Композиция для предотвращения кислой микробиологической коррозии воды, способ обработки воды и способ утилизации промышленных вод, содержащих аммонийный азот

Композиция для предотвращения кислой микробиологической коррозии воды, способ обработки воды и способ утилизации промышленных вод, содержащих аммонийный азот

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к составу композиции для предотвращения кислой микробиологической коррозии и методам обработки и утилизации воды с помощью этой композиции.

Предлагаемое изобретение может быть использовано в очистке промышленных сточных вод или воды водооборотных систем, содержащих кислотоустойчивые формы бактерий (микроорганизмов), вызывающих кислую микробиологическую коррозию,

Известно применение ингибиторов нитрификации, в частности 1-карбамоил-3(5)-метилпиразола, 1-гидроксиметил-3(5)-метилпиразола, 4-амино-1,2,4-триазола, в качестве препаратов селективного действия, подавляющих процессы нитрификации в почве, предотвращая, тем самым, накопление в почве окисленных форм азота [1].

Недостатком известных ингибиторов нитрификации является то, что в случае их использования в воде они не предотвращают накопления окисленных форм азота, вызывающих кислую микробиологическую коррозию и, следовательно, не обладают эффективным действием в подавлении жизнедеятельности кислотоустойчивых форм микроорганизмов в водных средах.

Известна композиция для предотвращения кислой микробиологической коррозии воды, включающая органический азотсодержащий компонент.

В качестве органического азотсодержащего компонента используют хлоргидрат N-фенил-N(в-диэтиламиноэтил)-амида-ди-(п-фторфенил)-гликолевой кислоты.

Композицию используют в виде водного раствора органического азотсодержащего компонента с концентрацией 10-50 мг в литре раствора.

Подавление жизнедеятельности кислотоустойчивых форм микроорганизмов достигают периодическим введением композиции в водную среду при ее концентрации 10 мг/л через 6 часов и 50 мг/л через 24 часа [2].

Известная композиция является эффективной только по отношению к кислотоустойчивым тионовым и серобактериям и не подавляет жизнедеятельности кислотоустойчивых форм микроорганизмов-нитрификаторов (нитрифицирующих бактерий) родов Nitrosospira, Nitrosococcus, Nitrosolobus, Nistrosomonas и, следовательно, не уменьшает степень их коррозионного действия.

Микроорганизмы-нитрификаторы в процессе своей жизнедеятельности подкисляют среду и создают благоприятные условия для протекания окислительных процессов, создавая агрессивность среды и вызывая тем самым усиленную кислую микробиологическую коррозию.

Причиной усиления микробиологической коррозии является присутствие в водной среде или попадание в водную среду аммиака, карбамида или другого аммоний-иона (аммонийного азота). Микроорганизмы-нитрификаторы окисляют аммиак до нитритов и нитратов, идет процесс закисления водной среды с продуцированием протонов и снижением значения рН среды - первая стадия нитрификации. При кислых значениях рН среды резко увеличивается скорость кислой микробиологической коррозии.

В основу изобретения поставлена задача создания композиции для предотвращения кислой микробиологической коррозии воды, в которой путем изменения качественного и количественного состава известной композиции обеспечивается возможность подавления жизнедеятельности микроорганизмов-нитрификаторов, вызывающих биохимическое окисление аммиака и закисление водной среды, обуславливающего увеличение скорости кислой микробиологической коррозии.

Поставленная задача решается тем, что известная композиция для предотвращения кислой микробиологической коррозии воды, включающая органический азотсодержащий компонент, согласно предлагаемому изобретению дополнительно включает органический комплексообразователь, а в качестве органического азотсодержащего компонента композиция включает ингибитор нитрификации при следующем соотношении компонентов, моль:

ингибитор нитрификации: органический комплексообразователь=(1-5): (5-1).

