浅析阻垢剂在再生水行业的应用
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【摘 要】在反渗透系统中，反渗透膜是非常重要的设备。如果系统长时间运行，水中的钙镁离子会不断析出并沉积在反渗透膜上，长此以往，就会造成反渗透膜孔堵塞，影响反渗透系统出水效果，造成反渗透膜损耗。因为反渗透膜价高，因此不可能经常更换，所以要增加一道加药工序，加入反渗透阻垢剂的目的就是防止钙镁离子的析出和膜面结垢。
【关键词】反渗透；阻垢剂
反渗透阻垢剂是专门用于反渗透系统及纳滤和超滤系统的阻垢剂，可防止钙镁离子的析出和膜面结垢，能提高产水量和产水质量，降低运行费用，延长使用寿命。随着反渗透在水处理行业的发展，膜用阻垢剂的使用也日渐增多，阻垢剂的适用条件、种类和效果各不相同。
一、常用反渗透阻垢剂的阻垢机理
常用阻垢剂一般作用机理主要有：络和增溶作用、晶格畸变作用、静电斥力作用。络和增溶作用的原理：反渗透阻垢剂溶于水后发生电离，生成带负电性的分子链，它与Ca2+形成可溶于水的络合物或螯合物，使无机盐溶解度增加，从而起到阻垢作用。晶格畸变作用的原理：由反渗透阻垢剂分子中的部分官能团在无机盐晶核或微晶上，占据了一定位置，阻碍和破坏了无机盐晶体的正常生长，减慢了晶体的增长速率，从而减少了盐垢的形成。静电斥力作用的原理：反渗透阻垢剂溶于水后吸附在无机盐的微晶上，使微粒间斥力增加，阻碍它们的聚结，使它们处于良好的分散状态，从而防止或减少垢物的形成。
反渗透阻垢剂是用于反渗透系统性能改善的阻垢剂，是一系列用于阻止结晶矿物盐的沉淀和结垢形成的化学药剂，其主要功能为：1）抑制析出功能：在有阻垢剂的系统中，易结构成分的阴阳离子和阴离子开始析出时的离子积值比没有阻垢剂时的临界析出离子积值大得多。2）分散功能：在有阻垢剂时，因为析出的颗粒的粒经小，难于凝聚，比没有阻垢剂时析出的颗粒难沉降。3）晶格变形效应：在有阻垢剂的系统中，析出的晶体有球形、多面体、雪花状等不定形的状态，一般认为不定型晶体是在晶体生长过程中，阻垢剂吸附在晶体生长点上，使其表面的生长速度急剧下降，生长与晶体原来形状不同的晶体。4）低限效应：阻垢剂的投加量相当于水中结垢成分低得多也能显示出阻垢效果。
二、阻垢剂的种类
常见的阻垢剂有聚磷酸盐、有机磷酸盐、聚羧酸。此类阻垢剂有六偏磷酸钠（SHMP）和三聚磷酸钠。聚磷酸盐阻垢剂在酸性系中和高温水系中，容易水解，变为正磷酸形成Ca3（PO4）2的二次结垢。另一方面聚磷酸盐是微生物的营养源，能促进菌藻的滋生，加快膜污染。此类药剂对阻CaSO4垢无效，因此这类阻垢剂应用已很少，正逐步被其他阻垢剂所代替。
1）有机磷酸盐。有机磷酸盐主要是通过减缓晶体生长和晶格畸变这两种作用进行阻垢的，这两种作用的同时存在，使得这类药剂也有阈值效应。有机磷酸盐同其他阻垢剂复配，还有良好的协同效应。在反渗透系统中，常用的有机磷酸盐阻垢剂有ATMP、HEDP、PBTCA等。2）含磷的有机化合物 。含磷的有机化合物之中，具有明显阻垢作用的是具有磷酸基的有机化合物（简称膦酸盐），典型的阻垢剂有ATP、HEDP、PBTC等，膦酸盐类的药剂在钙离子多的水系中也易形成难容性的钙盐，完全失去阻垢效果。3）低分子量羧酸盐。近年来，已广泛应用不含磷，没有环境污染具有羧基的聚合物阻垢剂，典型的构成此类聚合物的单体有：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来算、富马酸、2-亚甲基丁二酸等，一般来说具有羧基的低分子有机物都具有阻垢效果。
三、反渗透阻垢剂的应用
阻垢剂可以用于控制碳酸盐垢、硫酸盐垢以及氟化钙垢，通常有三类阻垢剂：六偏磷酸钠、有机磷酸盐和多聚丙烯酸盐。针对再生水的特性，反渗透系统选用的阻垢剂为六偏磷酸钠。以再生水厂基本不含磷的原水按照75%回收率配制，得到以下实验结果。以阻垢率评判足够效果，其阻垢率为水中投加阻垢剂后成垢离子被稳定（抑制）在水中的百分率，计算公式如下：
水质
分析： 实际配制水：钙：708.04ppm（以碳酸钙计） 总碱：19.62mmol/l
编号 药剂名称 加药量 PH 始 PH 末 碱度 钙 阻垢率 现象
单位 ppm mmol/l ppm
1 空白 7.98 7.10 12.66 349.83 浑浊
2 0100标 4ppm 7.99 8.14 19.47 699.66 97.66% 清亮
3 0100标 8ppm 7.99 8.14 19.52 700.93 97.93% 清亮
4 0100标 12ppm 7.99 8.14 19.52 701.6 98.20% 清亮
5 0100标 16ppm 7.99 8.13 19.62 702.5 98.45% 清亮
6 0100标 20ppm 7.99 8.14 19.52 701.6 98.20% 清亮
有上述数据可以得出，在水体中基本不含有磷酸盐的情况下，再生水选用的阻垢剂阻碳酸钙垢效果较好，能控制住碳酸钙垢，尤其是在加药量为16ppm时，阻垢率为98.45%，阻垢效果良好，在实际运行过程中，能有效控制反渗透的结垢趋势。
四、其他注意要点
1）采用聚丙烯酸类阻垢剂时要注意，在铁含量较高时可能会引起膜污染，这种污染会增加膜的操作压力，有效清除这类污染要进行酸洗。
2）阻垢剂阻碍了反渗透进水和浓水中盐结晶的生长，因而可以容许难溶盐在浓水中超过饱和溶解度，阻垢剂的使用可代替加酸也可以配合加酸使用。
3）阻垢剂注入系统的设计应该保证反渗透元件之前能够充分混合，通常在系统中利用静态搅拌器进行混合。大多数系统的注入点设在反渗透进水保安过滤器之前，通过利用过滤器中的缓冲时间及反渗透进水泵的搅拌作用促进混合。
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