新型反滲透阻垢劑動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)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(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法的研究祝酈偉,錢(qián)洲亥,曹求洋(浙江省電力試驗(yàn)研究院,浙江杭州310014摘要提出一種新型“梯級(jí)加藥法”用于動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)反滲透阻垢劑。以梯級(jí)加藥的方式提升進(jìn)料水的離子含量,通過(guò)平臺(tái)期成垢離子的濃度變化判斷阻垢劑的性能。對(duì)方法的原理和

2、參數(shù)做一定的分析,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)進(jìn)口阻垢劑PTP0100、ASD200以及國(guó)內(nèi)某高校研制的#1RO 阻垢劑進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)表明,該方法快速、簡(jiǎn)便,在阻垢劑投加質(zhì)量濃度為3mg/L 時(shí),參與評(píng)價(jià)的阻垢劑性能高低排序依次為:#1RO 國(guó)產(chǎn)、PTP0100、ASD200。關(guān)鍵詞反滲透;阻垢劑;評(píng)價(jià)方法中圖分類(lèi)號(hào)TQ082.412文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章編號(hào)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(guò)法對(duì)反滲透上,提出一種動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)反滲透阻垢劑的新方法梯級(jí)加藥法。結(jié)果表明,該方法能快速、簡(jiǎn)便、有效地評(píng)價(jià)反滲透專(zhuān)用阻垢劑的性能。1“梯級(jí)加藥法”評(píng)價(jià)技術(shù)1.1技術(shù)原理“梯級(jí)加藥法”反滲透專(zhuān)用阻垢劑評(píng)價(jià)技術(shù)是一種建立在動(dòng)態(tài)模擬運(yùn)行基礎(chǔ)上的評(píng)價(jià)技術(shù),它會(huì)使評(píng)價(jià)過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)更接近于實(shí)際運(yùn)行,比靜態(tài)評(píng)價(jià)技術(shù)更能準(zhǔn)確反映實(shí)際情況。用于梯級(jí)加藥法評(píng)價(jià)反滲透專(zhuān)用阻垢劑的動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。換熱器回流液原水箱原水增壓泵保安過(guò)濾器一級(jí)高壓泵反滲透膜元件圖1動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)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(dāng)需進(jìn)行一項(xiàng)針對(duì)某阻垢劑性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)時(shí)(以測(cè)定阻CaCO3垢為例,先在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)建立系統(tǒng)的循環(huán)運(yùn)行,水體介質(zhì)為含有該種固定濃度阻垢劑的試驗(yàn)用水,水體可采用低含鹽量的自來(lái)水或現(xiàn)場(chǎng)水體。待循環(huán)建立并穩(wěn)定后,測(cè)定系統(tǒng)水體的Ca2+濃度,同時(shí)將配制好的固定量對(duì)應(yīng)濃度的構(gòu)晶物質(zhì)(CaCl2、NaHCO3均勻投加到原水箱,穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間,若相關(guān)離子的濃度在一個(gè)階段內(nèi)沒(méi)有明顯變化,則進(jìn)行再一次的加藥,相應(yīng)的水體中構(gòu)晶離子的濃度呈梯級(jí)增加。當(dāng)運(yùn)行至某一個(gè)階段時(shí),系統(tǒng)中的離子濃度發(fā)生了明顯的變化,則試驗(yàn)結(jié)束。發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的構(gòu)晶離子濃度即是系統(tǒng)內(nèi)該阻

7、垢劑試驗(yàn)濃度下的阻垢極限值。比較各種阻垢劑同濃度下的極限構(gòu)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(shí)也可以根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)水體含鹽量和回收率來(lái)準(zhǔn)確選擇阻垢劑種類(lèi)及最佳加藥量。這種用于動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)反滲透專(zhuān)用阻垢劑的方法,我們稱(chēng)之為“梯級(jí)加藥法”。1.2試驗(yàn)終點(diǎn)判斷實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)的判斷總是越準(zhǔn)確且越簡(jiǎn)便越好,結(jié)合I.Drela等9采用的電導(dǎo)法評(píng)價(jià)阻垢劑性能的原理,可將原水電導(dǎo)率的突變作為實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)判斷依據(jù)。電導(dǎo)法的原理是當(dāng)CaCO3溶液從非飽和狀態(tài)向過(guò)飽和狀態(tài)的濃縮過(guò)程中,水中導(dǎo)電離子濃度不斷增加,因而溶液的電導(dǎo)率上升,當(dāng)CaCO3的過(guò)飽和度上升至某一數(shù)值之后,由于CaCO3結(jié)晶,引起結(jié)垢的導(dǎo)電離子濃

