申請(qǐng)日2013.10.24
公開(公告)日2017.03.22
IPC分類號(hào)C02F5/12
摘要
本發(fā)明公開了一種水處理藥劑組合物，該水處理藥劑組合物含有具有阻垢緩蝕作用的氨基酸、殺菌作用的氨基糖苷類抗生素以及協(xié)同氨基酸和抗生素起增效作用的酶。本發(fā)明還公開了該水處理藥劑組合物在水處理中的應(yīng)用。該藥劑組合物的性能評(píng)估結(jié)果表明，阻碳酸鈣垢性能的阻垢率大于99%，動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)的腐蝕速率為0.025mm/a，72h異養(yǎng)菌菌數(shù)最少可到2.1×102個(gè)/ml。該水處理藥劑用量低不含磷，阻垢能力強(qiáng)，緩蝕性能好，殺菌效果優(yōu)良且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。
權(quán)利要求書
1.一種水處理藥劑組合物，其特征在于，該組合物含有氨基酸、氨基糖苷類抗生素和酶;相對(duì)于100重量份的所述氨基酸，所述氨基糖苷類抗生素的含量為1-30重量份，所述酶的含量為10-120重量份;所述酶為纖維素酶、溶菌酶、脂肪酶、蛋白質(zhì)酶、淀粉酶、多糖酶和殼多糖酶中的至少一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，相對(duì)于100重量份的所述氨基酸，所述氨基糖苷類抗生素的含量為2.5-25重量份，所述酶的含量為20-90重量份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合物，其中，所述氨基酸為甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、鳥氨酸、賴氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、組氨酸、色氨酸、脯氨酸和羥脯氨酸中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合物，其中，所述氨基酸為甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、精氨酸、蘇氨酸和半胱氨酸中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合物，其中，所述氨基糖苷類抗生素為鏈霉素、慶大霉素、卡那霉素、妥布霉素、丁胺卡那霉素、新霉素、核糖霉素、小諾霉素和阿斯霉素中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合物，其中，所述氨基糖苷類抗生素為鏈霉素、慶大霉素和卡那霉素中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述酶為纖維素酶、溶菌酶和淀粉酶中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合物，其中，所述組合物不含磷。
9.權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的水處理藥劑組合物在水處理過程中的應(yīng)用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其中，相對(duì)于待處理的水，所述氨基酸的有效濃度為2-20mg/L，所述氨基糖苷類抗生素的有效濃度為0.1-2mg/L，所述酶的有效濃度為0.2-15mg/L。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應(yīng)用，其中，相對(duì)于待處理的水，所述氨基酸的有效濃度為4-15mg/L，所述氨基糖苷類抗生素的有效濃度為0.2-1.2mg/L，所述酶的有效濃度為1-6mg/L。
說明書
一種水處理藥劑組合物及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種水處理藥劑組合物，以及該組合物在水處理過程中的應(yīng)用。
背景技術(shù)
隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，全球性水資源匱乏及水質(zhì)污染問題已經(jīng)嚴(yán)峻地?cái)[在人們面前。國(guó)內(nèi)城市工業(yè)用水占城市用水總量的80%左右，而工業(yè)冷卻水的用量約占工業(yè)用水的2/3，在石油石化行業(yè)中的冷卻水用量所占比例更大，約占工業(yè)水用水量的80%-90%，因此節(jié)約工業(yè)冷卻水是十分必要的。合理利用水處理藥劑來提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)，即解決了節(jié)能節(jié)水的能源問題又解決了減少排污、排放達(dá)標(biāo)的環(huán)保問題。
