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文檔簡介
反滲透阻垢劑阻垢性能評價在反滲透脫鹽技術(shù)不斷應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)的過程中,由于水源的限制、工藝流程設(shè)計的缺陷及水處理化學(xué)添加劑的盲目選擇,致使反滲透系統(tǒng)出現(xiàn)了各種各樣的污染結(jié)垢問題,嚴(yán)重降低了反滲透設(shè)備的使用率及使用效果.其中由于使用不兼容的反滲透阻垢劑而造成的結(jié)垢情況越來越嚴(yán)重,篩選與水源兼容且阻垢效果好的阻垢劑成為使用者在選擇阻垢劑過程中的一個難題。作者通過電導(dǎo)率快速評測法對幾種不同品牌的阻垢劑進(jìn)行試驗,選擇最經(jīng)濟(jì)、適合的阻垢劑和阻垢劑投加量。反滲透技術(shù)是目前水處理脫鹽工藝中最成熟的物理脫鹽技術(shù)之一。在設(shè)計及使用過程中被越來越多地應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)中,不同用戶的水源情況及用水要求等條件的差異化,形成了不同工藝流程的反滲透水處理系統(tǒng),如果工藝設(shè)計不完善或者操作不當(dāng)以及化學(xué)添加劑與水源不兼容等情況發(fā)生時,往往會導(dǎo)致反滲透系統(tǒng)出現(xiàn)產(chǎn)水量及產(chǎn)水品質(zhì)的下降.嚴(yán)重時會導(dǎo)致反滲透系統(tǒng)中的主要元件——反滲透膜元件提前報廢,因此對反滲透膜元件的保護(hù)在整個系統(tǒng)設(shè)計及運(yùn)行過程中尤其重要。反滲透工藝屬于物理脫鹽技術(shù),原理為利用自然條件下滲透的現(xiàn)象,給原水一定壓力(大于滲透壓),通過一種由高分子有機(jī)材質(zhì)制成的具有選擇性透過的半透膜,使水分子和原水中不溶性物質(zhì)及大部分鹽類分離,鹽類及不溶性物質(zhì)會隨著淡水的透過而在進(jìn)水/濃水通道中濃縮,隨著濃縮倍數(shù)的增加,一些難溶鹽類會趨于結(jié)垢,為了防止這種結(jié)垢發(fā)生,在反滲透的進(jìn)水中往往添加一種阻垢分散劑,抑制垢類的生成。而如何選擇與水源兼容且阻垢效果好的阻垢劑成為使用者在選擇阻垢劑過程中的一個難題。通過電導(dǎo)率快速評測法對幾種不同品牌的阻垢劑進(jìn)行試驗,在一定硬度情況下,評價不同阻垢劑在同樣劑量下的阻垢效果或者同類阻垢劑在不同加藥量下的阻垢效果,本方法適用于中等硬度以下的水源。通過阻垢效果來篩選最經(jīng)濟(jì)、適合的阻垢劑和阻垢劑投加量。評估的阻垢劑為:國產(chǎn)品牌A(MW系列,聚羧酸鹽系列);進(jìn)口品牌B(標(biāo)準(zhǔn)液,聚丙烯酸鹽系列);進(jìn)口品牌C(8倍濃縮液,無機(jī)磷系列);進(jìn)口品牌D(4倍濃縮液,無機(jī)磷系列);進(jìn)口品牌E(標(biāo)準(zhǔn)液,有機(jī)磷系列)。通過對上述5種品牌的反滲透阻垢劑進(jìn)行試驗分析,探討了國內(nèi)外不同品牌的阻垢劑阻垢性能的差異。1試驗原理及方法1.1試驗原理測定溶液的電導(dǎo)率可以間接地表示水中溶解鹽類物質(zhì)的多少,當(dāng)溶液中有鹽類沉淀析出時,溶液中可導(dǎo)電的離子減少,其電導(dǎo)率會急劇下降,由此下降點(diǎn)即可計算出碳酸鈣的過飽和度。過飽和度越大,阻垢劑阻垢效果越好。2試驗儀器及試劑數(shù)字式電導(dǎo)率儀,磁力加熱攪拌器,溫度計,燒杯,滴定管,恒溫水浴。1mol/L氯化鈣溶液,0.1mol/L碳酸鈉溶液,0.1mol/L硫酸,阻垢劑A、B、C、D、E。1.3試驗方法把盛有198.4mL蒸餾水及1.0mL的1mol/L氯化鈣溶液的燒杯密封,該水硬度為5mmol/L,燒杯中加0.6mL阻垢劑使其質(zhì)量濃度為3mg/L,放人恒溫水槽中,待溫度穩(wěn)定在25^后,再用0.1mol/L的碳酸鈉溶液滴定,每次滴加一定體積(0.1mL或0.5mL,電導(dǎo)率突變點(diǎn)附近每次滴加0.1mL),待讀數(shù)穩(wěn)定1min后讀取電導(dǎo)率。在測定過程中用電磁攪拌器恒速攪拌被滴定的溶液。以消耗的0.1mol/L碳酸鈉溶液體積為橫坐標(biāo),電導(dǎo)率為縱坐標(biāo)作圖。每次測定之前用0.1mo1/L硫酸和蒸餾水沖洗電導(dǎo)率傳感器,以去除在測定過程中可能殘留的晶核以及所有微量的沉淀物,否則這些痕量沉淀會成為結(jié)品核,使得溶液電導(dǎo)率突變點(diǎn)過早出現(xiàn),導(dǎo)致試驗數(shù)據(jù)不可靠??瞻自囼灢患幼韫竸?,蒸餾水加199mL。1.4相關(guān)計算方法過飽和度的計算。對于過飽和溶液存在以下關(guān)系:KSP(CaCO3)<[Ca2+][CO32-] (1)式中:[Ca2+]——鈣離子濃度,mol/L;[CO32-]——碳酸根離子濃度,mol/L;KSP(CaCO3)——在某一溫度下碳酸鈣的溶度積常數(shù)。