Поставленная задача решается тем, что в качестве органического комплексообразователя композиция включает лимонную кислоту; фосфоновые кислоты или их производные, например оксиэтилидендифосфоновую кислоту, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, аминоалканфосфоновую кислоту, алкандифосфоновую кислоту с количеством углеродных атомов в алкане от 1 до 6; аминокислоты, например аминоуксусную кислоту или ее производные, например этилендиаминтетрауксусную кислоту, или их водорастворимые соли.

Поставленная задача решается также тем, что в качестве ингибитора нитрификации композиция включает ингибитор нитрификации триазольного ряда, например 4-амино-1,2,4-триазол, и/или пиразольного ряда, например 3(5)-метилпиразол.

Поставленная задача решается тем, что используют водный раствор композиции с содержанием 2-20 маc.%, лучше 5-10 маc.%.

Технический результат предлагаемого состава композиции заключается в подавлении жизнедеятельности микроорганизмов-нитрификаторов в водной среде.

Преимуществом предлагаемой композиции является то, что в водной среде она обладает эффективным избирательным действием по отношению к микроорганизмам-нитрификаторам при небольших уровнях ее дозировки.

По сравнению с композицией-прототипом использование предлагаемой композиции обеспечивает снижение скорости кислой микробиологической коррозии в водных средах, содержащих аммонийный азот, аммиак и/или карбамид, до нормативной величины 0,1 мм в год (0,07-0,12) мм/год.

Следующим преимуществом предлагаемой композиции по сравнению с прототипом является снижение расхода композиции с 10-50 до 25 мг/л и периодичности ввода композиции в водную среду с двухразовой дозировки через каждые 6-24 часа до одноразовой дозировки в 10-30 суток. Таким образом, общий расход композиции снижается более чем в 20 раз.

Опытно-промышленными исследованиями установлено, что технический результат предлагаемого состава композиции достигается только при совместном сочетании в заявленных соотношениях ингибитора нитрификации и органического комплексообразователя.

Использование только одного или нескольких ингибиторов нитрификации, в частности заявленных в предлагаемом изобретении ингибиторов нитрификации 4-амино-1,2,4-триазола, и/или 3(5)-метилпиразола, самих по себе широко известных для подавления нитрификации в почве [1], в случае их использования в водной среде не обеспечивает эффективного действия в подавлении жизнедеятельности микроорганизмов-нитрификаторов. Это обусловлено тем, что в водной среде ингибиторы нитрификации легко взаимодействуют с оксидным железом, находящимся на поверхности оборудования, образуя в результате такого взаимодействия комплексные соединения, что снижает эффективность действия ингибиторов нитрификации в отношении подавления жизнедеятельности микроорганизмов-нитрификаторов и вызывает необходимость значительного увеличения расхода ингибиторов.

В целях обеспечения избирательного действия ингибиторов нитрификации в отношении подавления жизнедеятельности микроорганизмов-нитрификаторов в водной среде в предлагаемом изобретении ингибиторы нитрификации используют в сочетании с органическими комплексообразователями. Исследования показали, что в водной среде органические комплексообразователи, взаимодействуя с оксидным железом, образуют с ним комплексные соединения более прочные, чем комплексные соединения оксидного железа с ингибиторами нитрификации, сохраняя при этом молекулы ингибиторов нитрификации свободными и обеспечивая тем самым избирательность их действия в водной среде в отношении подавления жизнедеятельности микроорганизмов-нитрификаторов.

Предлагаемая композиция включает ингибитор нитрификации и органический комплексообразователь в мольном соотношении (1-5): (5-1).

В качестве органического комплексообразователя, образующего прочные комплексы с ионами железа, используют лимонную кислоту; фосфоновые кислоты или их производные, например оксиэтилидендифосфоновую кислоту, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, аминоалканфосфоновую кислоту, алкандифосфоновую кислоту с количеством углеродных атомов в алкане от 1 до 6; аминокислоты, например аминоуксусную кислоту или ее производные, например этилендиаминтетрауксусную кислоту, или их водорастворимые соли.

