Способ предотвращения солеотложений, коррозии и биообрастаний в системах водоснабжения
Владельцы патента RU 2409523:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский государственный лесотехнический университет (RU)
Изобретение относится к способам предотвращения минеральных отложений, коррозии и биообрастаний и может быть использовано в водоподготовке замкнутых систем отопления, охлаждения, оборотного водоснабжения. Способ включает введение в обрабатываемую воду гексаметилендиаминтетраметиленфосфоновой кислоты и ее металлсодержащего комплексоната при мольном соотношении 3:1÷2:1. В качестве металлсодержащего комплексоната используют смесь комплексоната цинка и комплексоната меди при их мольном соотношении 0,75:0,25÷0,5:0,5 соответственно. Изобретение позволяет предотвратить биообрастание, солеотложение и коррозию в системах водоснабжения и обеспечить длительную бесперебойную работу систем закрытого водоснабжения и с требуемым качеством. 3 табл.
Изобретение относится к способам предотвращения минеральных отложений, коррозии и биообрастаний и может быть использовано в водоподготовке замкнутых систем отопления, охлаждения, оборотного водоснабжения.
Известен способ предотвращения минеральных отложений и биообрастаний путем введения композиций органофосфоната ИОМС и его медьсодержащего комплекса при их мольном соотношении 5:1÷1:1 [Патент России №2133229, МПК6 C02F 5/14, 1999].
Использование способа эффективно для подавления биообрастаний, но неэффективно для одновременного подавления солеотложений и коррозии.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ предотвращения минеральных отложений и коррозии путем введения в обрабатываемую воду композиций, содержащих гексаметилендиаминтетраметиленфосфоновую кислоту (ГМДТФ) и ее цинксодержащий комплексонат при их мольном соотношении 4:1÷2:1 [Патент России №2328453, C02F 5/14 (2006.01); C23F 11/167 (2006.01); C02F 103/04 (2006.01), 2008].
Этот способ обеспечивает снижение расхода реагентов (композиций их содержащих) при одновременном повышении эффективности обработки воды с целью предотвращения солеотложений и коррозии, но недостаточно эффективен для одновременного подавления биообрастаний, особенно для замкнутых систем водопользования, характерной особенностью которых является минимизация объема подпитки свежей водой. Отсутствие эффективности известного способа против биообрастаний приводит к развитию микрофлоры, т.к. азот и фосфор, входящие в состав органофосфонатов, и, в частности, ГМДТФ, являются продуктами жизнедеятельности бактерий. В конечном итоге, за счет снижения концентрации ГМДТФ снижается эффективность композиции ингибировать солеотложения и коррозию.
Задачей изобретения является повышение эффективности обработки воды в замкнутых системах водоснабжения за счет повышения эффективности подавления биообрастаний при одновременном повышении эффективности подавления солеотложений и коррозии.
Поставленная задача решается тем, что обработку воды ведут путем введения органофосфонатов, при этом в качестве органофосфоната используют гексаметилендиаминтетраметиленфосфоновую кислоту (ГМДТФ) и смесь ее цинк- и медьсодержащие комплексонатов при мольном соотношении ГМДТФ: смесь комплексонатов 3:1÷2:1, при этом мольное соотношение цинковых к медным комплексонатам составляет 0,75:0,25÷0,5:0,5 соответственно.
Заявленный способ иллюстрируется следующими примерами, проведенными с целью изучения ингибирующих свойств, подавления биообрастаний и солеотложений.
Примеры на ингибирование коррозии в сопоставлении с аналогом и прототипом.
В «химочищенную» воду чистого оборотного цикла сталеплавильного производства состава (мг/л): солесодержание - 479, Cu - 6, взвешенные вещества - 2, щелочность - 180, Fe - 0,12, Mn - 0,05, Cl - 19,5, нефтепродукты - 0,04, сульфаты 178, - вводили композицию ГМДТФ и ее цинк- и медьсодержащие комплексы при мольном соотношении ГМДТФ: смесь комплексонатов 3:1-2:1, мольное соотношение цинковых к медным комплексонатам варьировалось от 1:0 до 0:1, в количестве 5 мг/л. Герметично закрытые пробы выдерживали в термостатированном шкафу при температуре 60°С в течение 14 суток. По окончании экспозиции измеряли скорость коррозии при температуре 20°С, при перемешивании (1,2 м/сек) в непроточной ячейке двухэлектродными зондами, изготовленными из стали Ст.3 коррозиметром «Эксперт-004». Коэффициент торможения рассчитывали по формуле:
К=a o/a j,
где К - коэффициент торможения;
a o - скорость коррозии в контрольном опыте (без реагента);
a j - скорость коррозии с реагентом.
