反滲透技術(shù)是目前水處理脫鹽工藝中*成熟的物理脫鹽技術(shù)之一。在設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)，往往會(huì)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(shí)會(huì)導(dǎo)致反滲透系統(tǒng)中的主要元件——反滲透膜元件提前報(bào)廢，因此對(duì)反滲透膜元件的保護(hù)在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(huì)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(huì)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(gè)難題。筆者通過電導(dǎo)率快速評(píng)測法對(duì)幾種不同品牌的阻垢劑進(jìn)行試驗(yàn)，在一定硬度情況下，評(píng)價(jià)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*經(jīng)濟(jì)、適合的阻垢劑和阻垢劑投加量。筆者評(píng)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(duì)上述5種品牌的反滲透阻垢劑進(jìn)行試驗(yàn)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(yàn)原理及方法

1．1 試驗(yàn)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(shí)，溶液中可導(dǎo)電的離子減少，其電導(dǎo)率會(huì)急劇下降，由此下降點(diǎn)即可計(jì)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。

1．2試驗(yàn)儀器及試劑

數(shù)字式電導(dǎo)率儀，磁力加熱攪拌器，溫度計(jì)，燒杯，滴定管，恒溫水浴。

1 mol／L氯化鈣溶液，0．1 mol／L碳酸鈉溶液，0．1mol／L硫酸，阻垢劑A、B、C、D、E。

1．3試驗(yàn)方法

(1)把盛有198．4mL蒸餾水及1．0mL的1 mol／L氯化鈣溶液的燒杯密封，該水硬度為5 mmol／L，燒杯中加0．6 mL阻垢劑使其質(zhì)量濃度為3 mg／L，放人恒溫水槽中，待溫度穩(wěn)定在25℃后，再用0．1 mol／L的碳酸鈉溶液滴定，每次滴加一定體積(0．1 mL或0．5 mL，電導(dǎo)率突變點(diǎn)附近每次滴加0．1 mL)，待讀數(shù)穩(wěn)定1 min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。

(2)以消耗的0．1 mol／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0．1 mo1／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(huì)成為結(jié)晶核，使得溶液電導(dǎo)率突變點(diǎn)過早出現(xiàn)，導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)不可靠。

(3)空白試驗(yàn)不加阻垢劑，蒸餾水加199 mL。

1．4相關(guān)計(jì)算方法

(1)過飽和度的計(jì)算。

對(duì)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)晶受多種因素的影響，通常存在一個(gè)過飽和度，只有在超過待定的過飽和度時(shí)才會(huì)產(chǎn)生沉淀。CaCO3的過飽和度S可由式(2)計(jì)算：

S＝  [Ca2+] [CO32-]     (2)

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和上述計(jì)算公式可得25℃下碳酸鈣的過飽和度，計(jì)算過程如下：

[Ca2+]=4．955×10-4 mol／L

[CO32-]=8．920×10-4 mol／L

[Ca2+]×[C032-]=4．420×10-7

從物理化學(xué)手冊(cè)中可以查出25℃時(shí)CaCO3的KSP為4．8×10-9。因此，CaCO3在試驗(yàn)條件下的過飽和度S0為92。

(2)相對(duì)過飽和度的計(jì)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(shí)CaCO3的過飽和度SP和相同條件下無阻垢劑時(shí)CaCO3的過飽和度S0的比值為相對(duì)過飽和度Sr。

Sr=SP/ S0

2試驗(yàn)結(jié)果及討論

2．1  電導(dǎo)率法快速評(píng)定阻垢劑阻垢性能試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出現(xiàn)沉淀時(shí)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(yàn)條件(硬度、溫度、攪拌速度、加藥量)下，得出的不同的相對(duì)過飽和度。

             

表2列出了同一種阻垢劑(A)在相同的試驗(yàn)條件(硬度、溫度、攪拌速度)、不同的加藥量下所得出的相對(duì)過飽和度。

            

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(duì)比。

            

2．2  電導(dǎo)率法快速評(píng)定阻垢性能試驗(yàn)的討論

從表1、圖l可以看出：

(1)阻垢劑A在原水硬度為5 mmol／L、加藥量為3 mg/L時(shí)，阻垢效果為其他品牌的1．38~2．4倍。

(2)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(shí)，所消耗的Na2CO3的體積以國產(chǎn)品牌A的*大，為4．9 mL，說明在相同的試驗(yàn)水硬度及相同的加藥量情況下。阻垢劑A的阻垢效果*好，其他依次為B(Na2CO3消耗量為3．5 mL)、C(Na2CO3消耗量為3．0 mL)、D(Na2CO3消耗量為2．5 mL)、E(Na2CO3消耗量為2．0 mL)。

(3)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(huì)加速反滲透系統(tǒng)的濃差極化現(xiàn)象，*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(huì)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(duì)過飽和度不同，隨著加藥量的增加，相對(duì)過飽和度增加，加藥量增加到一定值時(shí)相對(duì)過飽和度出現(xiàn)下降趨勢；A在試驗(yàn)水硬度為5 mmol／L．加藥量為0．1～9．0 mg／L的情況下，相對(duì)過飽和度(阻垢效率)處于增加狀態(tài)，在加藥量達(dá)到9．0 mg／L時(shí)，相對(duì)過飽和度達(dá)到*大值，也就是說阻垢劑A在試驗(yàn)水硬度為5mmol／L，加藥量為9．0 mg／L的情況下會(huì)起到*大的阻垢分散作用，超過9．0 mg／L時(shí)，阻垢效果反而降低。

(2)在反滲透設(shè)備阻垢劑使用過程中，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(jì)算軟件計(jì)算確定，并結(jié)合反滲透設(shè)計(jì)要求來*終確定經(jīng)濟(jì)合理的加藥量。

3  結(jié)論

(1)通過上述試驗(yàn)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、聚丙烯酸)，A的阻垢效率為其他品牌的l．38～2．4倍。

(2)反滲透阻垢劑的加藥量應(yīng)根據(jù)水源情況和阻垢劑生產(chǎn)廠家開發(fā)的阻垢劑加藥量計(jì)算軟件計(jì)算并通過反滲透設(shè)計(jì)要求進(jìn)行投加，過多的投加只會(huì)給水處理使用者增加噸水運(yùn)行成本，造成不必要的浪費(fèi)，過少的投加以及使用阻垢性能低的產(chǎn)品，會(huì)對(duì)反滲透設(shè)備造成結(jié)垢污染情況，增加反滲透設(shè)備的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，增加反滲透使用者的設(shè)備投資成本及運(yùn)行成本。