В качестве ингибитора нитрификации используют ингибиторы нитрификации триазольного ряда, например 4-амино-1,2,4-триазол, и/или пиразольного ряда, например 3(5)-метилпиразол.

Для практического использования композиции готовят водный раствор композиции с содержанием 2-20 маc.%, лучше 5-10 маc.%.

Предлагаемая композиция поясняется примером 1 приготовления композиции.

Пример 1. Для приготовления композиции в виде водного раствора используют 3(5)-метилпиразол с молекулярной массой 82,1, выпускаемый в соответствии с ТУ 6-21-19-1-83 в виде светло-коричневой или светло-желтой жидкости с пиридиноподобным запахом; лимонную кислоту, выпускаемую в соответствии с ГОСТ 908-79, с молекулярной массой равной 210,14, и воду.

В емкость для приготовления композиции заливают 1 литр воды, затем добавляют 50 г 3(5)-метилпиразола и 120 г лимонной кислоты. Перемешивают и получают водный раствор композиции с мольным соотношением 1:1, концентрацией ~15 маc.%. Эффективность композиции исследуют в процессе обработки воды, вызывающей кислую микробиологическую коррозию, описанном в примере 2.

Известен также способ обработки воды, вызывающей кислую микробиологическую коррозию, включающий дозировку в воду ингибитора кислой микробиологической коррозии.

В качестве ингибитора коррозии используют хлоргидрат N-фенил-N(в-диэтиламиноэтил)-амида-ди-(n-фторфенил)-гликолевой кислоты в виде его водного раствора с концентрацией 10-50 мг в литре раствора.

Подавление жизнедеятельности кислотоустойчивых форм микроорганизмов достигают периодическим введением водного раствора ингибитора в водную среду при концентрации 10-50 мг/л с периодом ввода соответственно 6-24 часа. [2].

Известный способ не решает проблему защиты воды от кислой микробиологической коррозии, обусловленной закислением воды в результате жизнедеятельности микроорганизмов-нитрификаторов в водных средах, содержащих аммонийный азот и продукты его нитрификации - окисленные формы азота - нитриты и нитраты.

Это обусловлено избирательным действием известного ингибитора в отношении подавления жизнедеятельности только тионовых и серобактерий, устойчивых в кислой среде.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа обработки воды, вызывающей кислую микробиологическую коррозию, в котором путем изменения условий известного способа, в частности использования определенного вещества, обеспечивается возможность подавления жизнедеятельности микроорганизмов-нитрификаторов.

Поставленная задача решается тем, что в известеном способе обработки воды, вызывающей кислую микробиологическую коррозию, включающем дозировку в воду ингибитора кислой микробиологической коррозии, согласно предлагаемому изобретению в качестве ингибитора кислой микробиологической коррозии используют композицию, включающую ингибитор нитрификации и органический комплексообразователь при следующем соотношении компонентов, моль:

ингибитор нитрификации: органический комплексообразователь=(1-5):(5-1).

В качестве органического комплексообразователя используют лимонную кислоту; фосфоновые кислоты или их производные, например оксиэтилидендифосфоновую кислоту, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, аминоалканфосфоновую кислоту, алкандифосфоновую кислоту с количеством углеродных атомов в алкане от 1 до 6; аминокислоты, например аминоуксусную кислоту или ее производные, например этилендиаминтетрауксусную кислоту, или их водорастворимые соли.

В качестве ингибитора нитрификации используют ингибитор нитрификации триазольного ряда, например 4-амино-1,2,4-триазол, и/или пиразольного ряда, например 3(5)-метилпиразол.

Используют водный раствор композиции с содержанием 2-20 мас.%, лучше 5-10 мас.%. Поставленная задача решается также тем, что композицию дозируют в воду периодически - один раз в 10-30 суток.

Технический результат предлагаемого способа заключается в подавлении жизнедеятельности микроорганизмов-нитрификаторов в водной среде.