8、度突然減少,溶液電導(dǎo)率突降。電導(dǎo)率突降點(diǎn)(即最大值處所對(duì)應(yīng)的過(guò)飽和度被稱(chēng)為臨界過(guò)飽和度,所對(duì)應(yīng)的最大電導(dǎo)率被稱(chēng)為臨界電導(dǎo)率。該突降點(diǎn)的出現(xiàn),即可作為實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)。該方法普遍用于實(shí)驗(yàn)室阻垢劑靜態(tài)評(píng)價(jià),而在動(dòng)態(tài)模擬裝置上,作為“梯級(jí)加藥法”的終點(diǎn)判斷還需實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。另一終點(diǎn)判斷依據(jù)是測(cè)定不同梯級(jí)時(shí)的構(gòu)晶離子(Ca2+濃度和非構(gòu)晶離子(Cl-的物質(zhì)的量比變化得到的。由于梯級(jí)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(dāng)膜表面發(fā)生CaCO3結(jié)晶后,該物質(zhì)的量比則被破壞,隨著結(jié)晶的不斷形成,該物質(zhì)的量比也偏離的越來(lái)越遠(yuǎn)。所以當(dāng)該物質(zhì)的量比發(fā)

9、生持續(xù)偏離時(shí),即出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)。1.3試驗(yàn)影響因素由于“梯級(jí)加藥法”的使用前提是保持系統(tǒng)運(yùn)行的恒定,再通過(guò)加藥模擬濃縮過(guò)程,來(lái)達(dá)到快速評(píng)價(jià)阻垢劑的目的,所以影響系統(tǒng)恒定運(yùn)行的因素尤為關(guān)鍵。這些因素主要有反滲透系統(tǒng)運(yùn)行的溫度、流量以及各個(gè)梯級(jí)的間隔時(shí)間。運(yùn)行水體的溫度變化會(huì)直接影響膜的透過(guò)率和CaCO3的溶解度。故設(shè)計(jì)了冷卻裝置,以保證系統(tǒng)中循環(huán)運(yùn)行的水溫恒定。給水、濃水、產(chǎn)水流量的影響通過(guò)調(diào)整高壓泵的流量和反滲透回收率加以統(tǒng)一、恒定運(yùn)行。各梯級(jí)的間隔時(shí)間的確定主要以一個(gè)周期內(nèi)系統(tǒng)基本混勻?yàn)榍疤?。筆者根據(jù)泵的流量和實(shí)際水容積估算出一次循環(huán)的耗用時(shí)間,并通過(guò)測(cè)定濃度及導(dǎo)電率變化情況確保在該時(shí)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(shí)間。例如:當(dāng)水容積為300L,給水泵流量為1200L/h,則一次循環(huán)需時(shí)15min。從離子濃度變化和在線電導(dǎo)率表計(jì)上也能體現(xiàn)出來(lái),在不存在結(jié)垢的情況下,加藥后系統(tǒng)運(yùn)行15min后濃度變化和電導(dǎo)率變化基本穩(wěn)定。因此設(shè)定梯級(jí)加藥間隔時(shí)間為20min,在此情況下能保證加藥后的混勻。在接近終點(diǎn)時(shí)可根據(jù)需要每10min測(cè)試一個(gè)數(shù)據(jù),平均一個(gè)加藥周期至少需測(cè)試23個(gè)數(shù)據(jù)。2實(shí)驗(yàn)部分2.1實(shí)驗(yàn)方法在動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置中,加入含鹽量低的自來(lái)水作為循環(huán)水體并建立循環(huán),測(cè)定空白水體的Ca2+和Cl-濃度。在空白水體中加入3mg/L的預(yù)評(píng)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(jí)加藥時(shí)間間隔為20min。每次梯級(jí)加藥使系統(tǒng)Ca2+和HCO3-質(zhì)量濃度增加量設(shè)定為50 mg/L。每次梯級(jí)加藥前測(cè)定系統(tǒng)的構(gòu)晶離子Ca2+和非構(gòu)晶離子Cl-的濃度,發(fā)現(xiàn)有終點(diǎn)出現(xiàn)跡象時(shí)延長(zhǎng)該梯級(jí)實(shí)驗(yàn)時(shí)間,等終點(diǎn)跡象更為明顯時(shí),結(jié)束本次實(shí)驗(yàn)。待系統(tǒng)清洗復(fù)原后再進(jìn)行另一種藥劑的重復(fù)實(shí)驗(yàn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)筆者選用了目前業(yè)內(nèi)應(yīng)用較廣的3種反滲透阻垢劑,分別為有機(jī)磷系阻垢劑PTP0100、無(wú)磷阻垢劑ASD200和一種國(guó)內(nèi)某高校研制的有機(jī)磷系阻垢劑#1RO。實(shí)驗(yàn)溫度均控制在2528。2.2結(jié)果與討論根據(jù)“梯級(jí)加藥法”的實(shí)驗(yàn)流程,筆者得到了3種預(yù)評(píng)藥劑的不同阻垢性能對(duì)

