способ предотвращения солеотложений, коррозии и биообрастаний в системах водоснабжения

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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