專利名稱：：一種環保多功能水處理劑的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種用于循環水系統的水處理劑。
背景技術：
：在工業或中央空調循環冷卻水系統的運行中，為防止管道系統特別是換熱器的水垢沉積、菌泥生成和金屬腐蝕，普遍采用投加由有機化學藥品組成的水處理劑——含磷的阻垢緩蝕劑和氯制劑殺生劑。由于這些藥品對高硬度的水的作用有限，運行中必須通過經常地排放水來控制水的濃縮倍數，為此必須經常地檢測水質并及時地調整投藥量。整個過程中，水的消耗量、藥劑的投加量和水質管理工作量都相當驚人，而且稍有偏差，便會造成能耗上升，對設備系統、對生產造成難以彌補的損失。再則排放的水中，由于含有這些有機物含磷藥品，對環境也造成了不利。隨著各國對環保問題日漸重視，傳統的有機藥劑的水處理方法將因社會發展而逐步被淘汰，循環水系統緩蝕、阻垢、殺菌滅藻藥劑技術正朝著環保、多功能、綜合型方向發展，其中集緩蝕、阻垢與殺菌抑藻多功能于一體的綜合型全無機、緩釋型水處理劑是當前最具使用價值的頂尖技術
發明內容鑒于上述，本發明的目的在于提供一種用于循環水系統的多功能水處理劑，它是主要由氧化鈉、氧化硅、氧化銀、氧化鐵、氧化硼和氧化鉬組成的非晶態固狀物質。此外，本發明的水處理劑還可添加氧化鋁、氧化鉀等。本發明的目的還在于提供一種由氧化鈉、氧化硅、氧化銀、氧化鐵、氧化硼和氧化鉬組成的非晶態固狀物質。本發明的水處理劑中各組分的重量范圍為氧化鈉10-20%、氧化硅20-30%、氧化硼53-65%、氧化鐵0.1-3%、氧化銀0.5-5%、氧化鉬0.1-5%。本發明通過較好地平衡硅酸根離子及鈉離子、硼酸根離子、鐵離子、鉬酸根離子、銀離子的釋放，使各物質的作用得到充分發揮同時最大限度地降低氧化鐵的負面作用(比如形成氧化鐵垢)，從而獲得了具有出色的緩蝕、阻垢和殺菌性能的水處理劑。本發明還涉及水處理劑在循環水系統中的應用。當投放于循環水系統中時，本發明的水處理劑能溶解于水中并釋放出硅酸根離子及鈉離子、硼酸根離子、鐵離子、鉬酸根離子、銀離子。此外，當投放于循環水系統中時，本發明的水處理劑的量為循環水量的3050ppm,有效期(投放一次，水處理劑保持藥效的時間)可達57個月，水循環利用率(循環水的量/(循環水的量+補充水的量))為80%以上。當將本發明的水處理劑投入循環水系統中時，隨著各元素組分在水中的漸漸溶解釋放，其能夠實現阻鈣垢、防銹、防腐蝕及殺菌的功效，其具體作用機理描述如下①.鈉離子(Na+)的釋放，與水結合反應生成氫氧化鈉NaOH，再與水中含有鈣(Ca2+)的化合物按照下列反應式進行反應Ca(HC03)2+2Na0H—Ca(OH)2(分散)+Na2C03+C02+H20CaCl2+2Na0H—Ca(OH)2(分散)+2NaClCa(HC03)2+Si02+2Na0H—CaSi03I+Na2C03+C02+H20CaCl2+Si02+2Na0H—CaSi03I+2NaCl+H20Ca(OH)2+C02—CaC03I+H20鈣元素以懸浮物形式從水中析出并被除去，水質得以軟化。因而可有效阻止換熱器管內壁受熱結碳酸鈣垢的發生。②.鉬酸根、硼酸根離子的釋放，具有在金屬管內壁表面形成緩蝕防腐的作用。③.Fe304附肌效應水與金屬接觸所產生的腐蝕，從原理上講是電化學腐蝕即“微電效應”，全程綜合水處理工作原理就是削弱并抑制原電池效應；本發明的水處理劑可將鋼管中的腐蝕產物三氧化二鐵轉換為穩態的四氧化三鐵，從而在水管內壁形成動態的負荷富態層，逐漸削弱、抑制電化學腐蝕，達到以銹制銹的效果(形成Fe304附肌效應)。④.銀離子(Ag+)的釋放，不僅能夠滅活細菌，而且從根本上抑制了菌泥的生成，從而進一步加強了除垢效果。Ag+能有效干擾細菌細胞壁正常的新陳代謝過程，使細菌很快失去活性。菌泥是污垢滋生的溫床，由于Ag+的殺菌除粘泥功效，使金屬管壁避免了污垢或粘泥堆砌下的金屬與周邊無垢、無粘泥堆砌的金屬電位差，從而消除了垢下腐蝕的可能。結合使用Ag+進行殺菌除垢，是本發明的重大突破。⑤.