自然環(huán)境下的水源中,物質(zhì)的結(jié)品受多種因素的影響,通常存在一個過飽和度,只有在超過待定的過飽和度時才會產(chǎn)生沉淀。CaCO3的過飽和度S可由式(2)計算:S=[Ca2+][CO32-] (2)根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和上述計算公式可得25°C下碳酸鈣的過飽和度,計算過程如下:[Ca2+]=4.955X10-4mol/L[CO32-]=8.920X10-4mol/L[Ca2+]X[C032-]=4.420X10-7從物理化學(xué)手冊中可以查出25C時CaCO3的KSP為4.8X10-9。因此,CaCO3在試驗條件下的過飽和度S0為92。(2)相對過飽和度的計算。為了比較不同阻垢劑的阻垢效果,定義有某種阻垢劑存在時CaCO3的過飽和度SP和相同條件下無阻垢劑時CaCO3的過飽和度S0的比值為相對過飽和度Sr。Sr=SP/S02試驗結(jié)果及討論2.1電導(dǎo)率法快速評定阻垢劑阻垢性能試驗結(jié)果根據(jù)試驗結(jié)果計算出現(xiàn)沉淀時的過飽和度,比較不同阻垢劑和同種阻垢劑不同加藥量下的阻垢效果。表l為不同品牌的阻垢劑在相同的試驗條件(硬度、溫度、攪拌速度、加藥量)下,得出的不同的相對過飽和度。
叔I不同品牌的阻垢劑在加藥量為3mg/L時的試瞪.敦?fù)?jù)陽垢劑711ACE1.84,9路3,0252.04.420xio71.167x8.452xil>T7.2HIxio76.098xio?4.091xior7S催24217h152127102s.12.64i.91L651.381.11電導(dǎo)率、心■煩]i103SI25M1161112611141071表2列出了同一種阻垢劑(A)在相同的試驗條件(硬度、溫度、攪拌速度)、不同的加藥量下所得出的相對過飽和度。表2阻垢劑A在不同加藥童下的試驗-數(shù)據(jù)Nmg?L)0123456tnLi.a3.54.4相5.35.55.7%XIff7X|0?插53Xlfls1偵XI時I.2ASX葉i.302XI儼13473l)217621924226227!2EISt]L9133S2.M章52.953J0圖l為不同品牌的阻垢劑在相同加藥量條件下碳酸鈉滴加量與電導(dǎo)率的拐點(diǎn)曲線對比。圖I不同黑牌的舊垢靚左相同加藥量條件下的菠
酸鈉滴加量與如早的拐點(diǎn)曲毀對比2電導(dǎo)率法快速評定阻垢性能試驗的討論從表1、圖l可以看出:阻垢劑A在原水硬度為5mmol/L、加藥量為3mg/L時,阻垢效果為其他品牌的1.38~2.4倍。由圖l中碳酸鈉與電導(dǎo)率關(guān)系曲線的變化趨勢可以看出,在CaCO3晶體析出時,所消耗的Na2CO3的體積以國產(chǎn)品牌A的最大,為4.9mL,說明在相同的試驗水硬度及相同的加藥量情況下。阻垢劑A的阻垢效果最好,其他依次為B(Na2CO3消耗量為3.5mL)、C(Na2CO3消耗量為3.0mL)、D(Na2CO3消耗量為2.5mL)、E(Na2CO3消耗量為2.0mL)。聚羧酸鹽系列阻垢劑A的阻垢效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無機(jī)磷、有機(jī)磷及聚丙烯酸系列阻垢劑,而且這些阻垢劑在使用過程中由于阻垢效果差,會加速反滲透系統(tǒng)的濃差極化現(xiàn)象,最終形成系統(tǒng)結(jié)垢,導(dǎo)致反滲透膜元件的性能衰減,增加水處理設(shè)備的運(yùn)行成本;如用戶選擇阻垢效果差的藥劑,為達(dá)到相同阻垢分散的作用,藥劑投加量就會增大,導(dǎo)致用戶的噸水成本增加。從表2可以看出:(1)阻垢劑A在不同加藥量條件下的相對過飽和度不同,隨著加藥量的增加,相對過飽和度增加,加藥量增加到一定值時相對過飽和度出現(xiàn)下降趨勢;A在試驗水硬度為5mmol/L.加藥量為0.1?9.0mg/L的情況下,相對過飽和度(阻垢效率)處于增加狀態(tài),在加藥量達(dá)到9.0mg/L時,相對過飽和度達(dá)到最大值,也就是說阻垢劑A在試驗水硬度為5mmol/L,加藥量為9.0mg/L的情況下會起到最大的阻垢分散作用,超過9.0mg/L時,阻垢效果反而降低。(2)在反滲透阻垢劑使用過程中,要科學(xué)地選擇阻垢性能好、適用范圍廣以及綠色環(huán)保的阻垢劑,加藥量的確定應(yīng)根據(jù)不同水源的情況及阻垢劑生產(chǎn)廠家開發(fā)的阻垢劑加藥量計算軟件計算確定,并結(jié)合反滲透設(shè)計要求來最終確定經(jīng)濟(jì)合理的加藥量。3結(jié)論通過上述試驗表明,國產(chǎn)品牌的聚羧酸系列的阻垢劑A從阻垢效果上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于進(jìn)口品牌的阻垢劑(無機(jī)磷、有機(jī)磷、聚丙烯
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