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反渗透装置结垢物质分析及控制方法

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在反渗透除盐过程中,给水在流过膜元件时较纯的水透过膜形成产品水,而给水不断被浓缩,原水中的溶解性物质会因达到过饱和状态而析出。这些物质按照其结垢倾向大小的顺序可排列为:
CaC03>CaS04>Si02>BaS04>SrS04>Al、Fe和Mn的氢氧化物
在反渗透系统中最常见的水垢为CaC03垢。但水垢一般很少为纯物质,通常是以一种化合物为主并掺杂了多种其他化合物的混合物。
一、CaC03垢的控制
当以地表水或深井水为水源时,通常用Langelier饱和指数(LSI或L.S.1)法来判断CaCO3的结垢倾向。
水的实际pH值与饱和pH值(pHS)之差,称为饱和指数(LSD或Langelier指数。
LSI=pH-pHS
如果LSI=0,则表示该水质处于平衡状态,即既不结垢也不腐蚀,水质是稳定的;如LSI>0,则表示水中CaCO3处于过饱和状态,有析出的倾向。
实际工程应用中,多采用以下方法来阻止CaCO3垢类的产生:
①对于超值的Ca、Sr、Ba类难溶盐,应降低反渗透系统回收率,避免浓水超过溶度积。
②加阻垢剂,现市场上正规厂商所供反渗透专用阻垢剂多为有机酸盐类和聚丙烯酸盐类阻垢剂,阻垢效果较好。海德能公司生产的阻垢剂可允许进水侧铁浓度达8.0ppm,浓水侧SiO2浓度可达290ppm。
③加酸可以去除水体中的C032-与HC03-,以降低CaCO3的结垢。
④采用传统的离子交换软化来脱除水体中的Sr、Ba、Si、Ca、Mg等离子,但对大水量的处理不经济。
软化法则在上述方法不能满足要求时才考虑。
对于一般天然水,采用加阻垢剂即可达到防止CaC03结垢的目的。通常阻垢剂加至保安过滤器前,加入量一般为2~5mg/L。对于高硬度水,同时使用加酸和阻垢剂比较经济,先加酸中和给水的部分碱度,将给水的LSI降至可以用阻垢剂控制的范围,通常至LSI<H2SO4较经济,同时反渗透膜对S024-的脱除率较Cl-高,因此加酸应首选H2SO4;但对有些特殊水质,加H2SO4增加的SO24-会导致包括Ca、Ba、Sr的硫酸盐沉淀,此时应选用HCl。
二、硫酸盐垢
可能的硫酸盐垢为CaSO4、BaSO4及SrSO4。一般情况下,当硫酸盐的离子浓度积IP超过其溶度积KSP,即IP>KSP即时,根据沉淀生成与溶解理论,就有可能形成硫酸盐垢;当IP<KSP时,则水中的硫酸盐是稳定的。
通常采用添加阻垢剂法防止硫酸盐垢生成。如通过添加阻垢剂仍不能控制CaSO4垢,则可以考虑用石灰软化澄清法或离子交换法(弱酸或钠离子软化)除去部分的垢,然后再加入阻垢剂。
在实际生产中如需添加垢剂,则应根据选用的反渗透专用阻垢剂的阻垢性能进行控制。
三、Si02垢的控制
在反渗透浓水中,Si02有可能达到过饱和状态,聚合生成不溶性胶态硅酸沉积在表面形成垢,Si02垢一旦生成将很难进行有效的清洗,因此对原水中的SiO2应格外重视。
当Si02与金属氢氧化物共存时,更易沉积。由于至今尚未开发出能有效防止Si02沉淀的阻垢剂或分散剂,为了防止Si02在膜的表面沉积,应控制反渗透浓水中的SiO2浓度小于其溶解度。在一定的温度及pH值的条件下,Si02的溶解度是一定的,因此反渗透装置的设计回收率与给水中的Si02浓度存在一定的制约关系。对于回收率为75%的反渗透装置,水温20℃和40℃时允许给水中Si02浓度分别约为18mg/L和42mg/L。

当给水中Si02浓度超过允许值时,可通过预处理沉淀法降低原水中的Si02浓度,也可采用提高给水温度、提高给水pH值、降低回收率等方法对Si02进行控制。
SiO2沉淀结垢的控制措施如下:
① 降低反渗透系统回收率;
②适当提高水温;
③适当调整pH值为7~8;
④以上三种方式综合应用;
⑤石灰软化可降低约50%的Si02含量。

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