釋放出的硅酸根離子及鐵離子具有絮凝作用，能使處于穩定膠質態的懸浮物、細菌及空中飄浮進的雜質等脫穩并通過架橋、吸附等作用，使懸浮物凝聚成較大體積的絮狀物，得以從水中析出使水質清潔。⑥.硼酸根離子有調節水中PH的作用并對產品在水中的釋放速率起到重要的調節作用。在本發明的水處理劑中，氧化鈉的重量范圍為10-20%，此時可有效控制鈉離子的釋放率，從而能有效地從水中析出鈣鎂離子并除去它們，軟化水質，且能有效清除碳酸鈣垢。在本發明的水處理劑中，氧化硅的重量范圍為20-30%，此時氧化硅對水處理劑起到完整的骨架作用，并具有較好的絮凝水中懸浮物、清潔水質的效果。在本發明的水處理劑中，氧化硼的重量范圍為53-65%，此時氧化硼可較好地控制水處理劑釋放速率，較好地調節水中PH，并與氧化鉬釋放的鉬酸根離子形成較好的緩蝕防腐效果。在本發明的水處理劑中，氧化鐵的重量范圍為0.1_3%，此時氧化鐵具有較好的絮凝效果，并且可最大幅度地降低負面作用。在本發明的水處理劑中，氧化銀的重量范圍為0.5_5%，此時氧化銀具有最好的殺菌除垢效果并在國際上規定的安全范圍內。在本發明的水處理劑中，氧化鉬的重量范圍為0.1_5%，此時氧化鉬與氧化硼釋放的硼酸根離子形成較好的緩蝕防腐效果。圖1-1、1-2分別為1#系統和2#系統的污垢熱阻_時間曲線。圖2-1、2_2分別為1#系統和2#系統中的總鐵變化曲線，圖2_3、2_4分別為1#系統和2#系統中的Ca2+變化曲線。圖3所示為鋼管的腐蝕產物的X射線衍射圖。具體實施例方式根據本發明，制備具有如下組成的固體水處理劑配方1氧化鈉11-12%、氧化硅27.5-28.5%、氧化硼58.5-59.5%、氧化鐵0.4-0.7%、氧化銀0.9-1.2%、氧化鉬0.1-0.3%配方2氧化鈉12.5-13.5%、氧化硅25.5-26.5%、氧化硼58.5-59.5%、氧化鐵0.8-1.2%、氧化銀1.8-2.3%、氧化鉬0.7-1.2%配方3氧化鈉12.5-13.5%、氧化硅20.5-21.5%、氧化硼62.5-63.5%、氧化鐵0.4-0.7%、氧化銀2.3-2.8%、氧化鉬0.2-0.6%配方4氧化鈉15.5-16.5%、氧化硅25.5-26.5%、氧化硼53.5-54.5%、氧化鐵1.3-1.8%、氧化銀0.8-1.2%、氧化鉬1.3-1.8%對上述制備的水處理劑進行循環冷卻水系統動態模擬裝置試驗，以配方1的試驗結果為例說明本發明的效果。試驗條件(1)試驗水質南京自來水，其成份見表1(2)水流速度控制在lm/s；(3)循環水量180L/h；(4)試管材質不銹鋼，直徑和壁厚10mmX1mm；(5)掛片材質黃銅、不銹鋼；(6)進口水溫控制在32士1°C；(7)出口水溫4243°C；(8)熱介質飽和蒸汽，系統貯水量67L；(9)試驗時間15天(360小時)。(10)濃縮倍數控制在3.0士0.5，用無紡布縫制的水處理劑1#和2#(1#系統和2#系統分別掛在水泵出口處。水處理劑1#重8.3693g；水處理劑2#重8.5380g。按實驗循環水量40ppm投放水處理劑。表1動態模擬試驗的補充水水質成分<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>試驗過程試驗步驟按國家行業標準《循環冷卻水動態模擬試驗方法》進行。1、試件處理試驗管兩端車螺紋，分成4段。中間用聚四氟乙烯螺帽連接，管內用砂紙打磨光滑(無坑蝕和點蝕)；2、預膜不進行預膜。3、直接在水槽中一次性加入補充水67L；4、按水槽中水量分別一次性向1#系統中加入多功能水處理劑8.3693g，向2#系統中加入多功能水處理劑8.5380g并懸掛在水泵出口處。同時在水箱中懸掛試驗試片。5、將系統冷卻水濃縮至規定的濃縮倍數，在濃縮過程中每隔8小時測定總堿度、Cr、Ca2+、總硬度、總鐵、PH。6、濃縮至規定濃縮倍數后，按運行中控制指標進行正常補排水；運行中控制指標見表2。7、運行中分別用快速異氧菌測定片分三次測定1#、2#兩系統循環水中菌數，并與補充水的菌數比較，其結果見表5。8、試驗結束后，分別對1#、2#兩系統以及多功能水處理劑進行分析，試驗結果參見表3-6以及圖1-3。