新型反滲透膜阻垢劑ZG01的阻垢性能評價

蔣璨 陳曉波 鞠美庭 王海勇

摘 要：本研究采用靜態(tài)阻垢法對新型反滲透膜阻垢劑ZG01進行了阻碳酸鈣、硫酸鈣、氟化鈣和磷酸鈣的性能評價。靜態(tài)阻垢試驗表明，新型反滲透膜阻垢劑ZG01（簡稱RO-ZG-01）具有良好的阻碳酸鈣垢性能，加藥量為10 mg/L時，其阻垢率為73.43%，比競品阻垢劑01和競品阻垢劑02的阻垢率高約5%，性價比較高，同時分散性較好;RO-ZG-01具有良好的阻硫酸鈣垢性能，加藥量為10 mg/L時，其阻垢率為89.23%，與競品阻垢劑01和競品阻垢劑02在誤差范圍內(nèi)一致，三者相差不大;新型反滲透膜阻垢劑ZG01具有較好的阻磷酸鈣垢性能，加藥量為20 mg/L時，其阻垢率為68.42%，比競品阻垢劑01高約5%，與競品阻垢劑02相差不大，同時分散性較好。

關(guān)鍵詞：反滲透膜;阻垢劑;碳酸鈣;硫酸鈣;氟化鈣

中圖分類號：TQ085.412文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）26-0128-03

Abstract： In this study， the static scale inhibition method was used to evaluate the performance of the new type reverse osmosis film scale inhibitor ZG01 against calcium carbonate， calcium sulfate， calcium fluoride and calcium phosphate. Static scale inhibition experiment shows that the new type reverse osmosis film scale inhibitor ZG01 （referred to as RO-ZG-01） has a good performance of calcium carbonate scale inhibition， the scale inhibition rate of the new type reverse osmosis film scale inhibitor ZG01 is 73.43% when the dosage of 10 mg/L is added， which is about 5% higher than that of competing products scale inhibitor 01 and competing products scale inhibitor 02， and has a higher cost performance and better dispersibility; RO-ZG-01 has good calcium sulfate scale inhibition performance， when the dosage is 10 mg/L， the scale inhibition rate is 89.23%， which is consistent with the competition scale inhibitor 01 and the competition scale inhibitor 02 within the error range， and the three are not much different; the new reverse osmosis film scale inhibitor ZG01 has good calcium phosphate scale inhibition performance， when the dosage is 20 mg/L， the scale inhibition rate is 68.42%， which is about 5% higher than that of the competition scale inhibitor 01， and is not much different from the competition scale inhibitor 02， and has better dispersion.

Keywords： reverse osmosis film;scale inhibitor;calcium carbonate;calcium sulphate;calcium fluoride

反滲透技術(shù)是當(dāng)今比較先進和節(jié)能效果突出的膜分離技術(shù)。反滲透膜的孔徑非常小，因此能夠有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機物等物質(zhì)，具有無相變、能耗低、分離條件溫和、組件化、操作方便、占地面積小、投資低等優(yōu)點。反滲透技術(shù)的核心就是反滲透膜，膜污染與否直接影響反滲透系統(tǒng)工作效率。而反滲透系統(tǒng)運行過程中，濃水側(cè)離子濃縮，導(dǎo)致水中溶解的物質(zhì)析出而生成污垢，嚴(yán)重影響設(shè)備的運行，也會對膜產(chǎn)生損傷[1]。為了保證設(shè)備穩(wěn)定運行，延長設(shè)備壽命，通常需要向反滲透系統(tǒng)的原水中添加阻垢劑。性能優(yōu)良的阻垢劑可以很好地抑制污垢的形成，緩解膜污染，降低反滲透水處理成本。目前，國內(nèi)對反滲透阻垢劑的開發(fā)還不夠成熟，多數(shù)反滲透阻垢劑還依賴進口，價格高昂，難以滿足國內(nèi)日益增長的需求。因此，開發(fā)性價比高的反滲透阻垢劑對于水處理系統(tǒng)應(yīng)用反滲透技術(shù)有著積極的意義。

1 試驗部分

1.1 試驗用阻垢劑及試劑

主要試劑有新型反滲透膜阻垢劑ZG01、競品阻垢劑01、競品阻垢劑02和競品阻垢劑03。其他化學(xué)分析藥劑均為分析純。

1.2 試驗儀器

電熱恒溫水浴鍋，天津市泰斯特儀器有限公司;分光光度儀，上海菁華科技儀器有限公司;便攜式pH計，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 碳酸鈣靜態(tài)阻垢法。在編號不同的500 mL玻璃容量瓶中加入一定量的氯化鈣溶液，使最終鈣離子含量為720 mg/L，加入不同濃度的阻垢劑，用四硼酸鈉調(diào)pH至8.9，再加入一定量的碳酸氫鈉溶液，使最終碳酸氫根含量為1 098 mg/L，在80 ℃下恒溫保存10 h，冷卻過濾后進行Ca2+含量的測定[2]。阻垢率[η1]計算公式為：

[η1=[（V-V0）/（V1-V0）]×100%] ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，[V]為加阻垢劑消耗的EDTA的體積，mL;[V0]為空白試驗消耗的EDTA的體積，mL;[V]為總鈣消耗的EDTA的體積，mL。