目前，常用的阻垢分散劑主要有聚磷酸鹽、有機(jī)膦酸鹽、聚羧酸鹽和天然分散劑;常用的緩蝕劑包括無(wú)機(jī)金屬系緩蝕劑(如鉻酸鹽、鋅鹽、鉬酸鹽和鎢酸鹽等)、無(wú)機(jī)磷酸鹽系緩蝕劑(如三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉等)和有機(jī)緩蝕劑(如有機(jī)膦酸、有機(jī)胺和有機(jī)羧酸等);常用的殺菌劑包括有氯劑、季銨鹽類藥劑、溴類藥劑和有機(jī)氮硫類藥劑等。但是，隨著社會(huì)的進(jìn)步和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，磷污染已經(jīng)引起廣泛地關(guān)注。以目前國(guó)內(nèi)外常用的有機(jī)膦酸型緩蝕阻垢劑為例，磷排放將引起周圍水域的營(yíng)養(yǎng)化而可能造成“赤潮”。在歐美、日本等一些國(guó)家，已提出了禁磷措施，如德國(guó)要求磷排放≤1mg·L-1。因此，無(wú)磷水處理藥劑的應(yīng)用將是今后水處理行業(yè)的發(fā)展方向。
CN102674571A公開了一種在水性體系中抑制結(jié)垢的方法，其中阻垢劑由氨基酸烷基膦酸組成。氨基酸部分可以由α組氨基酸或者在羧基與胺基之間至少具有兩個(gè)或更多碳原子的氨基酸物種表示。但是該類阻垢劑除氨基酸烷基膦酸阻垢劑外，多膦酸也會(huì)起到抑制結(jié)垢的作用。
US5478476A公開了一種N-雙膦�；谆被峒捌湓诳刂乒I(yè)工藝水中碳酸鈣結(jié)垢中的應(yīng)用。特定的化合物是N-雙膦�；谆被幔∟,N-雙膦�；谆�-L-谷氨酸、N,N-雙膦�；谆�-L-絲氨酸和N,N,N’,N’-雙膦�；谆�-L-賴氨酸。該賴氨酸以氨基自由基上帶有一個(gè)膦�；谆奈镔|(zhì)為代表。以上兩個(gè)發(fā)明均屬于含磷藥劑，在國(guó)家對(duì)環(huán)境要求越來越高的情況下，這種產(chǎn)品會(huì)逐步會(huì)被無(wú)磷藥劑所替代，且發(fā)明僅限于阻垢作用，不能起到緩蝕和殺菌作用。
US6238621B1發(fā)明的緩蝕劑是由至少一種(a)氨基酸或(b)其鹽，至少一種芳基三唑化合物組成。該類型的緩蝕劑在pH6-12的水溶液中具有明顯的緩蝕作用，但并不兼具阻垢緩蝕殺菌效果。
US4936994A發(fā)明混合使用幾種酶，尤其是纖維素酶、α-淀粉酶和蛋白酶，復(fù)合酶中含有2份纖維素酶、1份淀粉酶和l份蛋白酶。用量至少為80ppm對(duì)廢水進(jìn)行處理，使內(nèi)表面上粘泥得到消解并使內(nèi)表面保持無(wú)粘泥狀態(tài)的方法。其酶的用量至少為80ppm，用量較高，存在酶被轉(zhuǎn)化成為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的可能，造成二次污染。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種新的水處理藥劑組合物，將該水處理藥劑組合物用于水處理過程中可以獲得較好的阻垢、緩蝕和殺菌的效果。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述水處理藥劑組合物在水處理過程中的應(yīng)用。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種水處理藥劑組合物，其中，該組合物含有氨基酸、氨基糖苷類抗生素和酶。
本發(fā)明還提供了上述水處理藥劑組合物在水處理過程中的應(yīng)用。
根據(jù)本發(fā)明所述的水處理藥劑組合物，通過將氨基酸、氨基糖苷類抗生素和酶配合使用，使得該組合物在應(yīng)用于水處理過程時(shí)可以獲得較好的殺菌、緩蝕和阻垢效果，具體地，阻垢率較高、腐蝕速率較小、殺菌能力較強(qiáng)以及殺菌持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
以下對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
本發(fā)明提供了一種水處理藥劑組合物，該組合物含有氨基酸、氨基糖苷類抗生素和酶。
根據(jù)本發(fā)明的水處理藥劑組合物，其中，將所述氨基酸、氨基糖苷類抗生素和酶配合就能應(yīng)用于水處理中，達(dá)到較好的阻垢、緩蝕和殺菌的效果，但是優(yōu)選情況下，該組合物的配比為，相對(duì)于100重量份的所述氨基酸，所述氨基糖苷類抗生素的含量為1-30重量份，所述酶的含量為10-120重量份。更優(yōu)選情況下，相對(duì)于100重量份的所述氨基酸，所述氨基糖苷類抗生素的含量為2.5-25重量份，所述酶的含量為20-90重量份。
