一種防止溼式空氣再生系統結垢的阻垢劑及其製備方法與流程
2024-03-28 14:25:05
本發明涉及固體廢棄物處理技術領域，具體為一種防止活性炭溼式空氣再生系統(war系統)結垢的阻垢劑及其製備方法。
背景技術：
西門子公司的粉末活性炭技術(pact)和活性炭溼式空氣再生技術(war)組合工藝是在常規活性汙泥法汙水處理系統中添加活性炭，通過活性炭吸附有機物的特性，促進難降解物質的吸附與降解。pact系統中吸附了汙染物和活性汙泥的混合炭泥被送入war系統，在溫度為243℃、壓力為6.2mpa條件下，可將活性炭吸附的有機物和附著的生化汙泥氧化成無機物或易降解有機物，而活性炭不被氧化並恢復活性，重返pact系統使用。該技術對cod(化學需氧量)有較強的脫除功能，已應用於石化、化工等行業汙水處理系統之中。
目前，pact+war技術在我國已有建設投用，但是都存在著war系統中換熱和加熱部分結垢嚴重等問題。war系統中結垢的主要成分為硫酸鈣，還有碳酸鈣、少量有機物和其他物質，且形成上述結垢的離子，如ca2+、so42-等離子，絕大部分來自於pact混合炭泥的菌膠團，採用常規壓濾方式無法將結垢離子去除。目前，尚無防止war系統結垢的有效對策，存在著war系統化學清洗次數頻繁、除垢效果差、除垢費用高等問題，嚴重影響了war系統正常運行以及pact系統的處理效果。因此，如何防止war系統結垢問題是相關企業急需解決的技術問題。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種防止溼 式空氣再生系統結垢的阻垢劑及其製備方法，解決現有技術中war系統中換熱和加熱部分結垢嚴重等問題，向進入war系統的混合炭泥中加入耐高溫阻垢劑，以達到防止war系統結垢的目的。
為達到以上目的，本發明採取的實施方案是：
一種防止溼式空氣再生系統結垢的阻垢劑，包括：
有機膦酸或有機膦酸鹽，其質量百分含量為20～60wt％；
聚羧酸或聚羧酸鹽，其質量百分含量為5～40wt％；
助劑，其質量百分含量為0.5～15wt％；
水，餘量。
在上述方案的基礎上，所述有機膦酸或有機膦酸鹽的質量百分含量為30～50wt％。
在上述方案的基礎上，所述有機膦酸或有機膦酸鹽為：氨基三甲叉膦酸、氨基三甲叉膦酸鈉、羥基亞乙基二膦酸、羥基亞乙基二膦酸鈉、多氨基多醚基亞甲基膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸鈉、二乙烯三胺五甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸鈉、甘氨酸二甲叉膦酸、氨基磺酸二甲叉膦酸或氨基乙磺酸二甲叉膦酸中的一種或幾種。
在上述方案的基礎上，所述聚羧酸或聚羧酸鹽的質量百分含量為10～30wt％。
在上述方案的基礎上，所述聚羧酸或聚羧酸鹽為：有機羧酸類均聚物、有機羧酸類二元共聚物和三元共聚物中的一種或幾種，
在上述方案的基礎上，所述具體為：聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、水解聚馬來酸酐、聚環氧琥珀酸、聚環氧琥珀酸鈉、丙烯酸/丙烯酸羥丙酯共聚物、丙烯酸/苯乙烯磺酸共聚物、馬來酸/苯乙烯磺酸共聚物、馬來酸/苯丙烯磺酸共聚物、丙烯酸/馬來酸/2-甲基-2』-丙烯醯胺基丙烷磺酸共聚物或丙烯酸/丙烯酸羥丙酯/丙烯酸甲酯共聚物中的一種或幾種。
在上述方案的基礎上，所述助劑的質量百分含量為1～10wt％。
在上述方案的基礎上，所述助劑為鹼和有機胺中的一種或多種。
在上述方案的基礎上，所述鹼為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化銨的一種或多種。
在上述方案的基礎上，所述有機胺為乙二胺、三乙胺、三乙醇胺或聚乙二醇胺的一種或多種。
上述防止溼式空氣再生系統結垢的阻垢劑的製備方法，包括以下步驟：
(1)將有機膦酸或有機膦酸鹽、聚羧酸或聚羧酸鹽、助劑和水按一定比例加入攪拌反應釜中，開啟攪拌器和加熱器，進行充分混合均質，並在一定溫度下進行反應。
