需氧汙水處理廠中使用的水包油乳液的製作方法
2024-01-28 07:04:15
專利名稱：需氧汙水處理廠中使用的水包油乳液的製作方法
技術領域：
本發明涉及為減少需氧汙水處理廠中所需的空氣和/或氧量而使用水包油乳液。本發明還涉及為提高脫氮作用而在需氧汙水處理廠中使用的水包油乳液。
汙水處理廠被用來淨化城市和/工業廢水以從廢水中除去粗的雜質和可生物降解物質。因此，汙水處理廠包括其中除掉粗雜質和主要淤渣的物理廢水淨化和生物廢水淨化。
生物廢水淨化的第一段是所謂的曝氣池。曝氣池在其外區含有引起絮凝作用的由微生物組成的活性淤泥。將被淨化的廢水引入到曝氣池並與活性淤泥相混合，以便形成水和微生物的懸浮體。由微生物連續地形成的酶催化氧化有機物和含NH4的廢水組分，而分別形成CO2和H2O以及NO2和H2O。氧化廢水組分和微生物的呼吸需要氧，因此，懸浮體必須被曝氣。結果，這樣的曝氣是使用空氣、富氧空氣或純氧進行的，其中必須保證在懸浮體中的氧含量為1-3mg/l。廢水在曝氣池中仃留一段時間後，幾乎所有的可生物降解的廢水組分均已被氧化，將懸浮體泵入到次級沉降池，在沉降池中通過沉降大部份的淨化水與微生物相分離。將微生物泵回到曝氣池，同時將淨化水排出汙水處理廠。
向曝氣池供應氧是通過曝氣裝置將以小泡形式的空氣和/或氧分布到曝氣池中的。確實，近年來這樣的曝氣裝置已被優化，但是甚至直到現在，供應氧是高能耗的，並導致成本提高，因為曝氣裝置通常涉及高的壓力損耗。
因此，本發明的目的是提供能減少對氧的需求，並因此而減少需氧汙水處理廠的耗能成本的物質與組合物。
根據本發明，上述目的是通過使用水包油乳液從而減少需氧汙水處理廠對空氣/和氧的需求來實現的，所說的水包油乳液在其油相中含有至少一種的下列類的化合物或它們的混合物-具有8-30個碳原子的飽和或不飽和的、開鏈或環狀的、正構或異構的烴；-具有8-30個碳原子的飽和或不飽和脂肪酸，飽和或不飽和脂肪醇，脂肪酸單烷基酯，脂肪酸醯胺，或上述化合物的飽和或不飽和脂肪酸單烷基醯胺，脂肪醇，脂肪酸和脂肪酸脂；-具有4-30個碳原子的飽和或不飽和的羧酸或二羧酸與一元醇和/或多元醇的單酯或聚酯；-具有8-30個碳原子的飽和或不飽和脂肪酸與具有2-6個氮原子的脂族多胺的聚醯胺；-無環、優選為單環和/或二環萜，特別是萜烯烴和/或萜烯醇；和/或-基於烯化氧和烯化氧與脂肪醇和/或C12-C18脂肪酸和/或C12-C18脂肪酸的脂肪酸甘油酯的聚氧化烯化合物。
上述的水包油乳液是各種領域中所常見的。然而，令人意外地發現，這些乳液具有減少需氧汙水處理廠對氧需求的性能。
從本發明的意義上說，這樣的需氧汙水處理廠是指本領域的熟練技術人員所熟悉的、其中通過氧化去掉廢水中的可生物降解組分的任何城市和/或工業汙水處理廠。例如，在Taschenbuch derStadtentwsserung，R.Oldenburg Verlag，Munich Vienna，1990，pp.81-333；U11mann的工業化學百科全書，VCH-Verlagsgesellschaft，1995，第2.1章中已被公開，這些資料被編入於此作參考，並因此被認為是本申請文件的一部份。
這樣的需氧汙水處理廠優選具有其中微生物被懸浮或固定化的曝氣池，而懸浮的微生物被優選。被導入到曝氣池的氧要能使流體中的氧濃度相應於微生物優選為1-3mg/l/。氧能以大氣中氧和/或純氧的形式被導入到曝氣池。