根據(jù)本發(fā)明的水處理藥劑組合物，其中，所述氨基酸具有阻垢和緩蝕性能，主要是由于氨基酸分子中具有堿性氨基和酸性羧基兩種基團(tuán)，利用氨基酸分子中該兩種基團(tuán)在水溶液中與金屬離子形成絡(luò)合物，從而降低水溶液中Ca2+及其他金屬離子的含量。同時(shí)氨基酸有一定的凝聚和分散作用，能使結(jié)晶在生長(zhǎng)過程中發(fā)生晶格歪曲，使得生成的垢層是軟垢，易被水沖刷掉。另外氨基酸分子中S、N上有孤對(duì)電子與Fe空軌道形成表面配合物而吸附到金屬表面，形成了一層致密的吸附膜從而有效地阻止金屬的腐蝕，大大降低了金屬的腐蝕速度。因此，本發(fā)明的組合物中所述氨基酸并沒有特別限定，可以為本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的氨基酸的一種或多種，在優(yōu)選情況下，所述氨基酸為甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、鳥氨酸、賴氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、組氨酸、色氨酸、脯氨酸和羥脯氨酸中的至少一種，更優(yōu)選為甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、精氨酸、蘇氨酸和半胱氨酸中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的水處理藥劑組合物，其中，所述氨基糖苷類抗生素通過抑制或破壞細(xì)菌細(xì)胞壁的合成、與細(xì)胞膜相互作用、干擾蛋白質(zhì)的合成等途徑達(dá)到殺菌的目的。因此，本發(fā)明的組合物中所述氨基糖苷類抗生素并沒有特別限定，只要為具有上述殺菌性能的本領(lǐng)域公知的氨基糖苷類抗生素即可。在優(yōu)選情況下，所述氨基糖苷類抗生素為鏈霉素、慶大霉素、卡那霉素、妥布霉素、丁胺卡那霉素、新霉素、核糖霉素、小諾霉素和阿斯霉素中的至少一種，更優(yōu)選為鏈霉素、慶大霉素和卡那霉素中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的水處理藥劑組合物，其中，所述酶可以與氨基酸和抗生素協(xié)同使用，以便增強(qiáng)阻垢、緩蝕和殺菌的作用。因此，本發(fā)明的組合物中所述酶并沒有特別限定，只要能夠與氨基酸和抗生素協(xié)同使用，增強(qiáng)水處理時(shí)阻垢、緩蝕和殺菌作用即可，在優(yōu)選情況下，所述酶為纖維素酶、溶菌酶、脂肪酶、蛋白質(zhì)酶、淀粉酶、多糖酶和殼多糖酶中的至少一種，更優(yōu)選為纖維素酶、溶菌酶和淀粉酶中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述水處理藥劑組合物不含磷，也即所述水處理藥劑組合物不包含常規(guī)的磷系緩蝕劑和/或磷系緩蝕阻垢劑。在該優(yōu)選實(shí)施方式中，所述氨基酸具有阻垢和緩蝕的作用，所述酶與所述氨基酸協(xié)同使用又可以增強(qiáng)阻垢和緩蝕的作用，因此，該水處理藥劑組合物不僅可以獲得較好的阻垢和緩蝕性能，而且還避免了傳統(tǒng)水處理藥劑大量使用含有磷元素的藥品作為阻垢緩蝕劑而造成環(huán)境污染的缺陷。
在本發(fā)明中，所述水處理藥劑組合物還可以含有水。所述水處理藥劑組合物中的水含量可以根據(jù)常規(guī)的水處理藥劑的濃度而確定。當(dāng)所述水處理藥劑組合物含有水時(shí)，所述水處理藥劑組合物優(yōu)選以水溶液的形式存在，該水溶液的濃度可以為水處理過程中的水處理藥劑的實(shí)際應(yīng)用濃度，也可以為比實(shí)際應(yīng)用濃度更濃的濃度，并且在實(shí)際應(yīng)用過程中稀釋至相應(yīng)的應(yīng)用濃度。
本發(fā)明還提供了上述水處理藥劑組合物在水處理過程中的應(yīng)用。
在上述應(yīng)用過程中，所述水處理藥劑組合物可以以各種有效濃度應(yīng)用于水處理中，優(yōu)選情況下，相對(duì)于待處理的水中，所述氨基酸的有效濃度為2-20mg/L，所述氨基糖苷類抗生素的有效濃度為0.1-2mg/L，所述酶的有效濃度為0.2-15mg/L。優(yōu)選情況下，相對(duì)于待處理的水中，所述氨基酸的有效濃度為4-15mg/L，所述氨基糖苷類抗生素的有效濃度為0.2-1.2mg/L，所述酶的有效濃度為1-6mg/L。由于該水處理藥劑組合物的各個(gè)有效組分之間的協(xié)同效應(yīng)，使得在待處理的水中，各個(gè)有效成分的有效濃度都相對(duì)較低。
在上述應(yīng)用過程中，所述水處理藥劑組合物適合處理的水可以為各種常規(guī)的工業(yè)循環(huán)冷卻水，其中的Ca2+硬度和堿度之和可以為1000mg/L以下，例如200-1000mg/L，此時(shí)pH值在7-10的范圍內(nèi)。
以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
