新型反滲透阻垢劑動態(tài)評價方法的研究

1、Research of the dynamic evaluation method for RO inhibitorsZhu Liwei ,Qian Zhouhai ,Cao Qiuyang(Zhejiang Electric Power Test and Research Institution ,Hangzhou 310014,China 新型反滲透阻垢劑動態(tài)評價方法的研究祝酈偉,錢洲亥,曹求洋(浙江省電力試驗研究院,浙江杭州310014摘要提出一種新型“梯級加藥法”用于動態(tài)評價反滲透阻垢劑。以梯級加藥的方式提升進料水的離子含量,通過平臺期成垢離子的濃度變化判斷阻垢劑的性能。對方法的原理和

2、參數(shù)做一定的分析,并通過實驗對進口阻垢劑PTP0100、ASD200以及國內(nèi)某高校研制的#1RO 阻垢劑進行對比。試驗表明,該方法快速、簡便,在阻垢劑投加質量濃度為3mg/L 時,參與評價的阻垢劑性能高低排序依次為:#1RO 國產(chǎn)、PTP0100、ASD200。關鍵詞反滲透;阻垢劑;評價方法中圖分類號TQ082.412文獻標識碼B文章編號1005-829X (200904-0079-03Abstract :A new dynamic evaluation method named “step join ”for scale inhibitors used in reverse osmosis

3、systems is put forward.The ion -content of the feeding water is increased by the step join method.The change of scaled ion concentration are used for judging the performance of the scale inhibitor.The principle and parameters of the method is analyzed.The imported scale inhibitors PTP0100and ASD200a

4、nd China -made scale inhibitor #1RO are compared by tests.The results show that this method is rapid ,simple and convenient.When the dosage is 3mg/L ,among the three kinds of scale inhibitors ,#1RO is the best one ,and PTP0100is better than ASD200.Key words :reverse osmose ;scale inhibitor ;evaluati

5、on method3000h 和6000h ,采用給水一次通過法對反滲透上,提出一種動態(tài)評價反滲透阻垢劑的新方法梯級加藥法。結果表明,該方法能快速、簡便、有效地評價反滲透專用阻垢劑的性能。1“梯級加藥法”評價技術1.1技術原理“梯級加藥法”反滲透專用阻垢劑評價技術是一種建立在動態(tài)模擬運行基礎上的評價技術,它會使評價過程中的各項參數(shù)更接近于實際運行,比靜態(tài)評價技術更能準確反映實際情況。用于梯級加藥法評價反滲透專用阻垢劑的動態(tài)模擬實驗裝置如圖1所示。換熱器回流液原水箱原水增壓泵保安過濾器一級高壓泵反滲透膜元件圖1動態(tài)模擬實驗裝置第29卷第4期2009年4月工業(yè)水處理Industrial Water

6、 Treatment79工業(yè)水處理2009-04,29(4當需進行一項針對某阻垢劑性能評價試驗時(以測定阻CaCO3垢為例,先在試驗開始時建立系統(tǒng)的循環(huán)運行,水體介質為含有該種固定濃度阻垢劑的試驗用水,水體可采用低含鹽量的自來水或現(xiàn)場水體。待循環(huán)建立并穩(wěn)定后,測定系統(tǒng)水體的Ca2+濃度,同時將配制好的固定量對應濃度的構晶物質(CaCl2、NaHCO3均勻投加到原水箱,穩(wěn)定運行一段時間,若相關離子的濃度在一個階段內(nèi)沒有明顯變化,則進行再一次的加藥,相應的水體中構晶離子的濃度呈梯級增加。當運行至某一個階段時,系統(tǒng)中的離子濃度發(fā)生了明顯的變化,則試驗結束。發(fā)生變化時系統(tǒng)內(nèi)的構晶離子濃度即是系統(tǒng)內(nèi)該阻

7、垢劑試驗濃度下的阻垢極限值。比較各種阻垢劑同濃度下的極限構晶離子濃度值,就可以清楚得到不同阻垢劑的阻垢性能。同時也可以根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場水體含鹽量和回收率來準確選擇阻垢劑種類及最佳加藥量。這種用于動態(tài)評價反滲透專用阻垢劑的方法,我們稱之為“梯級加藥法”。1.2試驗終點判斷實驗終點的判斷總是越準確且越簡便越好,結合I.Drela等9采用的電導法評價阻垢劑性能的原理,可將原水電導率的突變作為實驗終點判斷依據(jù)。電導法的原理是當CaCO3溶液從非飽和狀態(tài)向過飽和狀態(tài)的濃縮過程中,水中導電離子濃度不斷增加,因而溶液的電導率上升,當CaCO3的過飽和度上升至某一數(shù)值之后,由于CaCO3結晶,引起結垢的導電離子濃