根據本發明所使用乳液的生產、特別是水包油乳液的生產是人們所熟知的。為此使用穩定的、人們所熟知的水包油乳化劑來乳化油組分。疏水相主要代表活性物質。
代表性的疏水的油組分之例子如下-飽和的烴類例如辛烷、十四烷、十八烷、eisodecane、癸烯、十六烯、以及工業用α-烯烴；-脂肪醇例如辛醇、癸醇、十二醇、十三醇、十六醇、十八醇、二十二醇；-脂肪酸例如癸酸、硬脂酸、蜂花酸、油酸、以及亞油酸；-脂肪酸酯例如硬脂酸甲酯、棕櫚酸十八酯、油酸辛酯、甘油單-和三油酸酯、乙二醇二月桂酸酯、失水山梨糖醇硬脂酸酯和油酸酯、和/或已二酸二丁酯；-脂肪酸醯胺例如硬脂醯胺、可可脂肪酸丁基醯胺、乙酸油基醯胺、以及亞乙基雙硬脂醯胺；-萜類例如薄荷醇或有機萜(Weiβmer Baltische HG，Hamburg)。
其它適用的市場可購得的烴或烴混合物是石蠟油或礦物油。
此外，天然存在的脂肪和油也是適用的，特別是植物油，優選為油菜油。
根據本發明能被用作乳液組分的飽和或不飽和脂肪醇能通過公知的方法製取，例如，羰基合成中的氧代醇或根據格爾伯特反應的格爾伯特醇。
作為基於烯化氧和/或C12-C18脂肪酸的脂肪酸甘油酯的聚氧化烯化合物，可以使用特別被介紹於DE-AS 1270542和EP 0247509 B1中的那些化合物。
當使用萜類時，它們優選是以與飽和或不飽和脂肪醇一起的摻加物形式被使用。
水包油乳液的油相比為總乳液重量的1-90％，優選為1-50％，更優選為5-30％重量。
本發明的水包油乳液是以本身、或被水稀釋、或含溶劑的水混合物所稀釋的形式使用的。本發明使用的水包油乳液能被添加到曝氣池中、或在其上遊的任何點或被純化的廢水中，優選加入到進入曝氣池前的廢水中。
添加量以被淨化的廢水計，優選為0.1-1000ppm，更優選為0.5-200ppm，特別優選為1.0-50ppm。
使用本發明所用的乳液，為了氧化廢水組分所必須被引入到曝氣池的氧量最多可減少60％。本發明所用的乳液沒有或僅具有低的毒性，並被評定為水汙染級1級；它們是可生物降解的。
現參照實施例對本發明進行說明。通過實施例所作出這些說明僅僅是為了說明本發明而不是對本發明的範圍進行限定。
以5升/小時的量將廢水從貯存池1泵入到脫氮池2。廢水來自德國Neuss-Weckhoven的Neuss-Süd汙水處理廠，但已進行過在先的物理處理。70％源於城市汙水和30％源於工業汙水。在廢水通過脫氮池2後，其中的NO2被還原而產生N2，廢水組分在曝氣池3中被氧化。此後，廢水進入到次級沉降池4，在其中從淨化的水中分離出汙泥。在脫氮池2與曝氣池3之間保持內部再循環流以便保持生物平衡。
曝氣池2的底部具有用來將空氣以細泡形式分布的曝氣裝置。被引入到曝氣池2的空氣量是這樣控制的，以致使曝氣池的液體中氧的濃度被保持為2mg/l。加入到曝氣池2中的空氣量使用轉子流量計測定。液體中的氧濃度是使用WTW公司的電極測定的。
可非強制地使用計量泵，將水包油乳液連續地添加到流入物中。此乳液由14kg的萜、1.0Kg十六醇、7kg的75％石蠟磺酸酯、和2.1kg的水組成的，並被均勻地熔化，且隨後在攪拌下被注入到60℃熱溶液中，所說的熱溶液由74.5kg的水和1.4kg的油醇與20摩爾的環氧乙烷反應製成。水包油乳液包括2.5％已形成的固體。
開始，試驗廠是在不添加上述乳液情況下操作幾天，直至達到恆定不變的濃度為止。特別是，在此期間不斷地測定引入的空氣量和COD(化學耗氧量)的消除性能和氮。在此期間，引入的空氣量平均為2升/分鐘。
