反渗透膜外貌结垢现象发生在浓水中的难溶盐浓度达到饱和值时辰。难溶盐结垢概率从大到小,挨次如下: CaCO3 CaSO4 Silica SrCO3 BaSO4 SrSO4 CaF2 CaSiO3 MgSiO3 MgSiO3 Ca3(PO4)2 Fe(OH)2 虽然CaSO4的溶解度大于BaSO4和SrSO4,但是自然水体中的Ca2+含量通常远大于Ba2+和Sr2+,这样CaSO4结垢概率大于BaSO4和SrSO4。另外一方面要注意,BaSO4和SrSO4沉淀后很难溶解,一定尽量避它们发生结垢现象。 大大都的难溶盐沉淀是CaCO3结垢,因为它沉淀快而且自然水体中含量高。CaCO3、SrCO3、BaCO3沉淀可以通过加入酸、阻垢剂、软化器冲洗和降低收受接管率来防止发生。 CaSO4、BaSO4、SrSO4、CaF2沉淀的防止也能够采用阻垢CaCO3的方法,但不包括加酸方法。实际上投加硫酸降低PH值遏止CaCO3结垢,但增加了硫酸盐沉淀的风险。 加酸法 碳酸钙与酸反应的化学平衡式如下: CaCO3+H+=Ca2++HCO3- 水中加酸后,H+增加,化学动平衡向右移动,CaCO3更多转变为Ca(HCO3)2。酸要使用食等第别以上的优质酸。时常采用的酸种类有硫酸和盐酸,有CaSO4、SrSO4、BaSO4结垢可能的水中最好投加盐酸。 为了制止CaCO3结垢,浓水中PH值应低于饱含pH值(pHs),用朗格利尔指数(LSI)来表示这个关系(海水通常用S&DSI指数) LSI=pH-pHS(TDS 10,000㎎/L) pHs=(9.3+A+B)-(C+D) 这里;A=(Log10[TDS]-1)/10 B=-13.12×Log10(℃+273)+34.55 C=Log10[Ca2+以CaCO3计]-0.4 D=Log10[alkalinity as CaCO3]碱度,以CaCO3计 单位是moles/L除了TDS单位是㎎/L. (参考:ASTM D3739-88对反渗透LSI饱和指数的计算和调解) S&DSI=pH-pCa-pAlk-K 这里:pCa是钙离子摩尔浓度的负对数. pAlk是碱度摩尔浓度的负对数. K是与温度和离子强度有关的常数 (参考:ASTM D4582-86对反渗透S&DSI饱和指数的计算和调解) 浓缩系数用来计算原水中的成分的浓缩倍数 浓缩系数=1/(1–收受接管率) 收受接管率=产水量/进水量 更精确的方法是用浓差极化因子(Beta)来计算潜在的结垢可能性浓缩系数=浓差极化因子/(1–收受接管率) 浓缩系数=Beta值/1–收受接管率 浓差极化因子的大小和膜外貌水流的湍流程度有关,从1.13-1.2不等,其意味着膜外貌的盐浓度比通道主体浓度高13%-20%左右。 为了节制CaCO3结垢,LSI或S&DSI数值必须小于零.通常规律进水中PH到6.0,浓水中LSI可以小于零。要是进水中投加高质量的阻垢剂,浓水中的LSI许可高至1.8(阻垢剂的功效和加入量要参考阻垢剂的说明最新阻垢剂的功效更高,其许可LSI值也更高)。这样可以减少加酸量,同时削弱了管路被腐蚀现象。 阻垢剂的投加 阻垢剂被吸附在晶核周围从而遏止难溶盐与晶核接触以减缓难溶盐形成。通过这种方法遏止晶体长大从浓水中形成悬浮物析出。许多阻垢剂对于遏止碳酸盐垢,硫酸盐垢和硫酸钙垢的效率如底下介绍。 六偏磷酸钠(SHMP)因为其价格便宜而被广泛用作阻垢药品,可是必须小心,不要让六偏磷酸钠水解。通常每隔3天要配一次溶液保持药效,水解不仅降低了阻垢效果,而且可能会有磷酸钙形成的危险。六偏磷酸钠在浓水中浓度应在20㎎/L左右,这样进水中的浓度计算方法如下公式:20㎎/L×(1–收受接管率). 