Ошибка измерения составляет не более 10%.
Данные представлены в таблице 1.
Из представленных в таблице 1 данных видно, что использование ГМДТФ с ее комплексонатами цинка и меди при мольном соотношении комплексонатов цинка и меди=0,75:0,25÷0,5:0,5 позволяет существенно уменьшить величину коррозии, т.е. эффективность ингибирования коррозии выше, чем ингибирование коррозии с использованием только цинксодержащих комплексонатов (пример №2). При этом использование ИОМС только с медным комплексонатом (пример №1) увеличивает коррозию (медь находится в ряду напряжений правее водорода). Полученные данные позволяют предположить, что присутствие комплексонатов меди препятствует развитию микроорганизмов, которые разрушают органофосфонат, в данном случае ГМДТФ, и тем самым снижают ее эффективность в композиции как ингибитора коррозии. При этом неожиданно высокое повышение коэффициента торможения (усиление ингибирующих свойств) проявляется при мольном соотношении комплексонатов цинка и меди=0,75:0,25÷0,5:0,5 (примеры №№4, 5, 6, 7). За пределами указанных соотношений коэффициент торможения ниже, чем у прототипа, т.е. ингибирующие свойства в отношении коррозии уменьшаются.
Примеры на предотвращение биообрастаний в сопоставлении с аналогом и прототипом.
«Химочищенную» воду (см. вышеописанные примеры на ингибирование коррозии) оборотного цикла Северского трубного завода заразили микроорганизмами. В воду вводили композиции согласно примерам №№10-14. Мольное соотношение, концентрация и условия экспозиции в соответствии с примером 1. По окончании экспозиции определение эффективности предотвращения биообрастаний определяли по стандартной методике: слой воды удаляют сифоном, в осадке визуально (под микроскопом) определяют количество живых микроорганизмов. Данные представлены в таблице 2.
Из представленных в таблице 2 данных видно, ГМДТФ и ее цинко-медные комплексонаты, взятые в заявленном соотношении (примеры №13 и 14) эффективно подавляют жизнедеятельность микроорганизмов и соответственно биообрастаний. Эффективность предлагаемого способа в заявленном интервале комплексонатов цинка и меди=0,75:0,25 ÷ 0,5:0,5 по предотвращению биообрастаний идентична способу-аналогу с использованием только медьсодержащих комплексонатов (пример №10) и существенно превышает эффективность способа - прототипа (пример №11).
Примеры на предотвращение солеотложений в сопоставлении с аналогом и прототипом
«Химочищенную» воду, состава и содержащую композиции ГМДТФ и ее цинко-медные комплексонаты в соответствии с вышеописанными примерами термостатировали в течение 14 дней при температуре 60°С. По окончании экспозиции на этой воде готовили модельные пересыщенные растворы сульфата кальция (С=7,5 г/л) путем смешения эквивалентных количеств сульфата натрия и хлористого кальция. Расчетная концентрация композиции (в пересчете на ГМДТФ) составляла 1,0 мг/л. Кристаллизацию изучали при перемешивании (Re=12500) и температуре 70°С (эффективность композиций оценивали по продолжительности индукционного периода). Данные представлены в таблице 3.
Из представленных в таблице 3 данных видно, что введение комплексонатов меди положительно сказывается на ингибирующих свойствах процесса кристаллизации сульфата кальция, а следовательно, и на подавлении образования солевых отложений. Неожиданно высокие результаты получены при заявленном мольном соотношении комплексонатов цинка и меди 0,75:0,25÷0,5:0,5 соответственно (примеры №18 и №19). Неожиданно высокие результаты трудно объяснить простым влиянием указанных комплексонатов на процесс солеотложения как таковой.