(2)攪拌反應釜中各組分反應一定時間後停止加熱，冷卻至常溫後得到防止溼式空氣再生系統結垢的阻垢劑。
在上述方案的基礎上，步驟(1)中所述攪拌器的攪拌時間範圍為0.5～4h，優選為1～2h。
在上述方案的基礎上，步驟(1)中所述的溫度範圍為20～70℃，優選為30～60℃。
本發明所述的阻垢劑採用藥劑計量泵加入；在混合炭泥中加入濃度為100～500g/m3，優選範圍為200～400g/m3；加入點為war系統高壓泵進口；阻垢劑加入點後和高壓泵前之間配有管道混合器。
本發明的有益效果是：
本發明提供了一種防止溼式空氣再生系統結垢的阻垢劑及其製備方法，利用阻垢劑的絡合增溶、晶格畸變、凝聚與分散等作用，阻止或幹擾難溶性無機鹽垢的形成，從而減緩混合炭泥在war系統中結垢的趨勢，以達到防止war系統結垢的目的。
向war系統中加入復配耐高溫阻垢劑，有效降低war系統內碳酸鈣與硫酸鈣等生成，具有處理效果好、流程簡單、處理成本低等優點，且投資較低和操作簡單等優勢，能夠顯著減緩war系統中結垢趨勢，有效降低企業pact+war系統運行成本，具有較好的經濟、環境和應用價值。
具體實施方式
以下從本發明阻垢劑及其製備實施例和應用實施例兩個方面進行具體說明。
一種防止溼式空氣再生系統結垢的阻垢劑，包括：
(1)有機膦酸或有機膦酸鹽，其質量百分含量20～60wt％，優選30～50wt％。
有機膦酸或有機膦酸鹽為：氨基三甲叉膦酸、氨基三甲叉膦酸鈉、羥基亞乙基二膦酸、羥基亞乙基二膦酸鈉、多氨基多醚基亞甲基膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸鈉、二乙烯三胺五甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸鈉、甘氨酸二甲叉膦酸、氨基磺酸二甲叉膦酸或氨基乙磺酸二甲叉膦酸中的一種或幾種。
(2)聚羧酸或聚羧酸鹽，其質量百分含量為5～40wt％，優選10～30wt％。
聚羧酸或聚羧酸鹽為：有機羧酸類均聚物、有機羧酸類二元共聚物和三元共聚物中的一種或幾種，
具體為：聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、水解聚馬來酸酐、聚環氧琥珀酸、聚環氧琥珀酸鈉、丙烯酸/丙烯酸羥丙酯共聚物、丙烯酸/苯乙烯磺酸共聚物、馬來酸/苯乙烯磺酸共聚物、馬來酸/苯丙烯磺酸共聚物、丙烯酸/馬來酸/2-甲基-2』-丙烯醯胺基丙烷磺酸共聚物或丙烯酸/丙烯酸羥丙酯/丙烯酸甲酯共聚物中的一種或幾種。
(3)助劑，其質量百分含量為0.5～15wt％，優選1～10wt％。
助劑為鹼和有機胺中的一種或多種。
鹼為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化銨的一種或多種。有機胺為乙二胺、三乙胺、三乙醇胺或聚乙二醇胺的一種或多種。
助劑中鹼有助於調節復配阻垢劑的ph值，有機胺可以改善各組分溶解性以及與混合炭泥的配伍性。
(4)水，餘量。
上述防止溼式空氣再生系統結垢的阻垢劑的製備方法，包括以下步驟：
(1)將有機膦酸或有機膦酸鹽、聚羧酸或聚羧酸鹽、助劑和水按一定比例加入攪拌反應釜中，開啟攪拌器和加熱器，進行充分混合均質，並在一定溫度下進行反應。
(2)攪拌反應釜中各組分反應一定時間後停止加熱，冷卻至常溫後得到防止溼式空氣再生系統結垢的阻垢劑。
在上述方案的基礎上，步驟(1)中所述攪拌器的攪拌時間範圍為0.5～4h，優選為1～2h。
在上述方案的基礎上，步驟(1)中所述的溫度範圍為20～70℃，優選為30～60℃。
本發明所述的阻垢劑採用藥劑計量泵加入；在混合炭泥中加入濃度為100～500g/m3，優選範圍為200～400g/m3；加入點為war系統高壓泵進口；阻垢劑加入點後和高壓泵前之間配有管道混合器。
製備實施例1
本發明所述用於war系統的耐高溫阻垢劑，其製備方法如下：
(1)有機膦酸或有機膦酸鹽：氨基三甲叉膦酸為10wt％；二乙烯三胺五甲叉膦酸為30wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸鹽：聚丙烯酸為15wt％；