1.3.2 硫酸鈣靜態(tài)阻垢法。在編號不同的500 mL玻璃容量瓶中加入一定量的氯化鈣溶液，使最終鈣離子含量為1 920 mg/L，加入不同濃度的阻垢劑，用四硼酸鈉調(diào)pH至8.9，再加入一定量的硫酸鈉溶液，使最終硫酸根含量為4 608 mg/L，在60 ℃下恒溫保存6 h，冷卻過濾后進行Ca2+含量的測定。阻垢率計算公式同式（1）。

1.3.3 磷酸鈣靜態(tài)阻垢法。在編號不同的500 mL玻璃容量瓶中加入一定量的氯化鈣溶液，使最終鈣離子含量為100 mg/L，加入不同濃度的阻垢劑，用四硼酸鈉調(diào)pH至8.9，再加入一定量的磷酸二氫鉀溶液，使最終磷酸根含量為5 mg/L，在80 ℃下恒溫保存10 h，冷卻過濾后進行磷酸根含量的測定[3]。阻垢率[η2]計算公式為：

[η2=[（m-m0）/（m1-m0）]×100%] ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中，[m]為加阻垢劑的溶液磷酸根含量，mg/L;[m0]為空白試驗磷酸根含量，mg/L;[m1]為總磷酸根含量，mg/L。

1.4 分析項目及方法

Ca2+濃度的測定參照《鍋爐用水和冷卻水分析方法 鈣的測定 絡(luò)合滴定法》（GB 6910—2006），采用絡(luò)合滴定法;磷酸根含量的測定采用《鍋爐用水和冷卻水分析方法 磷酸鹽的測定》（GB/T 6913—2008）中的方法。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 靜態(tài)阻碳酸鈣試驗

在試驗溫度80 ℃、試驗時間10 h的條件下，改變阻垢劑的加藥濃度，考察不同阻垢劑對CaCO3的阻垢性能，結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看到，隨著加藥量的增加，三種阻垢劑的阻垢率逐漸增加，但是加藥量從4 mg/L升至10 mg/L的阻垢率增量要大于加藥量從10 mg/L升至20 mg/L的阻垢率增量。在加藥量為10 mg/L時，阻垢劑ZG01的阻垢率達到73.43%，而加藥量變?yōu)?0 mg/L時，其阻垢率升至80.26%，說明阻垢劑ZG01在加藥量10 mg/L處存在溶限效應(yīng)，隨著加藥量繼續(xù)增大，阻垢性能變化不大。

2.2 靜態(tài)阻硫酸鈣試驗

在試驗溫度60 ℃、試驗時間6 h的條件下，改變阻垢劑的加藥濃度，考察不同阻垢劑對CaSO4的阻垢性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三種阻垢劑對于硫酸鈣存在明顯的溶限效應(yīng)，當(dāng)阻垢劑加藥量為10 mg/L時，其基本阻垢率都達到90%左右，阻垢劑ZG01阻垢率達到89.23%，競品阻垢劑01和競品阻垢劑02達到87.98%，而加藥量繼續(xù)增加到20 mg/L時，阻垢劑ZG01、競品阻垢劑01和競品阻垢劑02的阻垢率分別為90.65%，88.44%和88.84%。當(dāng)加藥量相同時，在誤差允許范圍內(nèi)，阻垢劑ZG01、競品阻垢劑01和競品阻垢劑02阻硫酸鈣垢的性能相差不大，當(dāng)加藥量為10 mg/L時，其阻垢效果好，性價比最高。

2.3 靜態(tài)阻磷酸鈣試驗

在試驗溫度80 ℃、試驗時間為10 h的條件下，改變阻垢劑的加藥濃度，考察不同阻垢劑對Ca3（PO4）2的阻垢性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于磷酸鈣垢，阻垢劑ZG01和競品阻垢劑02的阻垢效果較好，競品阻垢劑02略優(yōu)于阻垢劑ZG01;當(dāng)加藥量為10 mg/L時，阻垢劑ZG01的阻磷酸鈣垢率為54.58%，當(dāng)加藥量為20 mg/L時，阻垢劑ZG01的阻磷酸鈣垢率為68.42%。試驗發(fā)現(xiàn)，對于加入阻垢劑的試驗樣品，瓶底的鈣垢呈松散的、不沉積于瓶底的狀態(tài)，可以隨著水流倒出;而空白試驗中鈣垢沉積于瓶底，不隨水流移動，需要酸洗才能洗凈。這說明這幾種阻垢劑都有較強的分散作用，能夠改變鈣垢的晶格，使其黏附性下降。

3 結(jié)論

靜態(tài)阻垢試驗表明，新型反滲透膜阻垢劑ZG01具有良好的阻碳酸鈣垢性能，當(dāng)加藥量為10 mg/L時，其阻垢率為73.43%，比競品阻垢劑01和競品阻垢劑02的阻垢率高約5%，性價比較高，同時分散性較好;新型反滲透膜阻垢劑ZG01具有良好的阻硫酸鈣垢性能，當(dāng)加藥量為10 mg/L時，其阻垢率為89.23%，與競品阻垢劑01和競品阻垢劑02在誤差范圍內(nèi)一致，三者相差不大;新型反滲透膜阻垢劑ZG01具有較好的阻磷酸鈣垢性能，當(dāng)加藥量為20 mg/L時，其阻垢率為68.42%，分散性較好。

參考文獻：

[1]酈和生，謝文州.反滲透膜阻垢劑評價方法的研究進展[J].工業(yè)水處理，2010（3）：1-4.

[2]中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社第二編輯室.水處理劑與工業(yè)用水水質(zhì)分析方法[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[3]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(shù)，2005（4）：43-46.