Из данных, представленных в таблицах №1-№3, видно, что при использовании системы ГМДТФ и ее металлсодержащих комплексонатов при мольном соотношении ГМДТФ: металлсодержащий комплексонат=3:1÷2:1, при этом в качестве металла используют цинк и медь при мольном соотношении комплексонат цинка: комплексонат меди = 0,75:0,25÷0,5:0,5 соответственно, в закрытых системах водоснабжения позволяет получить неожиданный результат - подавление развития микрофлоры при одновременном эффективном ингибировании коррозии и солеотложений. Комплексное решение задачи достигается, на наш взгляд, тем, что присутствие комплексоната меди при заявленном соотношении смеси комплексонатов цинка и меди препятствует деятельности микроорганизмов, а следовательно, не происходит разрушения ГМДТФ.
Использование заявляемого способа в системах водоснабжения за счет обработки предлагаемым реагентом позволит предотвратить биообрастание, солеотложения и коррозию, обеспечив длительную и бесперебойную работу систем закрытого водоснабжения и с требуемым качеством.
| Таблица 1 | ||||
| Скорость коррозии | ||||
| № п/п | Композиция | Мольное соотношение ГМДТФ: комплексонат | Мольное соотношение комплексонатов цинка и меди | Коэффициент торможения |
| 1 | ИОМС: комплексонат меди (аналог) | 2:1 | 0:1 | 0,5 |
| 2 | ГМДТФ: комплексонат цинка (прототип) | 2:1 | 1:0 | 3,4 |
| 3 | ГМДТФ: комплексонат цинка (прототип) | 3:1 | 1:0 | 2,9 |
| 4 | ГМДТФ: комплексонат (по изобретению) | 3:1 | 0,75:0,25 | 3,3 |
| 5 | ГМДТФ: комплексонат (по изобретению) | 3:1 | 0,5:0,5 | 3,8 |
| 6 | ГМДТФ: комплексонат (по изобретению) | 2:1 | 0,75:0,25 | 4,1 |
| 7 | ГМДТФ: комплексонат (по изобретению) | 2:1 | 0,5:0,5 | 4,5 |
| 8 | ГМДТФ: комплексонат (контрольный) | 3:1 | 0,25:0,75 | 2,5 |
| 9 | ГМДТФ: комплексонат (контрольный) | 2:1 | 0,25:0,75 | 2,9 |
| Таблица 2 | ||||
| Количество живых микроорганизмов | ||||
| № п/п | Композиция | Мольное соотношение ГМДТФ: комплексонат | Мольное соотношение комплексонатов цинка и меди | Состояние микроорганизмов |
| 10 | ИОМС: комплексонат меди (аналог) | 3:1 | 0:1 | 100% погибших |
| 11 | ГМДТФ: комплексонат цинка (прототип) | 3:1 | 1:0 | Все живы |
| 12 | ГМДТФ: комплексонат (контрольный) | 3:1 | 0,25:0,75 | 100% погибших |
| 13 | ГМДТФ: комплексонат (по изобретению) | 3:1 | 0,5:0,5 | 100% погибших |
| 14 | ГМДТФ: комплексонат (по изобретению) | 3:1 | 0,75:0,25 | 100% погибших |
| Таблица 3 | ||||
| Кристаллизация сульфата кальция | ||||
| № п/п | Композиция | Мольное соотношение ГМДТФ: комплексонат | Мольное соотношение комплексонатов цинка и меди | Индукционный период, мин |
| 15 | ИОМС: комплексонат меди (аналог) | 2:1 | 0:1 | 190 |
| 16 | ГМДТФ: комплексонат цинка (прототип) | 2:1 | 1:0 | 120 |
| 17 | ГМДТФ: комплексонат (контрольный) | 2:1 | 0,25:0,75 | 150 |
| 18 | ГМДТФ: комплексонат (по изобретению) | 2:1 | 0,5:0,5 | 250 |
| 19 | ГМДТФ: комплексонат (по изобретению) | 2:1 | 0,75:0,25 | 220 |
Способ предотвращения солеотложений, коррозии и биообрастаний в системах водоснабжения путем введения в обрабатываемую воду гексаметилендиаминтетраметиленфосфоновой кислоты и ее металлсодержащего комплексоната при мольном соотношении 3:1÷2:1, отличающийся тем, что в качестве металлсодержащего комплексоната используют смесь комплексоната цинка и комплексоната меди при их мольном соотношении 0,75:0,25÷0,5:0,5 соответственно.
