對于100重量份的所述緩蝕劑，所 述雜環(huán)化合物的含量為2-34重量份。該雜環(huán)化合物優(yōu)選為巰基苯并噻唑和/或苯并三氮 唑。
[0020] 在本發(fā)明中，所述無磷水處理劑組合物還可以含有水。所述無磷水處理劑組合物 中的水含量可以根據(jù)常規(guī)的水處理劑的濃度而確定。當所述無磷水處理劑組合物含有水 時，所述無磷水處理劑組合物優(yōu)選以水溶液的形式存在，該水溶液的濃度可以為水處理過 程中的水處理劑的實際應用的有效濃度，也可以為比實際應用有效濃度更濃的濃度，并且 在實際應用過程中稀釋至相應的有效濃度。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，所述水處理藥劑組合物不含磷，也即所述水處 理藥劑組合物不包含常規(guī)的磷系緩蝕劑和/或磷系緩蝕阻垢劑。在該優(yōu)選實施方式中，該 水處理藥劑組合物不僅可以獲得較好的阻垢、緩蝕和殺菌效果，而且還避免了傳統(tǒng)水處理 藥劑大量使用含有磷元素的藥品作為阻垢緩蝕劑而造成環(huán)境污染的缺陷。