8、度突然減少,溶液電導率突降。電導率突降點(即最大值處所對應的過飽和度被稱為臨界過飽和度,所對應的最大電導率被稱為臨界電導率。該突降點的出現(xiàn),即可作為實驗終點。該方法普遍用于實驗室阻垢劑靜態(tài)評價,而在動態(tài)模擬裝置上,作為“梯級加藥法”的終點判斷還需實驗驗證。另一終點判斷依據(jù)是測定不同梯級時的構晶離子(Ca2+濃度和非構晶離子(Cl-的物質的量比變化得到的。由于梯級加藥加入的是CaCl2溶液,所以在減去空白水體的Ca2+和Cl-濃度后,每次加藥的n(Ca2+n(Cl-=12,而當膜表面發(fā)生CaCO3結晶后,該物質的量比則被破壞,隨著結晶的不斷形成,該物質的量比也偏離的越來越遠。所以當該物質的量比發(fā)

9、生持續(xù)偏離時,即出現(xiàn)實驗終點。1.3試驗影響因素由于“梯級加藥法”的使用前提是保持系統(tǒng)運行的恒定,再通過加藥模擬濃縮過程,來達到快速評價阻垢劑的目的,所以影響系統(tǒng)恒定運行的因素尤為關鍵。這些因素主要有反滲透系統(tǒng)運行的溫度、流量以及各個梯級的間隔時間。運行水體的溫度變化會直接影響膜的透過率和CaCO3的溶解度。故設計了冷卻裝置,以保證系統(tǒng)中循環(huán)運行的水溫恒定。給水、濃水、產(chǎn)水流量的影響通過調整高壓泵的流量和反滲透回收率加以統(tǒng)一、恒定運行。各梯級的間隔時間的確定主要以一個周期內(nèi)系統(tǒng)基本混勻為前提。筆者根據(jù)泵的流量和實際水容積估算出一次循環(huán)的耗用時間,并通過測定濃度及導電率變化情況確保在該時間間隔內(nèi)

10、,系統(tǒng)內(nèi)水體能充分混勻,由此得到系統(tǒng)在加藥后到混勻的時間。例如:當水容積為300L,給水泵流量為1200L/h,則一次循環(huán)需時15min。從離子濃度變化和在線電導率表計上也能體現(xiàn)出來,在不存在結垢的情況下,加藥后系統(tǒng)運行15min后濃度變化和電導率變化基本穩(wěn)定。因此設定梯級加藥間隔時間為20min,在此情況下能保證加藥后的混勻。在接近終點時可根據(jù)需要每10min測試一個數(shù)據(jù),平均一個加藥周期至少需測試23個數(shù)據(jù)。2實驗部分2.1實驗方法在動態(tài)模擬實驗裝置中,加入含鹽量低的自來水作為循環(huán)水體并建立循環(huán),測定空白水體的Ca2+和Cl-濃度。在空白水體中加入3mg/L的預評阻垢劑,混合均勻。系統(tǒng)總水

11、量300L,控制給水泵流量1200L/h,梯級加藥時間間隔為20min。每次梯級加藥使系統(tǒng)Ca2+和HCO3-質量濃度增加量設定為50 mg/L。每次梯級加藥前測定系統(tǒng)的構晶離子Ca2+和非構晶離子Cl-的濃度,發(fā)現(xiàn)有終點出現(xiàn)跡象時延長該梯級實驗時間,等終點跡象更為明顯時,結束本次實驗。待系統(tǒng)清洗復原后再進行另一種藥劑的重復實驗。整個實驗筆者選用了目前業(yè)內(nèi)應用較廣的3種反滲透阻垢劑,分別為有機磷系阻垢劑PTP0100、無磷阻垢劑ASD200和一種國內(nèi)某高校研制的有機磷系阻垢劑#1RO。實驗溫度均控制在2528。2.2結果與討論根據(jù)“梯級加藥法”的實驗流程,筆者得到了3種預評藥劑的不同阻垢性能對