(3)助劑：氫氧化鈉0.5wt％；三乙胺為0.5wt％；
(4)餘量為水。
按上述比例加入攪拌反應釜中，開啟攪拌器和加熱器，進行充分混合均質並在70℃進行反應。攪拌反應釜中各組分反應一定時間4h後停止加熱，冷卻至常溫後得到本發明的阻垢劑。按上述製備方法得到阻垢劑產品1#，稱為1#阻垢劑。
製備實施例2
本發明所述用於war系統的耐高溫阻垢劑，其製備方法如下：
(1)有機膦酸或有機膦酸鹽：二乙烯三胺五甲叉膦酸為30wt％；乙二胺四甲叉膦酸為10wt％；甘氨酸二甲叉膦酸10wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸鹽：水解聚馬來酸酐為5wt％；丙烯酸/丙烯酸羥丙酯共聚物為2wt％；
(3)助劑：氫氧化鈉為1wt％；乙二醇為4wt％；
(4)餘量為水。
按上述比例加入攪拌反應釜中，開啟攪拌器和加熱器，進行充分混合均質並在60℃進行反應。攪拌反應釜中各組分反應一定時間2h後停止加熱，冷卻至常溫後得到本發明的阻垢劑。按上述製備方法得到阻垢劑產品2#，稱為2#阻垢劑。
製備實施例3
本發明所述用於war系統的耐高溫阻垢劑，其製備方法如下：
(1)有機膦酸或有機膦酸鹽：羥基亞乙基二膦酸為20％；二乙烯三胺五甲叉膦酸為20wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸鹽：聚丙烯酸鈉為15wt％。
(3)助劑：氫氧化鈉2wt％；三乙醇胺為5wt％。
(4)餘量為水。
按上述比例加入攪拌反應釜中，開啟攪拌器和加熱器，進行充分混合均質並在60℃進行反應。攪拌反應釜中各組分反應一定時間3h後停止加熱，冷卻至常溫後得到本發明的阻垢劑。按上述製備方法得 到阻垢劑產品3#，稱為3#阻垢劑。
製備實施例4
本發明所述用於war系統的耐高溫阻垢劑，其製備方法如下：
(1)有機膦酸或有機膦酸鹽：多氨基多醚基亞甲基膦酸為30wt％；羥基亞乙基二膦酸為10wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸鹽：聚丙烯酸鈉為10wt％；丙烯酸/苯乙烯磺酸共聚物為5wt％；聚環氧琥珀酸為5wt％。
(3)助劑：聚乙二醇胺為0.5wt％。
(4)餘量為水。
按上述比例加入攪拌反應釜中，開啟攪拌器和加熱器，進行充分混合均質並在20℃進行反應。攪拌反應釜中各組分反應一定時間4h後停止加熱，冷卻至常溫後得到本發明的阻垢劑。按上述製備方法得到阻垢劑產品4#，稱為4#阻垢劑。
製備實施例5
本發明所述用於war系統的耐高溫阻垢劑，其製備方法如下：
(1)有機膦酸或有機膦酸鹽：乙二胺四甲叉膦酸為20wt％；氨基三甲叉膦酸鈉為5wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸鹽：聚環氧琥珀酸為40wt％；
(3)助劑：氫氧化鈉1wt％；乙二胺為1wt％；
(4)餘量為水。
按上述比例加入攪拌反應釜中，開啟攪拌器和加熱器，進行充分混合均質並在50℃進行反應。攪拌反應釜中各組分反應一定時間4h後停止加熱，冷卻至常溫後得到本發明的阻垢劑。按上述製備方法得到阻垢劑產品5#，稱為5#阻垢劑。
製備實施例6
本發明所述用於war系統的耐高溫阻垢劑，其製備方法如下：
(1)有機膦酸或有機膦酸鹽：乙二胺四甲叉膦酸鈉為30wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸鹽：聚環氧琥珀酸鈉為30wt％；
(3)助劑：氫氧化氨2wt％；三乙醇胺為8wt％；
(4)餘量為水。
按上述比例加入攪拌反應釜中，開啟攪拌器和加熱器，進行充分混合均質並在30℃進行反應。攪拌反應釜中各組分反應一定時間2h後停止加熱，冷卻至常溫後得到本發明的阻垢劑。按上述製備方法得到阻垢劑產品6#，稱為6#阻垢劑。
製備實施例7
本發明所述用於war系統的耐高溫阻垢劑，其製備方法如下：
