專利名稱：除去和減少結(jié)垢的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在處理系統(tǒng)中改進(jìn)磷酸鈣結(jié)垢的消除。本發(fā)明還考慮到改進(jìn)防垢，以便在不調(diào)節(jié)PH時(shí)系統(tǒng)中也沒有積聚。而且，本發(fā)明決不會損害在系統(tǒng)中使用膜時(shí)的膜的完整性。
背景技術(shù)：
磷酸鈣結(jié)垢在眾多エ業(yè)中得到越來越多的關(guān)注，但在使用膜來浄化和過濾的エ業(yè)中最為重要。由于新的市政施用和水源上的變化，膜經(jīng)營者已發(fā)現(xiàn)磷酸鈣結(jié)垢的増加，并需要消除該結(jié)垢積聚的有效安全方法。控制包含磷酸鈣的結(jié)垢的傳統(tǒng)方法是加入酸，上述酸很有效，但具有ー些缺點(diǎn)，首先，它會對膜有害或在需要替換前減少使用時(shí)間，第二，對于大型系統(tǒng)來說它成本過高，最后，存在高流量、高壓的酸進(jìn)料系統(tǒng)中與使用酸相關(guān)的安全性。這就是為什么企業(yè)努力開發(fā)用作抗垢劑，特別是對于磷酸鹽結(jié)垢的抗垢劑的新技木。在膜類水凈化的方法中示例了在系統(tǒng)中防止磷酸鈣結(jié)垢，其中使用抗垢劑防止磷酸鈣結(jié)垢即便取得也只取得了有限的成功。造成該失敗的因素包括磷酸鈣的多種形式、膜表面的輕微負(fù)電荷、以及向具有磷酸鈣結(jié)垢趨勢的水中加入膦酸鹽和磷酸鹽的負(fù)面效果。本發(fā)明為可用于膜類水浄化及范圍廣泛的其它應(yīng)用中的成功的磷酸鹽、硫酸鹽和鈣抑制齊U。在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明與膜系統(tǒng)一起使用。在另ー個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明作為三甲基甘氨酸鹽酸鹽或替代鹽如三甲基甘氨酸-氫氧化鉀或三甲基甘氨酸-檸檬酸被用作除垢齊U。在其他實(shí)施方式中用作膜性能增強(qiáng)劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括向系統(tǒng)中加入有效量的三甲基甘氨酸的溶液以消除結(jié)垢的積聚或減少現(xiàn)有結(jié)垢積聚。所述溶液包含化學(xué)式為C5H11NO2 · HCl的組合物(composition)，如三甲基甘氨酸鹽酸鹽、羧甲基、三甲基氯化銨和N，N, N-三甲基甘氨酸鹽酸鹽。三甲基甘氨酸目前用作農(nóng)產(chǎn)品，通常用水從甜菜糖蜜中提取。至今三甲基甘氨酸的主要應(yīng)用是家畜飼料添加劑、人體營養(yǎng)補(bǔ)劑、植物營養(yǎng)和化學(xué)試劑。在防垢組合物的發(fā)展及使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)在具有以磷酸鹽集中物結(jié)垢的劑量的不同濃度的三甲基甘氨酸鹽酸鹽在控制磷酸鈣結(jié)垢形成上很有效。三甲基甘氨酸是具有由單個(gè)亞甲基基團(tuán)分開井分別由氯化物和質(zhì)子平衡的三甲基銨基團(tuán)(陽離子)和羧酸基團(tuán)(陰離子)的兩性離子小分子(正電荷和負(fù)電荷在同一分子上，導(dǎo)致沒有整體形式分子的電荷)。典型地，由于典型的陽離子分子和聚合物的結(jié)垢潛力，不將含陽離子的抗垢劑用于膜系統(tǒng)中。然而，因鍵角和鍵長以及由于分子內(nèi)庫侖カ引起的局部電荷的中和，三甲基甘氨酸的陽離子與陰離子的鄰近對膜的相容性給予了支持。已完成實(shí)際的膜相容性研究，表明了在低劑量濃度與高劑量濃度下的膜相容性。本發(fā)明描述了以下重要方面I.本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是消除了結(jié)垢在系統(tǒng)內(nèi)的積聚。2.本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是幫助系統(tǒng)除垢。3.本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在不妨礙膜或過濾系統(tǒng)的性能的同時(shí)提供改進(jìn)的防垢能力。4.本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是對包含磷酸鈣的大范圍的結(jié)垢形式具有有效作用。5.本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是消除系統(tǒng)內(nèi)結(jié)垢的積聚而不需調(diào)節(jié)pH。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明為通過向系統(tǒng)中加入減少結(jié)垢和結(jié)垢積聚的三甲基甘氨酸組合物來減少和/或控制系統(tǒng)內(nèi)結(jié)垢的方法。