使用铈盐抑制水系统中的锰沉积技术方案

本发明专利技术公开了在含水体系中控制锰沉积的方法，该方法包括在含水体系中引入含铈组合物和任选另一种沉积物控制剂。还公开了含铈组合物，该组合物增进通常用于水处理应用中的聚合物分散剂和膦酸类的锰稳定性能。还公开了可以抑制沉积物控制剂的氧化分解的含铈组合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术根据35 U.S.C.§119(e)要求在2003年9月22日提交的在先U.S.临时专利申请No.60/504,855的优先权，在此引入它的全部内容作为参考。
技术介绍
本专利技术涉及用于最小化由含水体系中锰沉积引起的结垢的特定组合物和方法。更具体地，本专利技术涉及适合于使锰对氧化稳定的沉积物控制剂和化学水处理。已经对在管道和自来水厂中由锰沉积引起的结垢关注了一段时间，并且它继续影响目前的供水。在冷却水系统中的锰沉积降低了耐腐蚀性、降低了热交换器效率并且降低了杀菌剂的性能。通过增加的燃料消耗、更频繁和深入的清洁、较高的化学处理成本、以及在一些情况下，部件替换的巨大投资费用，锰沉积的不利影响给电力工业造成相当大的成本。除冷却水系统之外，锰沉积可以发生在其它的各种含水体系中，包括饮用水分配系统、污水处理厂、游泳池、洗衣店、装瓶工厂、空气洗涤器和洗车处。问题涉及管道和喷嘴的腐蚀和阻塞以及生锈、变色和不良味道。由锰沉积形成的粘结物和时常地粗沉积物会不利地影响传热、引起磨损和降低泵唧效率。锰沉淀的去除往往需要侵蚀性的补救技术，如酸浸法和机械清洁法。在水系统中，由于在锰沉积物和下面的金属表面之间由电耦合所引起的电化学效应的组合，锰增进了凹坑和裂隙腐蚀。流电作用(galvanic action)的影响将改变阳极或惰性(noble)方向中的金属腐蚀电位，促进钝化膜被击穿和局部腐蚀。对不锈钢来说该影响是最严重的，而且发生在黄铜和其它的铜合金上。不锈钢或铜合金腐蚀与锰沉积有关的美国地区包括北维吉尼亚、俄亥俄州河谷、中缅因州、东内布拉斯加州、南卡罗莱纳州和墨西哥湾岸区。由于往往在大多数商业和住宅供水中锰的含量低或探测不到，因此对锰结垢的关注一般不及与钙、二氧化硅或铁相关的关注。然而许多表面和地下水具有造成显著结垢威胁的锰含量。在由上述水供给的系统中锰沉积的腐蚀和其它的副作用可以导致设备修理和更换费用大大超过与更普遍的矿物结垢相关的成本。锰在含氧的、中性-到-碱性水中的沉积是由可溶解的二价锰氧化成不溶于水的锰氧化物和氢氧化合物所引起的。该不溶解的、较高化合价的锰化合物被不严格地分类并且简单称为二氧化锰或MnO2。当含锰的水暴露于通常用来消毒水体系的卤素、臭氧或其它化学氧化剂时，可以形成MnO2。另外，可以通过在全球表面和地下水中天然生长的多种微生物产生MnO2。微生物的反应以高效方式清除锰，使包含仅仅20ppb溶解锰的水能在仅仅几天时间内沉淀可见的MnO2沉淀物。可以将控制锰沉积的方法分类为1)锰去除法或2)锰稳定法。一般通过化学氧化随后过滤来从水源中去除溶解锰。该氧化/过滤方法使用高锰酸盐、二氧化氯、氯、臭氧或其它的氧化剂以使可溶性锰转变成不溶解的MnO2，随后沉降或者过滤固体物质。在除去铁和锰两者以及降低水系统中的有机碳含量和减少卤素需要的方面，化学氧化是卓有成效的。然而，高的资金和操作成本，加上侵蚀性氧化剂遗留的风险使这些方法对许多应用来说是不能实行的。由于锰空气氧化的动力学非常慢，通常用于去除铁的喷淋池和通风室在除去锰方面是无效的。另一方面，通过使用化学物质来阻止MnO2颗粒的形成和生长，实现对锰的稳定化。为了这个目的，沿用已久的是在饮用水系统中使用多磷酸盐。锰多磷酸盐络合物的形成抑制沉积。通过连接至颗粒表面上活性位点处并防止在此处生长，阈抑制剂如膦酸衍生物用于将颗粒MnO2保持在胶体的、更易分散的状态下。以组合方式，聚合物分散剂(包括聚丙烯酸酯和多官能共聚物)用来分散该胶体MnO2并且防止它的聚集和沉降。通过增大锰的氧化速率，并且，对于卤素，通过直接分解该抑制剂和分散剂分子，卤化和碱性pH降低了阈抑制剂/聚合物稳定技术的有效性。