(1)有機膦酸或有機膦酸鹽：二乙烯三胺五甲叉膦酸鈉為40wt％；多氨基多醚基亞甲基膦酸為20wt％
(2)聚羧酸或聚羧酸鹽：聚丙烯酸鈉為5wt％；丙烯酸/丙烯酸羥丙酯/丙烯酸甲酯共聚物5wt％；
(3)助劑：氫氧化鉀2wt％；乙二胺為2wt％；
(4)餘量為水。
按上述比例加入攪拌反應釜中，開啟攪拌器和加熱器，進行充分混合均質並在50℃進行反應。攪拌反應釜中各組分反應一定時間2h後停止加熱，冷卻至常溫後得到本發明的阻垢劑。按上述製備方法得到阻垢劑產品7#，稱為7#阻垢劑。
製備實施例8
本發明所述用於war系統的耐高溫阻垢劑，其製備方法如下：
(1)有機膦酸或有機膦酸鹽：乙二胺四甲叉膦酸鈉為30wt％；多氨基多醚基亞甲基膦酸為20wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸鹽：聚環氧琥珀酸鈉為10wt％；
(3)助劑：氫氧化氨10wt％；三乙胺為5wt％；
(4)餘量為水。
按上述比例加入攪拌反應釜中，開啟攪拌器和加熱器，進行充分混合均質並在40℃進行反應。攪拌反應釜中各組分反應一定時間1h後停止加熱，冷卻至常溫後得到本發明的阻垢劑。按上述製備方法得到阻垢劑產品8#，稱為8#阻垢劑。
製備實施例9
本發明所述用於war系統的耐高溫阻垢劑，其製備方法如下：
(1)有機膦酸或有機膦酸鹽：氨基磺酸二甲叉膦酸為35wt％；羥基亞乙基二膦酸鈉為15wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸鹽：水解聚馬來酸酐為4wt％；丙烯酸/馬來酸/2-甲基-2』-丙烯醯胺基丙烷磺酸共聚物為2wt％；
(3)助劑：氫氧化鈉為1wt％；乙二醇為2wt％；
(4)餘量為水。
按上述比例加入攪拌反應釜中，開啟攪拌器和加熱器，進行充分混合均質並在40℃進行反應。攪拌反應釜中各組分反應一定時間1h後停止加熱，冷卻至常溫後得到本發明的阻垢劑。按上述製備方法得到阻垢劑產品9#，稱為9#阻垢劑。
製備實施例10
本發明所述用於war系統的耐高溫阻垢劑，其製備方法如下：
(1)有機膦酸或有機膦酸鹽：甘氨酸二甲叉膦酸為30wt％；氨基乙磺酸二甲叉膦酸為10wt％；
(2)聚羧酸或聚羧酸鹽：馬來酸/苯乙烯磺酸共聚物5wt％；馬來酸/苯丙烯磺酸共聚物為10wt％。
(3)助劑：氫氧化鈉1wt％；三乙醇胺為3wt％。
(4)餘量為水。
按上述比例加入攪拌反應釜中，開啟攪拌器和加熱器，進行充分混合均質並在50℃進行反應。攪拌反應釜中各組分反應一定時間2h後停止加熱，冷卻至常溫後得到本發明的阻垢劑。按上述製備方法得 到阻垢劑產品10#，稱為10#阻垢劑。
應用實施例
混合炭泥特性：某石油化工企業的pact生化處理工藝外排再生混合炭泥，其炭泥指標為mlss(混合液懸浮固體濃度)為81.5g/l，mlvss(混合液揮發性懸浮固體濃度)為64.1g/l，幹基炭泥中ca含量為3.7％，s含量為1.3％；上清液指標為cod為21mg/l，ca2+為86.3mg/l，so42-為158.4mg/l。
阻垢劑性能評定方法：取混合炭泥分別加入一定濃度(以阻垢劑質量計)的1#～10#阻垢劑後，泵入war系統模擬實驗裝置進行處理，模擬裝置的溫度為243±5℃，壓力為6.2±0.5mpa。243±5℃恆溫2h後停止加熱，冷卻後進行固液分離，測定液相的ca2+濃度。ca2+濃度測定參考gb/t15452-2009工業循環冷卻水中鈣、鎂離子的測定(edta滴定法)。空白樣為混合炭泥不加入阻垢劑，按上述評價方法測定的ca2+濃度。
阻垢率計算公式為：阻垢率＝(c-c0)/(c1-c0)×100％
c：實測ca2+濃度；
c0：空白樣的ca2+濃度，測定值為113.1mg/l
c1：汙泥與水中ca2+的總濃度，即為3101.8mg/l。
如下表為1#～10#阻垢劑性能評定結果：
經測試，上述1#～10#阻垢劑加入混合炭泥後war系統模擬裝置沒出現結垢現象。
本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。