表2運行中控制指標<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>試驗中采用的計算公式為(1)腐蝕率<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中K——87.6毫米/年(常數)G——腐蝕失重(mg)A——試管面積(cm2)T——運行時間(小時)D——材質密度cm3(碳鋼——7.85、黃銅——8.65、不銹鋼-—7.92)(2)污垢粘附速率<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>式中G2-G3——沉積增量(mg)A——試管內管面積(cm2)T——運行時間(天)。表3動態模擬試驗中的試管試驗數據2007年8月3日1000——8月17日1000<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表4動態模擬試驗中的掛片試驗數據<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注試片面積28cm2表5動態模擬試驗中的細菌總數變化<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表6動態模擬試驗過程中多功能水處理劑在水中的消耗量<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>動杰試驗結果評價(1)根據表3和表4可知，本發明的水處理劑對不銹鋼的試管、不銹鋼的試片以及黃銅的試片的腐蝕率均小于國標0.005mm/a的要求。因此，我們認為該水處理劑有較好的緩蝕作用。(2)根據表3的粘附速率和圖1的污垢_熱阻曲線可知，本發明的水處理劑具有良好的阻垢能力。2個系統的污垢熱阻(分別為0.3X10_4m2.k/w與0.25X10_4m2.k/w)都比國家標準3.44X10_4m2.k/w小一個數量級。此外，使用水處理劑1#與2#的不銹鋼管的粘附速率分別為0.39mcm和0.57mcm，均遠低于中石化行業標準20mcm。由圖3中的鋼管的X射線衍射圖可知，鋼管的腐蝕產物為F304而不是碳酸鈣水垢，這說明本發明的水處理劑將鋼管中通常產生的腐蝕產物三氧化二鐵轉換為穩態的四氧化三鐵。也就是說，本發明的水處理劑在鋼管中可形成Fe304附肌效應，即在水管內壁形成動態的負荷富態層，從而可逐漸削弱、抑制電化學腐蝕，達到以銹制銹的效果。(3)根據表5可知，循環冷卻水中的細菌總數均比用作補充水的自來水中的細菌總數低2個數量級，其數值比國標中小于5X105個/ml的界限更小，由此可認為本發明的水處理劑具有較好的殺菌功能。(4)由圖2-1和2-2可看出，前期鐵離子升高很快，到后期鐵離子逐漸變小，最后處于平緩狀態。這說明，設備在早期較易腐蝕，但其在后期的腐蝕明顯減小。我們認為，設備在早期較易腐蝕是由于上述系統中的試管和試片均未預膜，表面處于活化狀態，同時開始運行時尚未達到預期濃縮倍數。因此，今后可在前期將藥劑量加大并對設備進行預膜以降低早期對設備的腐蝕。而設備在后期的腐蝕明顯減小，則說明本發明的水處理劑對設備的腐蝕具有一定的抑制效果。此外，由圖2-3和2-4中的鈣離子變化曲線可看出，隨著濃縮倍數增加，鈣離子濃度也逐步增加，到達三倍后趨于平穩，基本上無沉淀產生，這說明本發明的水處理劑具有較好的阻垢效果。(5)本發明的水處理劑在循環冷卻水中運行15天后分別消耗了49.60%和39.59%(見表6)，這說明其有效離子相應地溶解在水中。接下來，使用監測換熱器對本發明的上述循環冷卻水系統進行現場監測，以進一步說明本發明的水處理劑的效果。監測換熱器模擬現場參數監測換熱器的試驗管材質是紫銅，直徑和壁厚lOmmX1mm,進出口溫差6_7°C，流速1米/秒，濃縮倍數控制在3倍左右。由儀器箱內在線電導儀顯示，當超過濃縮倍數后可自動報警，換熱器內多余蒸汽經冷凝器冷凝后自動回到爐內，所以爐內去離子水平時很少添加。每隔10-15天用異氧菌(細菌總數)測定板測定循環冷卻水中細菌、由華東理工大學經培養2-3天后測出結果。