由于存在争夺该阈抑制剂(threshold inhibitor)和该分散剂二者的高含量的坚固物体、淤泥、铁或其它悬浮固体，同样降低了该处理方法的效力。此外，由膦酸盐/聚合物处理单独提供的锰沉积控制水平具有上限，超过该上限，膦酸盐/聚合物增加的剂量或浓度不会产生增加的锰控制。在具有相对高总量的锰和/或在高浓度循环下运转的水系统中，有效性的上限尤其是有问题的。锰(II)与氯的反应可以通过将Mn(II)吸附在生长的MnO2表面上来加速，MnO2作为用于进一步氧化的催化剂。这个“自身催化”作用改进了除锰体系的效率；然而，它不利地影响了使溶解锰对卤素的氧化稳定的尝试。由于痕量的溶解锰的微生物氧化而在表面上形成的MnO2作为“播种”更进一步的化学MnO2沉积的活性物质。该种子可以在可能不另外支持化学锰氧化的条件下导致MnO2沉积。因此，化学水处理的目的是使锰对卤素氧化稳定以致该氧化剂可用于抑制微生物生长而没有产生锰化学淀积的风险。在锰性能和铈性能之间可能存在相关性。例如，在海水中由于铈的存在可以抑制锰的氧化。该观察结果涉及通过自然氧化过程而导致二氧化锰的形成。铈也变成了重要的腐蚀研究的焦点，作为可能的且优选的腐蚀抑制剂来代替有毒的铬化合物。都不涉及由化学氧化所引起的锰沉积的抑制。可以使用具有金属离子包括铈离子(即，具有+4氧化态的铈)的膦酸衍生物来抑制水系统中的腐蚀和防垢，而没有说明对锰的控制，并且更进一步，没有教导使用铈来防止由于氧化性化学物质而产生的锰的氧化。因此，需要控制由通常在水系统中用于微生物控制和卫生的卤素化合物所引起的锰的化学氧化。同样需要提高迄今由广泛使用的沉积物控制剂提供的锰沉积的控制水平。进一步需要控制由于暴露于氯和其它卤素化合物而引起的有机添加剂(如聚合物和膦酸盐添加剂)的降解。
技术实现思路
因此，本专利技术的特征是提供一种适合于使锰对化学氧化稳定的含铈组合物。本专利技术的另一个特征是提供一种含铈组合物，该组合物适合于提高沉积物控制剂在控制锰沉积方面的有效性。本专利技术更进一步的特征是提供一种含铈组合物，该组合物适合于提供对氯的稳定。在下列说明书中部分地阐明本专利技术的其他特征和优点，并且部分地从该说明书中是显然的，或可以由本专利技术的实施而认识到。本专利技术的目的和其它的优点可以借助于在说明书和权利要求书中特别指出的要素和组合来实现和获得。为了获得这些和其它的优点，并且根据这里所体现的和广泛描述的本专利技术的目的，本专利技术涉及一种在包含锰的含水体系中控制锰沉积的方法，该方法一般包括将有效量的至少一种含铈组合物引入该含水体系中。该方法任选包括除该包含铈的组成之外在含水体系中使用至少一种沉积物控制剂。本专利技术进一步涉及一种含铈组合物，该组合物包括铈(III)。应该理解，上述概述和下列详述都仅仅是示范性的和说明性的，并且意图提供对本专利技术的进一步说明，如权利要求书所述。并入和构成本申请的一部分的附图示例本专利技术的一些实施方案，并且与说明书和权利要求书一起解释本专利技术的原理。附图说明图1是表示锰稳定化试验的图表，它显示了在起初将铈添加到含水体系之后作为时间的函数的锰和氯的浓度。图2是表示锰稳定化试验的图表，它显示了作为含水体系中的铈含量的函数的锰抑制率。图3是表示在公用冷却水试验中锰稳定化试验的图表，它显示了作为时间的函数的锰的增加百分比。具体实施例方式根据本专利技术，一种在含锰的含水体系中控制锰沉积的方法包括在含水体系中引入有效量的至少一种含铈组合物。该方法任选包括除含铈组合物之外在含水体系中使用至少一种沉积物本文档来自技高网...

【技术保护点】
在含锰的含水体系中控制锰沉积的方法，包括向所述含水体系中引入有效量的至少一种含铈组合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦恩H迪金森，
申请(专利权)人：巴科曼实验室国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]