在以下實(shí)施例和對(duì)比例中，阻碳酸鈣垢性能試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)、異養(yǎng)菌數(shù)測(cè)定試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)分別根據(jù)以下方法測(cè)定：
(1)阻碳酸鈣垢性能試驗(yàn)
阻碳酸鈣垢性能試驗(yàn)是根據(jù)GB/T16632-2008《水處理劑阻垢性能的測(cè)定-碳酸鈣沉積法》的方法來測(cè)定本發(fā)明的水處理藥劑組合物的阻垢性能。
具體過程如下：
向Ca2+濃度為600mg/L，堿度為600mg/L的試驗(yàn)用水中加入藥劑，再于80±1℃恒溫水浴內(nèi)保溫10h，冷卻后取樣分析水中剩余Ca2+的濃度，同時(shí)做空白樣，并計(jì)算阻垢率。
阻垢率計(jì)算公式為：
C：實(shí)測(cè)Ca2+的濃度
C0：空白樣的Ca2+的濃度
(2)旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)
旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)是根據(jù)GB/T18175-2000《水處理劑緩蝕性能的測(cè)定-旋轉(zhuǎn)掛片法》的方法來測(cè)定本發(fā)明的水處理藥劑組合物的緩蝕性能。具體過程如下：
將20#優(yōu)質(zhì)碳鋼試片固定在掛片儀上，放入加有藥劑的試驗(yàn)用水中，恒定溫度40±1℃，保持轉(zhuǎn)速75rpm旋轉(zhuǎn)72小時(shí)，記錄試驗(yàn)前后試片的重量，計(jì)算平均腐蝕速度。
平均腐蝕速度計(jì)算公式為：
C：計(jì)算常數(shù)，以mm/a(毫米/年)為單位時(shí)，C=8.76×107
△W：試件的腐蝕失重(g)
A：試件的面積(cm2)
T：腐蝕試驗(yàn)時(shí)間(h)
ρ：試件材料的密度(kg/m3)
(3)異養(yǎng)菌數(shù)測(cè)定試驗(yàn)
異養(yǎng)菌數(shù)測(cè)定試驗(yàn)是根據(jù)HG/T4027-2011《工業(yè)冷卻循環(huán)水異養(yǎng)菌菌數(shù)測(cè)定-平皿計(jì)數(shù)法》的方法來測(cè)定本發(fā)明的水處理藥劑組合物的殺菌性能。
具體過程如下：
將水處理藥劑加入到試驗(yàn)水中(需要調(diào)節(jié)pH值的用2%質(zhì)量濃度的氫氧化鈉調(diào)節(jié)到指定數(shù)值)，每隔1h、4h、8h、24h、48h、72h取樣做異養(yǎng)菌數(shù)測(cè)定，同時(shí)做空白對(duì)比樣。
異養(yǎng)菌測(cè)定方法如下：取試驗(yàn)用水1，在無(wú)菌室內(nèi)采用原水10倍稀釋技術(shù)，將試驗(yàn)用水稀釋到適宜的倍數(shù)，并將相應(yīng)稀釋倍數(shù)的水樣接種到培養(yǎng)皿中。然后將無(wú)菌培養(yǎng)基灌入培養(yǎng)皿中，與水樣混合均勻，等培養(yǎng)基凝固后倒置放在29±1℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72±4h。培養(yǎng)后，取出培養(yǎng)皿，選擇那些具有30-300個(gè)菌落的培養(yǎng)皿進(jìn)行計(jì)數(shù)，將菌落數(shù)乘以相應(yīng)稀釋培數(shù)即為該水樣的異養(yǎng)菌數(shù)。
(4)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)
動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)是根據(jù)HG/T2160-2008《冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)方法》的方法來測(cè)定本發(fā)明的水處理藥劑組合物用于模擬循環(huán)水現(xiàn)場(chǎng)的水處理的效果。具體過程如下：
為了模擬循環(huán)水現(xiàn)場(chǎng)情況，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)。用年腐蝕速率B(mm/a)和粘附速率mcm(mg/cm3)來進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體的計(jì)算公式如下：
年腐蝕速率計(jì)算公式為：
K：3.65ⅹ106
G：試管腐蝕后減少的質(zhì)量(g)
T：試驗(yàn)運(yùn)行的時(shí)間(d)
A：試管腐蝕面積(cm2)
D：金屬密度(g/cm3)
粘附速率計(jì)算公式：
G1：試驗(yàn)管試驗(yàn)后的質(zhì)量(mg)
G2：試驗(yàn)管去除污垢的質(zhì)量(mg)
A：試驗(yàn)管內(nèi)表面的面積(cm2)
T：試驗(yàn)時(shí)間(d)