在該方法中使用的三甲基甘氨酸組合物可包含以下ー種或多種三甲基甘氨酸鹽酸鹽、羧甲基、甜菜堿鹽酸鹽、三甲基氯化銨和N，N, N-三甲基甘氨酸鹽酸鹽、三甲基甘氨酸-氫氧化鉀和/或三甲基甘氨酸-檸檬酸。最優(yōu)選的三甲基甘氨酸組合物為三甲基甘氨酸鹽酸鹽。本發(fā)明可與不同系統(tǒng)一起使用，且在ー個(gè)實(shí)施方式中，它被用于水凈化系統(tǒng)。該系統(tǒng)考慮了在過程中對膜的安全使用。本發(fā)明允許膜保持其完整性，并也可通過減少可影響膜的任何結(jié)垢來増加其效果。該方法具有以與系統(tǒng)中的結(jié)垢濃度成比例的濃度加入三甲基甘氨酸組合物。該組合物優(yōu)選以大于或等于O. 2ppm的濃度加入。該組合物也可以等于或小于25ppm的濃度加入。除了三甲基甘氨酸組合物，本發(fā)明也可使用一種或多種防垢或凈化組合物。該方法可用于磷酸鹽或硫酸鹽結(jié)垢。本發(fā)明中的三甲基甘氨酸組合物可為兩性離子分子。該兩性離子分子可具有由帶有氯化物基團(tuán)的單個(gè)亞甲基連接的三甲基銨基團(tuán)和羧酸鹽基團(tuán)。本發(fā)明中的三甲基甘氨酸組合物可連續(xù)地或間歇地加入到處理系統(tǒng)中。本發(fā)明還考慮到加入三甲基甘氨酸組合物并總之消除任何pH調(diào)節(jié)的需要。實(shí)施例可參照以下實(shí)施例更好地理解上文，該實(shí)施例的目的是說明用于實(shí)施本發(fā)明的方法，并不是為了限制本發(fā)明的范圍。本實(shí)驗(yàn)在25攝氏度下和45分鐘的誘導(dǎo)期內(nèi)進(jìn)行。該過程包括在裝有攪拌棒的錐形瓶中使用130ml的去離子水，加入含有1.0M NaCl (25ml)、
O.IM Na2HPO4 (O. 016ml)和O. IM CaCl2 (40. Oml)離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液。如果評價(jià)防垢劑，則在此步驟中通過向試驗(yàn)中加入適宜體積的去離子水以保持所有總體積相同從而保持離子濃度相同地加入防垢劑。之后使用掌上型濁度計(jì)測量濁度(將取出的用于測量的部分倒回母液中)，并使用VWRSymphony pH計(jì)測量pH。在45分鐘后，再次測量濁度和pH，隨后加入O. IM的Na2HP04。最后，重復(fù)以上步驟，直到在45分鐘的周期結(jié)束后的濁度測得高于2. 0NTU，|而結(jié)束該水化學(xué)實(shí)驗(yàn)。最終，將來自組實(shí)驗(yàn)的收集數(shù)據(jù)用于確認(rèn)ATMP( I和12. 5ppm)、AA/AMPS(8. 25ppm)和TMG HCl (O. 8和IOppm)的臨界磷酸鹽濃度的結(jié)垢開始和結(jié)垢破壞。表I提供了數(shù)據(jù)匯總以證明TMG的效果和在某種程度上AMP的無效。AA/AMPS為用于冷卻水和鍋爐應(yīng)用的磷
酸鈣抗垢劑，在確保膜相容性的低濃度下具有膜應(yīng)用中的使用限制。
I結(jié)垢開始(NTU>0.3 )時(shí) |_結(jié)垢破壞(NTU>2.0 )時(shí)的磷酸鹽濃度_的磷酸鹽濃度
對照O ppm 3448.5
AMPI Dpm 3448.5
12.5 gpm 19.438.8
AA/AMPS 8.25 opm 38.858.1
TMGHCl 0.8 opm 43.653.3
_IO ppm 1 53.3_「62.9_表I對于不同實(shí)驗(yàn)的臨界磷酸鹽濃度的匯總進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)組以確定在第一組中觀察到的效果是來自磷酸鈣結(jié)垢的減少還是來自溶液PH的變化。除了重復(fù)對照與TMG HCl的操作，通過將pH調(diào)節(jié)為與IOppm的TMGHCl相同來準(zhǔn)備第三個(gè)實(shí)驗(yàn)。水化學(xué)與實(shí)驗(yàn)程序與實(shí)施例I中所用的過程相同。該結(jié)果證明了 TMG HCl控制磷酸鈣結(jié)垢(集聚)的開始并以相同方式減少其生長的效果。
I結(jié)垢開始(NTU>0.3 )時(shí) I結(jié)垢破壞(NTU>2.0 )時(shí) 的磷酸鹽濃度的磷酸鹽濃度
對照Oppm 24.343.6
HCl38.853.3
TMG HCl I0_2pm [53.3I 62.9_表2對于不同實(shí)驗(yàn)的臨界磷酸鹽濃度的匯總對于IOppm的三甲基甘氨酸的磷酸鹽測試進(jìn)行測試以確定在IOppm的TMG HCl的存在下結(jié)垢開始時(shí)存在的磷酸鹽類型。進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)至加入53. 3ppm的磷酸鹽以提供6. 96的pH和O. 74的濁度。由顯示95%的總磷酸鹽測得為正磷酸鹽的數(shù)據(jù)確證了 TMG作為磷酸鈣結(jié)垢抑制劑的效果。該數(shù)據(jù)表明發(fā)生了結(jié)垢，但三甲基甘氨酸抑制了其生長。
