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反渗透阻垢剂阻垢性能评价方法

反渗透阻垢剂阻垢性能评价方法

反渗透阻垢剂阻垢性能评价方法概述

反渗透技术是目前水处理脱盐工艺中最成熟的物理脱盐技术之一。在设计及使用过程中被越来越多地应用到工业化生产中,不同用户的水源情况及用水要求等条件的差异化,形成了不同工艺流程的反渗透水处理系统,如果反渗透阻垢剂,循环水阻垢剂工艺设计不完善或者操作不当以及化学添加剂与水源不兼容等情况发生时,往往会导致反渗透系统出现产水量及产水品质的下降.严重时会导致反渗透系统中的主要元件——反渗透膜元件提前报废,因此对反渗透膜元件的保护在整个系统设计及运行过程中尤其重要。

反渗透工艺属于物理脱盐技术,原理为利用自然条件下渗透的现象,给原水一定压力(大于渗透压),通过一种由高分子有机材质制成的具有选择性透过的半透膜,使水分子和原水中不溶性物质及大部分盐类分离,盐类及不溶性物质会随着淡水的透过而在进水/浓水通道中浓缩,随着浓缩倍数的增加,一些难溶盐类会趋于结垢,为了防止这种结垢发生,在反渗透的进水中往往添加一种阻垢分散剂,抑制垢类的生成。而如何选择与水源兼容且阻垢效果好的阻垢剂成为使用者在选择阻垢剂过程中的一个难题。

安徽西能环保化工有限公司通过电导率快速评测法对几种不同品牌的阻垢剂进行试验,在一定硬度情况下,评价不同阻垢剂在同样剂量下的阻垢效果或者同类阻垢剂在不同加药量下的阻垢效果,本方法适用于高硬度及中等硬度的水源,非常适用苏鲁豫皖地区。

通过阻垢效果来筛选最经济、适合的阻垢剂和阻垢剂投加量。以下试验评估的阻垢剂为: A(MW系列,聚羧酸盐系列);牌B(标准液,聚丙烯酸盐系列) C(8倍浓缩液,无机磷系列) D(4倍浓缩液,无机磷系列) E(标准液,有机磷系列)。通过对上述5种品牌的反渗透阻垢剂进行试验分析,判断不同品牌的阻垢剂阻垢性能的差异。

反渗透阻垢剂阻垢性能评价方法试验原理及方法

11  试验原理

测定溶液的电导率可以间接地表示水中溶解盐类物质的多少,当溶液中有盐类沉淀析出时,溶液中可导电的离子减少,其电导率会急剧下降,由此下降点即可计算出碳酸钙的过饱和度。过饱和度越大,阻垢剂阻垢效果越好。

12试验仪器及试剂

数字式电导率仪,磁力加热搅拌器,温度计,烧杯,滴定管,恒温水浴。

1 molL氯化钙溶液,01 molL碳酸钠溶液,01molL硫酸,阻垢剂ABCDE

13试验方法

(1)把盛有1984mL蒸馏水及10mL1 molL氯化钙溶液的烧杯密封,该水硬度为5 mmolL,烧杯中加06 mL阻垢剂使其质量浓度为3 mgL,放人恒温水槽中,待温度稳定在25后,再用01 molL的碳酸钠溶液滴定,每次滴加一定体积(01 mL05 mL,电导率突变点附近每次滴加01 mL),待读数稳定1 min后读取电导率。在测定过程中用电磁搅拌器恒速搅拌被滴定的溶液。

(2)以消耗的01 molL碳酸钠溶液体积为横坐标,电导率为纵坐标作图。每次测定之前用01 mo1L硫酸和蒸馏水冲洗电导率传感器,以去除在测定过程中可能残留的晶核以及所有微量的沉淀物,否则这些痕量沉淀会成为结晶核,使得溶液电导率突变点过早出现,导致试验数据不可靠。

(3)空白试验不加阻垢剂,蒸馏水加199 mL

14相关计算方法

(1)过饱和度的计算。

对于过饱和溶液存在以下关系:

KSP(CaCO3)<[Ca2+][CO32-]    (1)

式中:[Ca2+]——钙离子浓度,molL

[CO32-]——碳酸根离子浓度,molL

KSP(CaCO3)——在某一温度下碳酸钙的溶度积常数。

自然环境下的水源中,物质的结晶受多种因素的影响,通常存在一个过饱和度,只有在超过待定的过饱和度时才会产生沉淀。CaCO3的过饱和度S可由式(2)计算:

S  [Ca2+] [CO32-]     (2)

根据试验数据和上述计算公式可得25下碳酸钙的过饱和度,计算过程如下:

[Ca2+]=4955×10-4 molL

[CO32-]=8920×10-4 molL

[Ca2+]×[C032-]=4420×10-7

从物理化学手册中可以查出42CaCO3KSP48×10-9。因此,CaCO3在试验条件下的过饱和度S092

(2)相对过饱和度的计算。

为了比较不同阻垢剂的阻垢效果,定义有某种阻垢剂存在时CaCO3的过饱和度SP和相同条件下无阻垢剂时CaCO3的过饱和度S0的比值为相对过饱和度Sr

Sr=SP/ S0

反渗透阻垢剂阻垢性能评价方法试验结果及讨论

21  电导率法快速评定阻垢剂阻垢性能试验结果

根据试验结果计算出现沉淀时的过饱和度,比较不同阻垢剂和同种阻垢剂不同加药量下的阻垢效果。

l为不同品牌的阻垢剂在相同的试验条件(硬度、温度、搅拌速度、加药量)下,得出的不同的相对过饱和度。

反渗透阻垢剂阻垢性能评价方法

2列出了同一种阻垢剂(A)在相同的试验条件(硬度、温度、搅拌速度)、不同的加药量下所得出的相对过饱和度。

反渗透阻垢剂阻垢性能评价方法

l为不同品牌的阻垢剂在相同加药量条件下碳酸钠滴加量与电导率的拐点曲线对比。

反渗透阻垢剂阻垢性能评价方法

22  电导率法快速评定阻垢性能试验的讨论

从表1、图l可以看出:

(1)阻垢剂A在原水硬度为5 mmolL、加药量为3 mg/L时,阻垢效果为其他品牌的138~24倍。

(2)由图l中碳酸钠与电导率关系曲线的变化趋势可以看出,在CaCO3晶体析出时,所消耗的Na2CO3的体积以国产品牌A的最大,为49 mL,说明在相同的试验水硬度及相同的加药量情况下。阻垢剂A的阻垢效果最好,其他依次为B(Na2CO3消耗量为35 mL)C(Na2CO3消耗量为30 mL)D(Na2CO3消耗量为25 mL)E(Na2CO3消耗量为20 mL)

(3)聚羧酸盐系列阻垢剂A的阻垢效果远远大于无机磷、有机磷及聚丙烯酸系列阻垢剂,而且这些阻垢剂在使用过程中由于阻垢效果差,会加速反渗透系统的浓差极化现象,最终形成系统结垢,导致反渗透膜元件的性能衰减,增加水处理设备的运行成本;如用户选择阻垢效果差的药剂,为达到相同阻垢分散的作用,药剂投加量就会增大,导致用户的吨水成本增加。

从表2可以看出:

(1)阻垢剂A在不同加药量条件下的相对过饱和度不同,随着加药量的增加,相对过饱和度增加,加药量增加到一定值时相对过饱和度出现下降趋势;A在试验水硬度为5 mmolL.加药量为0190 mgL的情况下,相对过饱和度(阻垢效率)处于增加状态,在加药量达到90 mgL时,相对过饱和度达到最大值,也就是说阻垢剂A在试验水硬度为5mmolL,加药量为90 mgL的情况下会起到最大的阻垢分散作用,超过90 mgL时,阻垢效果反而降低。

(2)在反渗透阻垢剂使用过程中,要科学地选择阻垢性能好、适用范围广以及绿色环保的阻垢剂,加药量的确定应根据不同水源的情况及阻垢剂生产厂家开发的阻垢剂加药量计算软件计算确定,并结合反渗透设计要求来最终确定经济合理的加药量。

结论

(1)通过上述试验表明,国产品牌的聚羧酸系列的阻垢剂A从阻垢效果上已远远大于进口品牌的阻垢剂(无机磷、有机磷、聚丙烯酸)A的阻垢效率为其他品牌的l3824倍。

(2)反渗透阻垢剂的加药量应根据水源情况和阻垢剂生产厂家开发的阻垢剂加药量计算软件计算并通过反渗透设计要求进行投加,过多的投加只会给水处理使用者增加吨水运行成本,造成不必要的浪费,过少的投加以及使用阻垢性能低的产品,会对反渗透造成结垢污染情况,增加反渗透设备的运行负担,增加反渗透使用者的设备投资成本及运行成本。

 

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