[其他]膦酸钙水垢的抑制

说明书

大多数工业水含有碱土金属阳离子，例如：钙、钡、镁等，和几种阴离子，例如碳酸氢盐、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、氟化物等。当这些阳离子和阴离子结合起来的浓度超过它们的反应产物的溶解度时，就形成了沉淀，直至不再超过这些产物的溶解度为止。例如，当钙和碳酸根的离子积超过碳酸钙的溶解度时，将形成一种固相碳酸钙。

超过溶度积的浓度是出于各种原因，例如水相的部分蒸发，PH值、压力或温度的变化，以能与现存溶液中的离子形成不溶性化合物的另外的离子的引入。

由于这些反应产物在载水系统的表面上析出，它们形成了水垢或沉淀。这种水垢或沉淀的积累妨碍了有效的热传递，干挠了流体的流动，促进了腐蚀的进程，并且藏匿了细菌。这种水垢在许多工业水系统中，例如在冷却塔中冷却水系统的再循环，是一个花费很高的问题，这是因为水垢造成了清除它而耽误时间和停车检修。

盐水的脱盐可利用可逆渗透来完成。在其最简单的形式中，渗透是使用一种对水半渗透、但对某些溶盐不渗透的膜。若使用半渗透膜从盐溶液中分离纯水，则纯水将通过膜流到盐溶液一侧，直至达到渗透平衡。但是，如果向盐溶液施加正压以克服渗透压，则流动将成为可逆，并且水通过膜从盐溶液流向纯水一侧。这就是可逆渗透所指的内容。

在可逆渗透的水净化系统中，在高压下不纯的水被泵入与膜接触的系统中。产品水为95-99%的无溶解矿物质。

可逆渗透系统的持续能力取决于是否渗透膜保持在不堵塞的条件下。该系统经受的关键问题是水垢的沉淀堵塞渗透膜。因此，理想的是通过降低穿过可逆渗透系统的水流中的水垢沉淀，以防止水垢积累或延长渗透膜变化的时间。

过去，在水的处理中已添加第一种抑制水垢的化后物，以抑制水垢，特别是碳酸钙的沉淀。这样第一种抑制水垢的化合物的例子包括氨基膦酸和膦酸酯、二膦酸、膦酰基烷三羧酸、多磷酸、多醇磷酸酯、马来酐共聚物、丙烯酸聚合物等等。虽然上述第一种抑制水垢的化合物可以是碳酸钙水垢的优良的水垢抑制剂，但在水处理、特别是冷却水和可逆渗透系统遇到的条件下，它们可形成不溶性沉淀。所形成的不溶性沉淀是水垢抑制剂的钙盐，即膦酸钙类，它们是在常用量的第一种水垢抑制剂的浓度下形成的。

本发明是关于含钙离子的水介质的处理方法，该方法包括加入一种最低限制抑制有效量的、对碳酸钙水垢的沉淀具有抑制作用的第一种膦酸盐水垢抑制剂和一种最低限度抑制有效量的、在水介质中与钙反应形成不溶性磷酸钙的沉淀具有抑制作用的第二种水垢抑制剂。本发明还涉及组合物本身和向含钙离子的水介质中添加第二种水垢抑制剂和第一种膦酸盐水垢抑制剂，以抑制或降低不溶性膦酸钙的沉淀。

过去，已通过加入第一膦酸盐水垢抑制剂来抑制水系统中某些水垢的沉淀。碳酸钙就是一种这样的水垢的例子。但是，曾发现在某些条件下，第一种水垢抑制剂与水中钙反应并形成不溶性膦酸钙。这是不合要求的，因为不溶性膦酸钙构成进一步的水垢问题，而且第一种水垢抑制剂的减少，引起了其它水垢的加速形成，所以还要抑制这些水垢的沉淀。

本发明是针对水介质的处理，以抑制或降低在足够高的浓度的第一膦酸盐水垢抑制剂的存在下形成的不溶性膦酸钙的沉淀。将第一磷酸盐抑制剂加入到水介质中，以抑制形成水垢的盐（如碳酸钙）的沉淀。但是当过量的第一种水垢抑制剂在一定条件下存在时，不溶性膦酸钙形成，并从溶液中析出。在有高含量的钙的存在下，不溶性膦酸钙的沉淀还发生在这种条件下，它促使不溶性膦酸钙在含有第一种膦酸盐水垢抑制剂的水介质中形成。显然，由于第一种水垢抑制剂反应形成不溶性膦酸钙，所以该水垢抑制剂的减少可导致迅速形成第一种抑制剂旨在消除其它水垢，例如碳酸钙。

除非抑制，否则不溶性膦酸钙盐在水介质中析出，而且是冷却水和淡化工艺中的问题的一个来源。如前所述，在冷却塔和蒸馏中，膦酸钙沉积在热交换器表面，由此产生了水垢沉淀伴随而来的问题。在用可逆渗透的淡化工艺中，膦酸钙可沉积在半透膜上，因而需要过早地被除去并清理半透膜。

这里，膦酸钙的利害关系在于它是通过在水中钙与第一种膦酸盐水垢抑制剂的膦酸盐反应形成的不溶于水的盐。这种盐的一个例子是羟亚乙基二膦酸、或具有下式的HEDP的膦酸钙：

HEDP的膦酸钙盐是这样一种钙盐，它的一个或多个膦酸基上的氢被钙原子所取代。