在試驗廠在此不變的條件下操作幾天後，將本發明的水包油乳液計量添加到池2的流入物中，其量是要使其在池2的流入物中的濃度為2ppm。同樣，在此試驗中還測定引入空氣量和消除性能。在進行約三天的適應期後，在其它不變的條件下引入的空氣量平均不超過1.2升/分鐘，因而引空氣量和為此所需的能量被減少約40％。試驗廠的COD和/或氮消除性能並未因計量本發明的乳液而受到損害。
同樣，微生物的沉降性也未因添加本發明的乳液而受到損害。
本發明還針對上述規定的水包油乳液在改進需氧汙水處理廠的脫氮作用中的應用，所說的水包油乳液，如先前所述，在其油相中含有至少一種的下列化合物或下列化合物的混合物-具有8-30個碳原子的飽和或不飽和的、開鏈或環狀的、正構或異構的烴；-具有8-30個碳原子的飽和或不飽和脂肪酸，飽和或不飽和脂肪醇，脂肪酸單烷基酯，脂肪酸醯胺，或上述化合物的飽和或不飽和脂肪酸單烷基醯胺，脂肪醇，脂肪酸和脂肪酸脂；-具有4-30個碳原子的飽和或不飽和羧酸或二羧酸與一元醇和/或多元醇的單酯或聚酯；-具有8-30個碳原子的飽和或不飽和脂肪酸與具有2-6個氮原子的脂族多胺的聚醯胺；-環狀、優選為單環和/或二環萜，特別是萜烯烴和/或萜烯醇；和/或-基於烯化氧和烯化氧與脂肪醇和/或C12-C18脂肪酸和/或C12-C18脂肪酸的脂肪酸甘油酯的聚氧化烯化合物。
上述的水包油乳液是各種領域中所常見的。然而，令人意外地發現，這些乳液具有減少需氧汙水處理廠對氧需求的性能。
從本發明的意義上說，需氧汙水處理廠是指本領域的熟練技術人員所熟悉的、其中通過氧化去掉廢水中的可生物降解組分的任何城市和/或工業汙水處理廠，它至少具有一個脫氮步驟。在所說的脫氮步驟中，NO3-被還原而產生N2。脫氮步驟可以設置於所謂曝氣池的上遊或下遊。最好，廢水在所謂曝氣池中進行處理之前先通過脫氮步驟。
根據本發明所使用乳液的生產、特別是水包油乳液的生產是人們所熟知的。為此使用穩定的、人們所熟知的水包油乳化劑來乳化油組分。疏水相主要代表活性物質。
代表性的疏水的油組分之例子如下-飽和的烴類例如辛烷、十四烷、十八烷、eisodecane、癸烯、十六烯、以及工業用α-烯烴；-脂肪醇例如辛醇、癸醇、十二醇、十三醇、十六醇、十八醇、二十二醇；-脂肪酸例如癸酸、硬脂酸、蜂花酸、油酸、以及亞油酸；-脂肪酸酯例如硬脂酸甲酯、棕櫚酸十八酯、油酸辛酯、甘油單-和三油酸酯、乙二醇二月桂酸酯、失水山梨糖醇硬脂酸酯和油酸酯、和/或己二酸二丁酯；-脂肪酸醯胺例如硬脂醯胺、可可脂肪酸丁基醯胺、乙酸油基醯胺、以及亞乙基雙硬脂醯胺；-萜類例如薄荷醇或有機萜(Weiβmer Baltische HG，Hamburg)。
其它適用的市場可購得的烴或烴混合物是石蠟油或礦物油。
此外，天然存在的脂肪和油也是適用的，特別是植物油，優選為油菜油。
根據本發明能被用作乳液組分的飽和或不飽和脂肪醇能通過公知的方法製取，例如，羰基合成中的氧代醇或根據格爾伯特反應的格爾伯特醇。作為基於烯化氧和/或C12-C18脂肪酸的脂肪酸甘油酯的聚氧化烯化合物，可以使用特別被介紹於DE-AS 1270542和EP 0247509 B1中的那些化合物。
當使用萜類時，它們優選是以與飽和或不飽和脂肪醇一起的摻加物形式被使用。
水包油乳液的油相比為總乳液重量的1-90％，優選為1-50％，更優選為5-30％重量。
本發明的水包油乳液是以本身、或被水稀釋、或含溶劑的水混合物所稀釋的形式使用的。本發明使用的水包油乳液能被添加到曝氣池中、或在其上遊的任何點或被純化的廢水中，優選加入到進入曝氣池前的廢水中。