試驗中采用的計算公式如下(1)腐蝕率銅管腐蝕率=87.6W/8.94ATmm/a(毫米/年)(3)式中W-銅管失重(mg)T_監測時間(小時)A-銅管內表面積(cm2)87.6-采用公制mm/a單位的常數(其中a代表年)8.94-銅的密度。(2)污垢粘附速率污垢粘附速率(mem)=24X30[G/(AT)]mg/cm230d(4)式中G-銅管內污垢質量(即垢重)(mg)d-天(天數)。(3)污垢熱阻Ra<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>式中r-污垢密度(g/cm3)，當污垢為水垢時，約為1.3入-垢層導熱系數(ff/mk)，通常在0.43-1.72ff/mk之間(我們采用1.00)mem-污垢粘附速率，mg/cm230d(日)。試驗結果參見表7。表7模擬試驗中的銅管換熱器試驗數據<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>根據表7中獲得的污垢粘附速率以及式(5)，計算獲得該系統的污垢熱阻為0.213X10_4m2k/w，異氧菌片細菌測試結果則表明其細菌總數為103個/ml。測試結果的評價(1)由表7可知，采用本發明的水處理劑后，銅換熱器管的腐蝕率為零，基本上沒有腐蝕，小于國家標準的要求(要求對銅管的腐蝕率小于0.005mm/a)。(2)其污垢粘附速率(mem)分別為1.167mg/cm230d和1.611mg/cm230d，遠小于新近國家標準(報批稿)的要求(要求小于15mg/cm2.30d)。按公式(5)將其換算為污垢熱阻也僅為0.213X10_4m2k/w,同樣小于國家標準3.44X10_4m2k/w十幾倍。(3)其細菌測試結果103個/ml的數值也遠小于國家標準105個/ml。上述現場監測結果表明，本發明的水處理劑具有較好的緩蝕、阻垢與殺菌效果。由于監測換熱器是安裝在被監測的系統的現場，故其水質、投加水處理劑、水溫度和熱介質的溫度、水流速、材質等均與現場系統相似，所以我們認為其測試的數據是可靠的。權利要求一種用于循環水系統的水處理劑，其是主要由氧化鈉、氧化硅、氧化銀、氧化鐵、氧化鉬和氧化硼組成的非晶態固狀物。2.如權利要求1所述的水處理劑，其特征在于，所述水處理劑是由氧化鈉、氧化硅、氧化銀、氧化鐵、氧化鉬和氧化硼組成的非晶態固狀物。3.如權利要求1或2所述的水處理劑，其特征在于，所述各組分的重量范圍為氧化鈉10-20%、氧化硅20-30%、氧化硼53-65%、氧化鐵0.1_3%、氧化銀0.5-5%、氧化鉬0.1-5%。4.如權利要求1或2所述的水處理劑，其特征在于，所述水處理劑能溶解于水中并釋放出硅酸根離子、鈉離子、硼酸根離子、鐵離子、鉬酸根離子以及銀離子。5.如權利要求1或2所述的水處理劑在循環水系統中的應用，其特征在于，投放于循環水系統中的所述水處理劑的量為循環水量的3050ppm。6.如權利要求5所述的應用，其特征在于，投放于循環水系統中的所述水處理劑的有效期為57個月。7.如權利要求5所述的應用，其特征在于，當投放于循環水系統中時，水循環利用率為80%以上。全文摘要本發明提供了一種用于循環冷卻水系統的水處理劑，其具有阻垢、緩蝕和殺菌的綜合性能。本發明的水處理劑是主要由氧化鈉、氧化硅、氧化銀、氧化鐵、氧化鉬和氧化硼組成的非晶態固狀物。當其投放于水系統中時，隨著在水中緩慢溶解釋放，使得①水中的鈣、鎂、鐵等硬度物質不斷地從水中被凝聚析出，軟化了水質，有效阻止了系統內水垢的生成；②抑制了細菌的生長及菌泥的生成，且不傷害水系統的管道；③對水環境不造成有機物和磷化合物的污染；④當投放于循環水系統中時大幅提高濃縮倍率，水循環利用率提高到80％以上達到節能減排效果；以及⑤當投放于循環水系統中時有效期長達5～7個月，且操作簡單，管理方便。文檔編號C02F5/08GK101823797SQ20101002286公開日2010年9月8日申請日期2010年1月15日優先權日2010年1月15日發明者朱佩東,顧金源,黃峰申請人:顧金源;黃峰;朱佩東