新型反渗透阻垢剂动态评价方法的研究

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 新型反渗透阻垢剂动态评价方法的研究祝郦伟,钱洲亥,曹求洋(浙江省电力试验研究院,浙江杭州310014摘要提出一种新型“梯级加药法”用于动态评价反渗透阻垢剂。以梯级加药的方式提升进料水的离子含量,通过平台期成垢离子的浓度变化判断阻垢剂的性能。对方法的原理和

2、参数做一定的分析,并通过实验对进口阻垢剂PTP0100、ASD200以及国内某高校研制的#1RO 阻垢剂进行对比。试验表明,该方法快速、简便,在阻垢剂投加质量浓度为3mg/L 时,参与评价的阻垢剂性能高低排序依次为:#1RO 国产、PTP0100、ASD200。关键词反渗透;阻垢剂;评价方法中图分类号TQ082.412文献标识码B文章编号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 ,采用给水一次通过法对反渗透上,提出一种动态评价反渗透阻垢剂的新方法梯级加药法。结果表明,该方法能快速、简便、有效地评价反渗透专用阻垢剂的性能。1“梯级加药法”评价技术1.1技术原理“梯级加药法”反渗透专用阻垢剂评价技术是一种建立在动态模拟运行基础上的评价技术,它会使评价过程中的各项参数更接近于实际运行,比静态评价技术更能准确反映实际情况。用于梯级加药法评价反渗透专用阻垢剂的动态模拟实验装置如图1所示。换热器回流液原水箱原水增压泵保安过滤器一级高压泵反渗透膜元件图1动态模拟实验装置第29卷第4期2009年4月工业水处理Industrial Water

6、 Treatment79工业水处理2009-04,29(4当需进行一项针对某阻垢剂性能评价试验时(以测定阻CaCO3垢为例,先在试验开始时建立系统的循环运行,水体介质为含有该种固定浓度阻垢剂的试验用水,水体可采用低含盐量的自来水或现场水体。待循环建立并稳定后,测定系统水体的Ca2+浓度,同时将配制好的固定量对应浓度的构晶物质(CaCl2、NaHCO3均匀投加到原水箱,稳定运行一段时间,若相关离子的浓度在一个阶段内没有明显变化,则进行再一次的加药,相应的水体中构晶离子的浓度呈梯级增加。当运行至某一个阶段时,系统中的离子浓度发生了明显的变化,则试验结束。发生变化时系统内的构晶离子浓度即是系统内该阻

7、垢剂试验浓度下的阻垢极限值。比较各种阻垢剂同浓度下的极限构晶离子浓度值,就可以清楚得到不同阻垢剂的阻垢性能。同时也可以根据生产现场水体含盐量和回收率来准确选择阻垢剂种类及最佳加药量。这种用于动态评价反渗透专用阻垢剂的方法,我们称之为“梯级加药法”。1.2试验终点判断实验终点的判断总是越准确且越简便越好,结合I.Drela等9采用的电导法评价阻垢剂性能的原理,可将原水电导率的突变作为实验终点判断依据。电导法的原理是当CaCO3溶液从非饱和状态向过饱和状态的浓缩过程中,水中导电离子浓度不断增加,因而溶液的电导率上升,当CaCO3的过饱和度上升至某一数值之后,由于CaCO3结晶,引起结垢的导电离子浓

8、度突然减少,溶液电导率突降。电导率突降点(即最大值处所对应的过饱和度被称为临界过饱和度,所对应的最大电导率被称为临界电导率。该突降点的出现,即可作为实验终点。该方法普遍用于实验室阻垢剂静态评价,而在动态模拟装置上,作为“梯级加药法”的终点判断还需实验验证。另一终点判断依据是测定不同梯级时的构晶离子(Ca2+浓度和非构晶离子(Cl-的物质的量比变化得到的。由于梯级加药加入的是CaCl2溶液,所以在减去空白水体的Ca2+和Cl-浓度后,每次加药的n(Ca2+n(Cl-=12,而当膜表面发生CaCO3结晶后,该物质的量比则被破坏,随着结晶的不断形成,该物质的量比也偏离的越来越远。所以当该物质的量比发

9、生持续偏离时,即出现实验终点。1.3试验影响因素由于“梯级加药法”的使用前提是保持系统运行的恒定,再通过加药模拟浓缩过程,来达到快速评价阻垢剂的目的,所以影响系统恒定运行的因素尤为关键。这些因素主要有反渗透系统运行的温度、流量以及各个梯级的间隔时间。运行水体的温度变化会直接影响膜的透过率和CaCO3的溶解度。故设计了冷却装置,以保证系统中循环运行的水温恒定。给水、浓水、产水流量的影响通过调整高压泵的流量和反渗透回收率加以统一、恒定运行。各梯级的间隔时间的确定主要以一个周期内系统基本混匀为前提。笔者根据泵的流量和实际水容积估算出一次循环的耗用时间,并通过测定浓度及导电率变化情况确保在该时间间隔内