添加量以被淨化的廢水計，優選為0.1-1000ppm，更優選為0.5-200ppm，特別優選為1.0-50ppm。
使用本發明所用的乳液，為了氧化廢水組分所必須被引入到曝氣池的氧量最多可減少60％。本發明所用的乳液沒有或僅具有低的毒性，並被評定為水汙染級1級；它們是可生物降解的。
現參照實施例對本發明進行說明。通過實施例所作出這些說明僅僅是為了說明本發明而不是對本發明的範圍進行限定。
二條線路用相同的廢水和同樣的廢水量操作，在下方線路中處理的廢水與水包油乳液一起添加，其量是要使濃度達到2ppm。
試驗進行二個月。在用2ppm的水包油乳液操作的脫氮步驟流出物的NO3-濃度，比不用水包油乳液操作的脫氮步驟流出物的NO3-濃度低50％。
權利要求
1.水包油乳液在減少需氧汙水處理廠的空氣和/或氧需量方面的應用，其特徵在於該乳液在其油相中包含至少一種下列類別的化合物或其混合物-具有8-30個碳原子的飽和或不飽和的、開鏈或環狀的、正構或異構的烴；-具有8-30個碳原子的飽和或不飽和脂肪酸，飽和或不飽和脂肪醇，脂肪酸單烷基酯，脂肪酸醯胺，或上述化合物的飽和或不飽和脂肪酸單烷基醯胺，脂肪醇，脂肪酸和脂肪酸脂；-具有4-30個碳原子的飽和或不飽和羧酸或二羧酸與一元醇和/或多元醇的單酯或聚酯；-具有8-30個碳原子的飽和或不飽和脂肪酸與具有2-6個氮原子的脂族多胺的聚醯胺；-無環、優選為單環和/或二環萜，特別是萜烯烴和/或萜烯醇；和/或-基於烯化氧和烯化氧與脂肪醇和/或C12-C18脂肪酸和/或C12-C18脂肪酸的脂肪酸甘油酯的聚氧化烯化合物。
2.權利要求1的水包油乳液的應用，其特徵在於該乳液包括作為飽和烴的辛烷、tetraoctane、十八烷，和/或作為不飽和烴的癸烯、十六烯、和/或工業用α-烯烴。
3.權利要求1的水包油乳液的應用，其特徵在於該乳液包括作為脂肪醇的辛醇、十二醇、十三醇、十八醇、和/或二十二醇。
4.權利要求1-3的任何一項權利要求的水包油乳液的應用，其特徵在於該乳液包括作為脂肪酸的癸酸、硬脂酸、蜂花酸、油酸、以及亞油酸。
5.權利要求1-4的任何一項權利要求的水包油乳液的應用，其特徵在於該乳液包括作為脂肪酸酯的硬脂酸甲酯、棕櫚酸十八酯、油酸辛酯、甘油單-和三油酸酯、乙二醇二月桂酸酯、失水山梨糖醇硬脂酸酯和油酸酯、和/或已二酸二丁酯。
6.權利要求1-5的任何一項權利要求的水包油乳液的應用，其特徵在於該乳液包括作為脂肪酸醯胺的硬脂醯胺、可可脂肪酸丁基醯胺、乙酸油基醯胺、和/或亞乙基雙硬脂醯胺。
7.權利要求1-6的任何一項權利要求的水包油乳液的應用，其特徵在於該乳液包括作為聚氧化烯化合物的聚(環氧乙烷)和/或聚(環氧丙烷)。
8.權利要求1-7的任何一項權利要求的水包油乳液的應用，其特徵在於該乳液包括作為天然存在的菜油。
9.權利要求1-8的任何一項權利要求的水包油乳液的應用，其特徵在於該乳液包括油相與乳液的比為總乳液重量的1-90％、優選為1-50％、更優選為5-30％重量，該乳液是以被淨化的廢水計，以0.1-1000ppm、優選為0.5-200ppm、更優選為1.0-50ppm的量被添加到需氧生物廢水的淨化中。
10.權利要求1-9的任何一項權利要求的水包油乳液的應用，其特徵在於汙水處理廠是城市和/或工業汙水處理廠。