12、比。結(jié)果見(jiàn)圖2圖4。圖2圖4中,Ca2+濃度和電導(dǎo)率值均按實(shí)際測(cè)定值錄入,Cl-濃度增量值通過(guò)式(1計(jì)算:Y i=(X i-X0/35.5/2(1分析與監(jiān)測(cè)80工業(yè)水處理2009-04,29(4作者簡(jiǎn)介祝酈偉(1979,2002年畢業(yè)于武漢大學(xué),工程碩士,主要從事電站水處理及相關(guān)技術(shù)的研究。電話:135*,E -mail :wwlyz 。收稿日期2009-01-16(修改稿765432Ca 2+Cl -電導(dǎo)率2500200015001000電導(dǎo)率/(S ·c m -1C a 2+、C l -濃度增量值/(m m o l ·L -1取樣測(cè)試次序圖2PTP0100阻垢評(píng)價(jià)結(jié)果2

13、34567891011取樣測(cè)試的次序Ca 2+Cl -電導(dǎo)率800電導(dǎo)率/(S ·c m -1圖3ASD200阻垢評(píng)價(jià)結(jié)果87654321234567891011取樣測(cè)試的次序Ca 2+Cl -電導(dǎo)率30002500200015001000電導(dǎo)率/(S ·c m -1圖4#1RO 阻垢劑阻垢評(píng)價(jià)結(jié)果表1阻垢劑耐受Ca 2+質(zhì)量濃度比較阻垢劑最大耐受Ca 質(zhì)量濃度/(mg ·L PTP0100200ASD200150#1RO 阻垢劑250注:Ca 2+質(zhì)量濃度已減去空白值。祝酈偉,等:新型反滲透阻垢劑動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法的研究式中:Y i Cl -濃度增量值,mmol/L

14、;X i 實(shí)測(cè)Cl -質(zhì)量濃度,mg/L ;X 0未開(kāi)始梯級(jí)加藥時(shí)的空白水體Cl -質(zhì)量濃度,mg/L 。由于加入了CaCl 2,所以系統(tǒng)中的實(shí)際n (Ca 2+n (Cl -=12,為使終點(diǎn)各曲線偏離趨勢(shì)的判斷更為直觀,式(1的計(jì)算中將Cl -的濃度增量進(jìn)行了除以2的處理。根據(jù)終點(diǎn)判斷理論,3種阻垢劑分別在梯級(jí)加藥試驗(yàn)過(guò)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(gòu)晶離子Cl -的曲線斜率比,表明該點(diǎn)水體電導(dǎo)率和Ca 2+濃度都開(kāi)始發(fā)生了突變,故該點(diǎn)即為實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)。從圖2圖4可以看出,不同阻垢劑的最大Ca 2+質(zhì)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(zhì)量濃度為3mg/L 時(shí)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(shí)驗(yàn)中單個(gè)實(shí)驗(yàn)耗時(shí)僅為3h 。動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)論與同期所做的實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致。因此采用“梯級(jí)加藥法”可以快速、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)反滲透專(zhuān)用阻垢劑。3結(jié)語(yǔ)“梯級(jí)加藥法”用于反滲透專(zhuān)用阻垢劑的評(píng)價(jià)經(jīng)實(shí)驗(yàn)論證是可行的。該方法單次實(shí)驗(yàn)耗時(shí)短,操作簡(jiǎn)便,可快速評(píng)價(jià)一種反滲透阻垢劑的性能,同時(shí)也可以獲得反滲透在固定回收率運(yùn)行下的最佳加藥量,優(yōu)化反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行。通過(guò)“梯級(jí)加藥法”對(duì)3種反滲透阻垢劑進(jìn)行評(píng)價(jià),得到國(guó)產(chǎn)#1RO 阻垢劑性能優(yōu)于PTP0100,PTP0100

16、又優(yōu)于ASD200。參考文獻(xiàn)1周柏青,徐厚道,李芹,等.反滲透系統(tǒng)專(zhuān)用阻垢劑的評(píng)價(jià)方法J .華北電力技術(shù),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(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)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