Предлагаемый способ является эффективньм в снижении кислой микробиологической коррозии в водных средах, содержащих аммиак, карбамид, аммонийный азот и продукты нитрификации - окисленные формы азота - нитриты и нитраты.

По сравнению со способом-прототипом использование предлагаемого способа в водных средах, содержащих аммонийный азот, обеспечивает снижение скорости коррозии до нормативной величины 0,1 мм в год (0,07-0,12) мм/год.

Следующим преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом является снижение расхода композиции более чем в 20 раз и удобство ее использования - один раз в 10-30 суток.

Преимуществом предлагаемого способа является также увеличение межремонтного пробега оборудования в несколько раз за счет снижения скорости кислой микробиологической коррозии.

Преимуществом предлагаемого способа является также сохранение в допустимых пределах аммонийного азота, соли которого стабилизирует уровень рН, не обладают сильными коррозионными свойствами и не образуют отложений на поверхности трубопроводов и другого оборудования.

Предлагаемый способ включает стадию периодической дозировки в водную среду композиции для предотвращения кислой микробиологической коррозии, включающей ингибитор нитрификации и органический комплексообразователь при мольном соотношении (1-5):(5-1):

В качестве органического комплексообразователя, образующего прочные комплексы с ионами железа, используют лимонную кислоту; фосфоновые кислоты или их производные, например оксиэтилидендифосфоновую кислоту, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, аминоалканфосфоновую кислоту, алкандифосфоновую кислоту с количеством углеродных атомов в алкане от 1 до 6; аминокислоты, например аминоуксусную кислоту или ее производные, например этилендиаминтетрауксусную кислоту, или их водорастворимые соли. В качестве ингибитора нитрификации используют ингибитор нитрификации триазольного ряда, например 4-амино-1,2,4-триазол, и/или пиразольного ряда, например 3(5)-метилпиразол.

Используют водный раствор композиции с содержанием 2-20 мас.%, лучше 5-10 мас.%.

Композицию дозируют в воду периодически - один раз в 10-30 суток.

Предлагаемый способ поясняется конкретным примером 2 осуществления способа.

Пример 2. В оборотную воду, содержащую аммиак до 100 мг/л, нитраты 7-100 мг/л и нитриты 7-10 мг/л, периодически дозируют водный раствор композиции, изготовленной по примеру 1. В воду подают оптимальную дозу композиции из расчета 25 г на 1 м³ физического объема воды. Эту концентрацию поддерживают в течение первых 12-24 часов. По истечении 20 суток дозировку композиции повторяют.

В результате действия композиции скорость коррозии стали снижается с 0,15-0,17 до 0,07-0,12 мм/год, рН воды увеличивается с 6,0 до 7,5-8,2 и стабилизируется. Концентрация окисленных форм аммиака - нитритов и нитратов - снижается до 1-5 мг/л.

Известен способ подпитки системы оборотного водоснабжения путем ввода в систему оборотного водоснабжения добавочной воды, специально подготовленной для подпитки системы оборотного водоснабжения [3].

Недостатком способа является его высокая стоимость, обусловленная необходимостью специальной подготовки воды путем ее очистки и умягчения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ утилизации промышленных вод, содержащих аммонийный азот, путем их использования в качестве добавочной воды для подпитки систем оборотного водоснабжения. [4].

В качестве промышленных вод, содержащих аммонийный азот, используют, например, или сточные воды производства карбамида, и/или технологический конденсат производства водорода или аммиака; и/или биохимически очищенные сточные воды, содержащие аммонийный азот и/или продукты его нитрификации - окисленные формы азота - нитриты и нитраты.

Недостатком способа является усиленная кислая микробиологическая коррозия оборудования, обусловленная наличием в воде микроорганизмов-нитрификаторов и больших количеств аммиака, легко окисляемого микроорганизмами-нитрификаторами до нитритов и нитратов, вызывающих закисление воды и усиленный рост кислотоустойчивых форм микроорганизмов-нитрификаторов.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача усовершенствования известного способа утилизации промышленных вод, в котором путем введения дополнительного вещества обеспечивается возможность подавления жизнедеятельности микроорганизмов-нитрификаторов.