11.水包油乳液在提高需氧汙水處理廠的脫氮方面的應用，其特徵在於該乳液在其油相中包含至少一種下列類的化合物或其混合物-具有8-30個碳原子的飽和或不飽和的、開鏈或環狀的、正構或異構的烴；-具有8-30個碳原子的飽和或不飽和脂肪酸，飽和或不飽和脂肪醇，脂肪酸單烷基酯，脂肪酸醯胺，或上述化合物的飽和或不飽和脂肪酸單烷基醯胺，脂肪醇，脂肪酸和脂肪酸脂；-具有4-30個碳原子的飽和或不飽和羧酸或二羧酸與一元醇和/或多元醇的單酯或聚酯；-具有8-30個碳原子的飽和或不飽和脂肪酸與具有2-6個氮原子的脂族多胺的聚醯胺；-無環、優選為單環和/或二環萜，特別是萜烯烴和/或萜烯醇；和/或-基於烯化氧和烯化氧與脂肪醇和/或C12-C18脂肪酸和/或C12-C18脂肪酸的脂肪酸甘油酯的聚氧化烯化合物。
12.權利要求11的水包油乳液的應用，其特徵在於該乳液包括作為飽和烴的辛烷、tetraoctane、十八烷，和/或作為不飽和烴的癸烯、十六烯、和/或工業用α-烯烴。
13.權利要求11的水包油乳液的應用，其特徵在於該乳液包括作為脂肪醇的辛醇、十二醇、十三醇、十八醇、和/或二十二醇。
14.權利要求11-13的任何一項權利要求的水包油乳液的應用，其特徵在於該乳液包括作為脂肪酸的癸酸、硬脂酸、蜂花酸、油酸、以及亞油酸。
15.權利要求11-14的任何一項權利要求的水包油乳液的應用，其特徵在於該乳液包括作為脂肪酸酯的硬脂酸甲酯、棕櫚酸十八酯、油酸辛酯、甘油單-和三油酸酯、乙二醇二月桂酸酯、失水山梨糖醇硬脂酸酯和油酸酯、和/或己二酸二丁酯。
16.權利要求11-15的任何一項權利要求的水包油乳液的應用，其特徵在於該乳液包括作為脂肪酸醯胺的硬脂醯胺、可可脂肪酸丁基醯胺、乙酸油基醯胺、和/或亞乙基雙硬脂醯胺。
17.權利要求11-16的任何一項權利要求的水包油乳液的應用，其特徵在於該乳液包括作為聚氧化烯化合物的聚(環氧乙烷)和/或聚(環氧丙烷)。
18.權利要求11-17的任何一項權利要求的水包油乳液的應用，其特徵在於該乳液包括作為天然存在的菜油。
19.權利要求11-18的任何一項權利要求的水包油乳液的應用，其特徵在於該乳液包括油相與乳液的比為總乳液重量的1-90％、優選為1-50％、更優選為5-30％重量，該乳液是以被淨化的廢水計，以0.1-1000ppm、優選為0.5-200ppm、更優選為1.0-50ppm的量被添加到需氧生物廢水的淨化中。
20.權利要求11-19的任何一項權利要求的水包油乳液的應用，其特徵在於汙水處理廠是城市和/或工業汙水處理廠。
全文摘要
本發明涉及為減少需氧汙水處理廠中所需的空氣和/或氧量和為提高需氧汙水處理廠的脫氮作用而使用的水包油乳液。作為油相組分,乳液至少包括:具有8－30個碳原子的飽和或不飽和的、開鏈或環狀的、正構或異構的烴;具有8－30個碳原子的飽和或不飽和脂肪醇,飽和或不飽和脂肪酸,脂肪酸單烷基酯,脂肪酸醯胺,或飽和或不飽和脂肪酸的脂肪酸單烷基酯,所說的上述化合物的脂肪醇、脂肪酸和脂肪酸酯;具有4－30個碳原子的飽和或不飽和羧酸或二羧酸與一元醇和/或多元醇(聚乙二醇除外)的單酯或聚酯;具有8－30個碳原子的飽和或不飽和脂肪酸與具有2－6個氮原子的脂族多胺的聚醯胺;無環、優選為單環和/或二環萜,特別是萜烯烴和/或萜烯醇;和/或基於烯化氧和烯化氧與脂肪醇和/或C
文檔編號C02F3/12GK1331660SQ99815011
公開日2002年1月16日 申請日期1999年12月21日 優先權日1998年12月22日
發明者K·米爾克, J·維爾雷斯, J·舒爾特, U·維貝爾斯 申請人:施託克豪森公司