有机磷酸盐水解现象较弱但价格比SHMP贵。它的阻垢和分离作用功效接近于SHMP. 聚丙烯酸(PAA)在阻垢和分离方面的作用都很好。PAA的份子量一般在2000到5000之间。高份子量的PAA范围在6000到25000之间,其分离性能很好,但阻垢能力不是很好。总体来讲,PAA的功效好于SHMP.但是,当浓水中有阳离子出格是高价阳离子如铝离子和铁离子存在时可能还会发生沉淀现象。 混合型阻垢剂常见的是高份子量和低份子量的PAA混合,或者是低份子量的PAA或有机磷酸盐的混合。其分离和阻垢性能都很出色。 世界上有许多阻垢剂的生产商,关于阻垢剂的化学特性和与RO膜的兼容性,请与各个阻垢剂供应商联系咨询。通常阻垢剂在浓水侧的浓度许可高至50ppm。 应该用反渗透产品水溶解阻垢药剂,因为原水中可能存在的钙离子会与阻垢剂反应。要小心阻垢剂溶液箱中生长微生物,还要注意投加阴离子阻垢剂时水中不要存在过多阳离子聚合物。 强酸型阳离子软化器 对中小型反渗透系统哄骗软化器可以去除Ca2+,Mg2+,Ba2+,Sr2+和Fe2+,从而有效地防止结垢。树脂互换饱和后用饱和食盐水再生。再生后冲洗水的排放要考虑环保问题。 弱酸型阳离子软化器 弱酸阳离子树脂只能去除和重碳酸盐有关的Ca2+,Ba2+和Sr2+并释放H+,这样pH最低到4.2树脂不能再互换。是以它只是部门软化,更适合重碳酸根含量较高的原水。 使用弱酸软化器的长处: -减少了再生时酸的耗损,减少运行费用和环保影响 -去除了重碳酸盐,降低了反渗透产水的电导 使用弱酸软化器的缺点: 硬度不能全部去除 软化水的PH值从3.5到6.5,按照树脂的饱和度而变化。 可以并联几台软化器使用以制止出水的PH值低于4.2,或脱CO2或加碱调治PH值。 石灰软化 石灰[Ca(OH)2]和碳酸氢钙及碳酸氢镁化学反应去除硬度的反应式如下: Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3↓+2H2O Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2→Mg(OH)2+2CaCO3↓+2H2O 非碳酸盐硬度可以投加碳酸钠(纯碱)来去除,反应式如下: CaCl2+Na2CO3→2NaCl+CaCO3↓ 石灰和纯碱软化法还可以去除部门硅,要是用石灰和氧化镁的混合物可以把硅降到1mg/l.同样,石灰软化还可以降低钡锶和腐质酸等有机物,其出水应调治PH值。一般只有规模大于200m3/h(120万gpd)的苦咸水系统才用该方法。 掩护性快速冲洗 一些小型反渗透系统没有阻垢剂投加装置而用掩护性快速冲洗掩护反渗透膜。这些小系统时常在低收受接管率25%条件下运行,持续1-2年才换膜。最简单的快速冲洗方法就是开大浓水阀门调低事情压力。短时间多次的快速冲洗比长距离低频率冲洗更有效。举例,每隔30分钟冲洗30秒钟,在时常性的冲洗基础上,也能够定期用化学药品清洗膜。 调治系统收受接管率,pH值和温度 适当地降低收受接管率,提高进水温度和调治PH值高低,可乐成地节制浓水中难溶盐在饱和值以下,防止难溶盐沉淀。 为以上措施更定量地使用,浓水中难溶盐的饱和值需要按照实际情况按以下公式计算,只有防止硅结垢时可能会同时使用以上三种方法。因为低收受接管率增加了能耗,提高PH增加CaCO3结垢危险。对于小系统低收受接管率联合掩护性快冲是传统的节制结垢方法。
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