中医儿科学-山东教育考试院网

第
29
卷第
4
期
2009
年
4月
工业水处理
IndustrialWaterTreatment
Vol．29 No．4
Apr．
，
2009
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
#1R O
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
3mgL
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
（
2009
）
04-0079-03
Researchof thedynamicevaluationmethodforROinhibitors
ZhuLi wei
，
QianZhouhai
，
CaoQiuyang
（
ZhejiangElectricPowerTestandResearchInstitution，
Hangzhou310014
，
China
）
Abstra ct
：
Anewdynamicevaluationmethodnamed
“stepjoin
”
forscaleinhibitorsusedinreverse osmosis
ngeof
scaledionncipleand
ortedsca leinhibitorsPTP0100andASD200andChina-made
scale inhibitor#ultsshowthatthismethodisrapid
，
si mpleandconvenient.
Whenthedosageis3mgL
，
amongthethreekindsofscaleinhibitors
，
#1ROis thebestone
，
andPTP0100is
betterthanASD20 0.
Keywords
：
reverseosmose
；
scale inhibitor
；
evaluationmethod
反渗透（
RO）专用阻垢剂的添加对防止和控制
膜结垢至关重要。目前国内市场高达
90％
的阻 垢剂
为进口产品，大部分药剂的选用仅凭膜厂商和药剂
商的推荐，缺乏系统、有效且具针对性的 评价。构建
一种好的反渗透专用阻垢剂评价体系是业内历来
的关注热点，目前国内外已有众多相 关的研究成
果。周柏青等
〔
1
〕
首次提出用成垢产生的浊度变化来< br>测定反渗透阻垢剂性能；

等
〔
2-3
〕
分别耗时上，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
1.1
“梯级加药法”评价技术技术原理
“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
3000h
和
6000h
，采用给水一次通过法对反渗 透
阻垢剂进行了评价；

等
〔
4
〕
采用了全循环法进行了阻垢剂评价；

等
〔
5-6
〕
分别采用
部分循环法快速评定阻垢剂对结垢速率和膜通量
的影响；另有

等
〔
7 -8
〕
采用了间隙循环法评定
了不同阻垢剂的阻垢效果。国内外各种方法均能在
一定程度上满足评价反渗透阻垢剂的要求，但各有
优缺点。选择和研究一种简便有效的阻垢剂评价方< br>法显得十分必要。笔者在综合考察前人工作的基础
保安过滤器
反渗透膜元件
一级 高压泵
原水箱
原水增压泵
图
1
动态模拟实验装置
—
79
—

分析与监测
当需进行一项针对某阻垢剂性能评价试验时
（以测定阻
CaCO
3
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
Ca
2＋
浓度，同时将配制好的固定量对应浓度的构晶 物质
（
CaCl
2
、
NaHCO
3
）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”。
工业水处理
2 009－04
，
29
（
4
）
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
CaCO
3
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，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
1200Lh
，< br>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
2～3
个数据。
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

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CaCO
3
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
CaCO
3
的过饱和度
上升至某一 数值之后，由于
CaCO
3
结晶，引起结垢
的导电离子浓度突然减少，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（
Ca
2＋
）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
CaCl
2
溶液，所以在
减去空白水体的
Ca
2＋
和
Cl
－
浓度后，每次加药的
2
2.1
实验部分
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
Ca
2 ＋
和
Cl
－
浓度。在空白水体中加入
3mgL
的预评阻垢< br>剂，混合均匀。系统总水量
300L
，控制给水泵流量
1200Lh
， 梯级加药时间间隔为
20min
。每次梯级加
药使系统
Ca
2＋和
HCO
3
－
质量浓度增加量设定为
50
mgL
。每次梯级加药前测定系统的构晶离子
Ca
2＋
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
25～28℃
。
n
（
Ca
2＋
）
∶n
（
Cl
-
）
=1∶2
，而当 膜表面发生
CaCO
3
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
发生持续偏离时，即出现实验终点。< br>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比。结果见图
2～
图
4
。
图
2～< br>图
4
中，
Ca
2+
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：
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
—
80
—
Y
i
=
（
X< br>i
-X
0
）
35.52
（
1
）

工业水处理
2009－04
，
29
（
4
）
·
C
a
2
+
、
C
l
-
浓
度
增
量
值

（
m
m
o
l
L
-
1
）
祝郦伟，等：新型反渗透阻垢剂动态评价方法的研究
250 0
2000
电
导
率

（
μ
S
·c
m
-
1
）
7
6
5
4
3Ca
2+
Cl
-
电导率
取样测试次序
由此可以快速判断
3
种阻垢剂在质量浓度为
3
mgL
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。
1500
1000
2
11121314
·
C
a
2
+
、
C
l< br>-
浓
度
增
量
值

（
m
mo
l
L
-
1
）
图
2
5.0
4 .5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1
PTP0 100
阻垢评价结果
电
导
率

（
μ
S
·
c
m
-
1
）
3
1800
16001400
1200
1000
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< br>阻垢剂性能优于
PTP0100
，
Ca
2+
Cl
-< br>电导率
2345678
800
91011
取样测试的次序
图< br>3
·
C
a
2
+
、
C
l
-< br>浓
度
增
量
值

（
m
m
ol
L
-
1
）
ASD200
阻垢评价结果
300 0
电
导
率

（
μ
S
·
c
m
-
1
）
8
7
6
5
4
3
2
1234567
Ca
2+
Cl
-
电导率
PTP01 00
又优于
ASD200
。
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1
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图
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［
4
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HassonD
，
DrakA
，
ionofCaSO
4
scalingonRO< br>式中：
Y
i
———
Cl
-
浓度增量值，
mm olL
；
——实测
Cl
-
质量浓度，
mgL
；X
i
—
——未开始梯级加药时的空白水体
Cl
-
质量< br>X
0
—
浓度，
mgL
。
由于加入了
CaCl
2
，所以系统中的实际
n
（
Ca
）
∶
2+
membranesatvariouswaterrecoverylevels
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工
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11
）
:16－18.
［
7
］
DarkA
，
GlucinaK
，
BuschM
，
torytechnique for
n
（
Cl
）
=1∶2
，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
predictingthescalingpropensityofR Ofeedwaters
［
J
］
.Desalina-
tion，
2000
，
132
（
1－3
）
:233－2 42.
［
8
］张冰如，欧阳清华，李风亭
.
快速评价反渗透专用阻垢 剂阻垢
性能的实验技术［
J
］
.
膜科学与技术，
2004< br>，
24
（
6
）：
38-43.
［
9
］
DrelaI
，
FalewiczP
，
idtestforeva luation
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< br>所示。
表
1
阻垢剂
ofscaleinhibitors
［< br>J
］
.WaterResearch
，
1998
，
3 2
（
10
）
:3188－3191.
阻垢剂耐受
Ca
2＋
质量浓度比较
最大耐受
Ca
2＋
质量浓度

（
mg
·
L
-1
）
［作者简介］祝郦伟（
1979< br>—），
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：
PTP0100
ASD200
#1RO
阻垢剂
注：< br>Ca
2＋
质量浓度已减去空白值。
200
150
250

，
E-mail
：
wwlyz@
。
［收稿日期］
2009-01-16
（修改稿）
—
81
—