磷酸鹽類型過濾的未過濾的 全部54. 5ppm 55. 5ppm
無機(jī)52. 552. 5
正52.053.0表3通過過濾和未過濾方法測得的磷酸鹽水平(全部、無機(jī)和正)以及過濾和未過濾的有機(jī)磷酸鹽的計(jì)算值對于三甲基甘氨酸在ESPAl膜上的相容性測試使用Hydronautics ESPAl膜和Osmonics平板膜系統(tǒng)進(jìn)行膜相容性測試以對三甲基甘氨酸進(jìn)行評價(jià)。目前已測試了 10、20和40ppm劑量的三甲基甘氨酸鹽酸鹽，將所有參數(shù)返回到對照水平。在三甲基甘氨酸暴露期間，滲透導(dǎo)電率下降(對于20ppm為27%，對于40ppm為40%),當(dāng)測試20ppm三甲基甘氨酸時(shí),通量輕微增加(O. 7%),而測試40ppm三甲基甘氨酸時(shí)，通量減少(1.8%)。對于所有氯化鈉對照，將所有參數(shù)返回到原始條件。需要注意
的是，進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)是為了評價(jià)活性濃度。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在大部分系統(tǒng)和水化學(xué)中的污泥水中所預(yù)期的值。
權(quán)利要求
1.一種用于減少和/或控制系統(tǒng)中結(jié)垢的方法，通過向所述系統(tǒng)中加入三甲基甘氨酸組合物來減少結(jié)垢和結(jié)垢積聚。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述三甲基甘氨酸組合物包含以下ー種或多種:三甲基甘氨酸鹽酸鹽、羧甲基、甜菜堿鹽酸鹽、三甲基氯化銨和N，N, N-三甲基甘氨酸鹽酸鹽、三甲基甘氨酸-氫氧化鉀和/或三甲基甘氨酸-檸檬酸。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述三甲基甘氨酸組合物為三甲基甘氨酸鹽酸鹽。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述系統(tǒng)為水凈化系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述系統(tǒng)包括膜處理的使用。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述三甲基甘氨酸組合物以與所述系統(tǒng)中的結(jié)垢濃度成比例的濃度加入。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述三甲基甘氨酸組合物以大于或等于O.2ppm的濃度加入到所述系統(tǒng)中。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述三甲基甘氨酸組合物與一種或多種防垢或浄化組合物結(jié)合使用。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述三甲基甘氨酸組合物加入到濃度等于或小于25ppm的系統(tǒng)中。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述結(jié)垢為磷酸鹽或硫酸鹽結(jié)垢。
11.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述三甲基甘氨酸組合物為兩性離子分子。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述兩性離子分子包含由具有氯化物基團(tuán)的單個(gè)亞甲基連接的三甲基銨基團(tuán)和羧酸鹽基團(tuán)。
13.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述三甲基甘氨酸組合物連續(xù)地加入到所述系統(tǒng)中。
14.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述三甲基甘氨酸組合物間歇地加入到所述系統(tǒng)中。
15.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述三甲基甘氨酸組合物在無需調(diào)節(jié)pH的情況下加入到系統(tǒng)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及在處理系統(tǒng)中改進(jìn)結(jié)垢的消除。所述方法除去現(xiàn)有結(jié)垢同時(shí)還消除積聚。本發(fā)明涉及磷酸鹽和硫酸鹽結(jié)垢。本發(fā)明還用于改進(jìn)防垢而無需進(jìn)行任何pH調(diào)節(jié)。所述方法提供列出的所有因素而不會損害可用于系統(tǒng)中的膜的完整性。
文檔編號B01D65/08GK102665877SQ201080056803
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者威廉·H·莫里斯三世 申請人:納爾科公司