10、,系统内水体能充分混匀,由此得到系统在加药后到混匀的时间。例如:当水容积为300L,给水泵流量为1200L/h,则一次循环需时15min。从离子浓度变化和在线电导率表计上也能体现出来,在不存在结垢的情况下,加药后系统运行15min后浓度变化和电导率变化基本稳定。因此设定梯级加药间隔时间为20min,在此情况下能保证加药后的混匀。在接近终点时可根据需要每10min测试一个数据,平均一个加药周期至少需测试23个数据。2实验部分2.1实验方法在动态模拟实验装置中,加入含盐量低的自来水作为循环水体并建立循环,测定空白水体的Ca2+和Cl-浓度。在空白水体中加入3mg/L的预评阻垢剂,混合均匀。系统总水

11、量300L,控制给水泵流量1200L/h,梯级加药时间间隔为20min。每次梯级加药使系统Ca2+和HCO3-质量浓度增加量设定为50 mg/L。每次梯级加药前测定系统的构晶离子Ca2+和非构晶离子Cl-的浓度,发现有终点出现迹象时延长该梯级实验时间,等终点迹象更为明显时,结束本次实验。待系统清洗复原后再进行另一种药剂的重复实验。整个实验笔者选用了目前业内应用较广的3种反渗透阻垢剂,分别为有机磷系阻垢剂PTP0100、无磷阻垢剂ASD200和一种国内某高校研制的有机磷系阻垢剂#1RO。实验温度均控制在2528。2.2结果与讨论根据“梯级加药法”的实验流程,笔者得到了3种预评药剂的不同阻垢性能对

12、比。结果见图2图4。图2图4中,Ca2+浓度和电导率值均按实际测定值录入,Cl-浓度增量值通过式(1计算:Y i=(X i-X0/35.5/2(1分析与监测80工业水处理2009-04,29(4作者简介祝郦伟(1979,2002年毕业于武汉大学,工程硕士,主要从事电站水处理及相关技术的研究。电话:135*,E -mail :wwlyz 。收稿日期2009-01-16(修改稿765432Ca 2+Cl -电导率2500200015001000电导率/(S ·c m -1C a 2+、C l -浓度增量值/(m m o l ·L -1取样测试次序图2PTP0100阻垢评价结果2

13、34567891011取样测试的次序Ca 2+Cl -电导率800电导率/(S ·c m -1图3ASD200阻垢评价结果87654321234567891011取样测试的次序Ca 2+Cl -电导率30002500200015001000电导率/(S ·c m -1图4#1RO 阻垢剂阻垢评价结果表1阻垢剂耐受Ca 2+质量浓度比较阻垢剂最大耐受Ca 质量浓度/(mg ·L PTP0100200ASD200150#1RO 阻垢剂250注:Ca 2+质量浓度已减去空白值。祝郦伟,等:新型反渗透阻垢剂动态评价方法的研究式中:Y i Cl -浓度增量值,mmol/L

14、;X i 实测Cl -质量浓度,mg/L ;X 0未开始梯级加药时的空白水体Cl -质量浓度,mg/L 。由于加入了CaCl 2,所以系统中的实际n (Ca 2+n (Cl -=12,为使终点各曲线偏离趋势的判断更为直观,式(1的计算中将Cl -的浓度增量进行了除以2的处理。根据终点判断理论,3种阻垢剂分别在梯级加药试验过程中的第10次(图2、第5次(图3和第9次(图4出现了明显折线斜率偏离(与非构晶离子Cl -的曲线斜率比,表明该点水体电导率和Ca 2+浓度都开始发生了突变,故该点即为实验终点。从图2图4可以看出,不同阻垢剂的最大Ca 2+质量浓度耐受程度是有显著差别的,如表1所示。由此可以

15、快速判断3种阻垢剂在质量浓度为3mg/L 时的阻垢效果,#1RO 阻垢剂阻CaCO 3垢的效果优于PTP0100,而PTP0100又优于ASD200。实验中单个实验耗时仅为3h 。动态实验结论与同期所做的实验室静态实验结论一致。因此采用“梯级加药法”可以快速、准确评价反渗透专用阻垢剂。3结语“梯级加药法”用于反渗透专用阻垢剂的评价经实验论证是可行的。该方法单次实验耗时短,操作简便,可快速评价一种反渗透阻垢剂的性能,同时也可以获得反渗透在固定回收率运行下的最佳加药量,优化反渗透系统的运行。通过“梯级加药法”对3种反渗透阻垢剂进行评价,得到国产#1RO 阻垢剂性能优于PTP0100,PTP0100

16、又优于ASD200。参考文献1周柏青,徐厚道,李芹,等.反渗透系统专用阻垢剂的评价方法J .华北电力技术,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周伟生,吕勇,齐登谷.反渗透膜用阻垢剂的实验室评价J .工业水处理,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