Эта задача решается тем, что, в известном способе утилизации промышленных вод, содержащих аммонийный азот, путем их использования в качестве добавочной воды для подпитки систем оборотного водоснабжения, согласно предлагаемому изобретению, подпитку систем оборотного водоснабжения осуществляют при периодической дозировке композиции для предотвращения кислой микробиологической коррозии, включающей ингибитор нитрификации и органический комплексообразователь при мольном соотношении (1-5):(5-1).

В качестве органического комплексообразователя используют лимонную кислоту; фосфоновые кислоты или их производные, например оксиэтилидендифосфоновую кислоту, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, аминоалканфосфоновую кислоту, алкандифосфоновую кислоту с количеством углеродных атомов в алкане от 1 до 6; аминовые кислоты, например аминоуксусную кислоту или ее производные, например этилендиаминтетрауксусную кислоту, или их водорастворимые соли.

В качестве ингибитора нитрификации используют ингибитор нитрификации триазольного ряда, например 4-амино-1,2,4-триазол, и/или пиразольного ряда, например 3(5)-метилпиразол.

Используют водный раствор композиции с содержанием 2-20 мас.%, лучше 5-10 мас.%.

Поставленная задача решается тем, что композицию дозируют в водную среду периодически - один раз в 10-30 суток.

Поставленная задача решается также тем, что в качестве промышленных вод для подпитки систем оборотного водоснабжения, используют например, сточные воды производства карбамида и/или технологический конденсат производства водорода или аммиака, и/или биохимически очищенные сточные воды, содержащие аммонийный азот и/или продукты его нитрификации - окисленные формы азота - нитриты и нитраты.

Технический результат предлагаемого способа заключается в подавлении жизнедеятельности микроорганизмов-нитрификаторов, вызывающих кислую микробиологическую коррозию в водной среде.

Преимуществом предлагаемого способа утилизации промышленных вод является снижение кислой микробиологической коррозии с 0,17-0,15 мм/год до 0,07-0,13 мм/год.

Преимуществом предлагаемого способа является низкий расход композиции и удобство ее использования - один раз в 10-30 суток.

Следующим преимуществом предлагаемого способа является увеличение межремонтного пробега оборудования в несколько раз за счет снижения скорости кислой микробиологической коррозии.

Еще одним преимуществом предлагаемого способа является также сохранение в допустимых пределах аммонийного азота, соли которого стабилизируют уровень рН, не обладают сильными коррозионными свойствами и не образуют отложений на поверхности трубопроводов и другого оборудования.

Предлагаемый способ утилизации включает стадию дозирования в воду системы оборотного водоснабжения одной или нескольких промышленных вод, содержащих аммонийный азот, путем их использования как добавочной воды для подпитки систем оборотного водоснабжения, и стадию периодической дозировки в воду композиции для предотвращения кислой микробиологической коррозии, включающей ингибитор нитрификации и органический комплексообразователь при соотношении компонентов, моль: ингибитор нитрификации: органический комплексообразователь =(1-5):(5-1). Используют водный раствор композиции с содержанием 2-20 мас.%, лучше 5-10 мас.%. Композицию дозируют периодически - один раз в 10-30 суток.

Предлагаемый способ поясняется конкретньм примером осуществления способа.