12、比。結果見圖2圖4。圖2圖4中,Ca2+濃度和電導率值均按實際測定值錄入,Cl-濃度增量值通過式(1計算:Y i=(X i-X0/35.5/2(1分析與監(jiān)測80工業(yè)水處理2009-04,29(4作者簡介祝酈偉(1979,2002年畢業(yè)于武漢大學,工程碩士,主要從事電站水處理及相關技術的研究。電話:135*,E -mail :wwlyz 。收稿日期2009-01-16(修改稿765432Ca 2+Cl -電導率2500200015001000電導率/(S ·c m -1C a 2+、C l -濃度增量值/(m m o l ·L -1取樣測試次序圖2PTP0100阻垢評價結果2

13、34567891011取樣測試的次序Ca 2+Cl -電導率800電導率/(S ·c m -1圖3ASD200阻垢評價結果87654321234567891011取樣測試的次序Ca 2+Cl -電導率30002500200015001000電導率/(S ·c m -1圖4#1RO 阻垢劑阻垢評價結果表1阻垢劑耐受Ca 2+質量濃度比較阻垢劑最大耐受Ca 質量濃度/(mg ·L PTP0100200ASD200150#1RO 阻垢劑250注:Ca 2+質量濃度已減去空白值。祝酈偉,等:新型反滲透阻垢劑動態(tài)評價方法的研究式中:Y i Cl -濃度增量值,mmol/L

14、;X i 實測Cl -質量濃度,mg/L ;X 0未開始梯級加藥時的空白水體Cl -質量濃度,mg/L 。由于加入了CaCl 2,所以系統(tǒng)中的實際n (Ca 2+n (Cl -=12,為使終點各曲線偏離趨勢的判斷更為直觀,式(1的計算中將Cl -的濃度增量進行了除以2的處理。根據(jù)終點判斷理論,3種阻垢劑分別在梯級加藥試驗過程中的第10次(圖2、第5次(圖3和第9次(圖4出現(xiàn)了明顯折線斜率偏離(與非構晶離子Cl -的曲線斜率比,表明該點水體電導率和Ca 2+濃度都開始發(fā)生了突變,故該點即為實驗終點。從圖2圖4可以看出,不同阻垢劑的最大Ca 2+質量濃度耐受程度是有顯著差別的,如表1所示。由此可以

15、快速判斷3種阻垢劑在質量濃度為3mg/L 時的阻垢效果,#1RO 阻垢劑阻CaCO 3垢的效果優(yōu)于PTP0100,而PTP0100又優(yōu)于ASD200。實驗中單個實驗耗時僅為3h 。動態(tài)實驗結論與同期所做的實驗室靜態(tài)實驗結論一致。因此采用“梯級加藥法”可以快速、準確評價反滲透專用阻垢劑。3結語“梯級加藥法”用于反滲透專用阻垢劑的評價經(jīng)實驗論證是可行的。該方法單次實驗耗時短,操作簡便,可快速評價一種反滲透阻垢劑的性能,同時也可以獲得反滲透在固定回收率運行下的最佳加藥量,優(yōu)化反滲透系統(tǒng)的運行。通過“梯級加藥法”對3種反滲透阻垢劑進行評價,得到國產(chǎn)#1RO 阻垢劑性能優(yōu)于PTP0100,PTP0100

16、又優(yōu)于ASD200。參考文獻1周柏青,徐厚道,李芹,等.反滲透系統(tǒng)專用阻垢劑的評價方法J .華北電力技術,2005(4:43-45.2Butt F H ,Rahman F ,D uruthamal U ,et al .Pilot plant evaluation ofadvanced vs conventional scale inhibitor for RO d esalination J .Desalination ,1995,103(2:189-198.3Al-Shammiri M ,Safar M ,Al-Dawas M .Evaluation of two differentanti

17、scalants in real operation at the Doha research plant J .Desali-nation ,2000,128(1:1-16.4Hasson D ,Drak A ,Semiat R .Inception of CaSO 4scaling on ROmembranes at various water recovery levels J .Desalination ,2001,139(1:73-81.5Pervov A G .A simplified RO process design based on understand-ing of fouling mechanisms J .Desalination ,1999,126(1-3:227-247.6周偉生,呂勇,齊登谷.反滲透膜用阻垢劑的實驗室評價J .工業(yè)水處理,2005,25(11:16-18.7Dark A ,Glucina K ,Busch M ,et al .Laboratory technique forpredicting the scaling propensity of RO feed waters J .Desalina-tion ,200