Пример 3. Для подпитки водооборотной системы в нее вводят добавочную воду - сточные воды производства карбамида с содержанием аммиака 100 мг/л и карбамида 10 мг/л. После ввода такой подпиточной воды оборотная вода системы содержит аммиак и нитриты по 100 мг/л, нитраты 2,5 мг/л. В оборотную воду периодически вводят водный раствор композиции для предотвращения кислой микробиологической коррозии, включающей ингибитор нитрификации - 3(5)метилпиразол и лимонную кислоту в мольном соотношении 1:1, из расчета 25 г композиции на 1 м³ физического объема воды. Такую концентрацию поддерживают в течение первых 12-24 часов. Через 20 суток ввод композиции повторяют из расчета 25 г на м³ физического объема воды водооборотной системы при условии поддержания этой концентрации в течение первых 12-24 часов.

Процесс применения композиции отслеживают по показателям оборотной воды “нитриты, нитраты, аммиак” и “значение рН”. После введения композиции содержание нитритов и нитратов в воде снижается до 0,2 и 0,5 мг/л соответственно, аммиака до 100 мг/л. РН воды повышается с 6 до 8,4. Уровень коррозии стали снижается с 0,15-0,17 мм/год до 0,07-0,12 мм/год.

Источники информации

1. Ю.А.Бунятян. Микробиологические аспекты влияния ингибиторов нитрификации на самоочищающую способность почвы. Гигиена населенных мест, выпуск 37, Киев 2000 г., Минздрав Украины, Украинский научный гигиенический центр, с.609-614.

2. А.С. СССР №916421, C 02 F 1/50, опубл. 30.03.82, БИ 12 (прототип).

3. Ф.И.Белан. Водоподготовка, Госэнергоиздат, M.-Л., 1963 г, с.164-254.

4. А.В.Иванов, И.В.Бойко, Б.Н.Шукайло, А.В.Талалай, П.В.Коломциец. Повышение уровня эксплуатации теплообменного оборудования. Журнал Оборудование и инструмент для профессионалов. Водоочистка, №10, 2002 г., с.46-49 (прототип).

1. Композиция для предотвращения кислой микробиологической коррозии воды, включающая органический азотсодержащий компонент, отличающаяся тем, что она дополнительно включает органический комплексообразователь, а в качестве органического азотсодержащего компонента композиция включает ингибитор нитрификации при следующем соотношении компонентов, в молях: ингибитор нитрификации : органический комплексообразователь = (1-5):(5-1).

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве органического комплексообразователя композиция включает лимонную кислоту, фосфоновые кислоты или их производные, например оксиэтилидендифосфоновую кислоту, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, аминоалканфосфоновую кислоту, алкандифосфоновую кислоту с количеством углеродных атомов в алкане от 1 до 6; аминокислоты, например аминоуксусную кислоту или ее производные, например этилендиаминтетрауксусную кислоту, или их водорастворимые соли.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве ингибитора нитрификации композиция включает ингибитор нитрификации триазольного ряда, например 4-амино-1,2,4-триазол, и/или пиразольного ряда, например 3(5)-метилпиразол.

4. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что используют водный раствор композиции с содержанием 2-20 мас.%, лучше 5-10 мас.%.

5. Способ обработки воды, вызывающей кислую микробиологическую коррозию, включающий дозировку в воду ингибитора кислой микробиологической коррозии, отличающийся тем, что в качестве ингибитора кислой микробиологической коррозии используют композицию по пп.1-4.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что композицию дозируют в воду периодически - один раз в 10-30 суток.

7. Способ утилизации промышленных вод, содержащих аммонийный азот, путем их использования в качестве добавочной воды для подпитки систем оборотного водоснабжения, отличающийся тем, что подпитку систем оборотного водоснабжения осуществляют при периодической дозировке композиции для предотвращения кислой микробиологической коррозии по пп.1-4.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве промышленных вод для подпитки систем оборотного водоснабжения используют например сточные воды производства карбамида, и/или технологический конденсат производства водорода или аммиака, и/или биохимически очищенные сточные воды, содержащие аммонийный азот и/или продукты его нитрификации - окисленные формы азота - нитриты и нитраты.

9. Способ по пп.7 и 8, отличающийся тем, что композицию дозируют в систему оборотного водоснабжения периодически - один раз в 10-30 суток.