当难溶盐类在膜元件内不断被浓缩且超过其溶解度极限时,它们就会在反渗透或纳滤膜膜面上发生结垢,如果反渗透水处理系统采用50%回收率操作时,其浓水中的盐浓度就会增加到进水浓度的两倍,回收率越高,产生结垢的风险性就越大。目前处于水源短缺或对环境影响的考虑,设置反渗透浓水回收系统以提高回收率成为一种习惯做法,在这种情况下,采取精心设计、考虑周全的结垢控制措施和防止微溶性盐类超过其溶解度而引发沉淀与结垢尤为重要。 1、加酸 大多数地表水和地下水中的CaCO3几乎呈饱和状态,由下式可知CaCO3的溶解度取决于PH值: Ca2+ +HCO3- →H+ + CaCO3
因此,通过加入酸中的H+,化学平衡可以向左侧转移,使碳酸钙维持溶解状态,所用酸的品质必须是食品级。在大多数国家和地区,硫酸比盐酸更易于使用,但是另一方面,进水中硫酸根的含量增加了,就硫酸盐垢而言,问题会严重。
CaCO3在浓水中更具有溶解的倾向,而不是沉淀,对于苦咸水而言,可根据朗阁利尔指数(LSI),对于含税可根据斯蒂夫和大卫饱和指数(S&DSI),表示这种趋于溶解的倾向。在饱和PHs的条件下,水中CaCO3处于溶解与沉淀之间的平衡状态。
LSI和S&DSI的定为:
LSI=PH-PHs(TDS<10000mg/L)
S&DSI=PH-PHs(TDS>10000mg/L)
仅采用加酸控制碳酸钙结垢时,要求浓水中的LSI或S&DSI指数必须为负数,加酸仅对控制碳酸钙垢有效。
2、加阻垢剂
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(SHMP)、有机膦酸盐和多聚丙烯酸盐。
相对聚合有机阻垢剂而言,六偏磷酸钠价廉但不太稳定,它能少量的吸附于微晶体的表面,阻止结构晶体的进一步生长和沉淀。但须使用食品级六偏磷酸钠,还应防止SHMP在计量箱中发生水解,一旦水解,不仅会降低阻垢效率,同时也有产生磷酸钙沉淀的危险。因此,目前极少使用SHMP,有机膦酸盐效果更好也更稳定,适应于防止不溶性的铝和铁的结垢,高分子量的多聚丙烯酸盐通过分散作用可以减少SiO2结垢的形成。
但是聚合有机阻垢剂遇到阳离子聚电解质或多价阳离子时,可能会发生沉淀反应,例如铝或铁,所产生的胶状反应物,非常难以从膜面上除去。对于阻垢剂的加入量,须经过慎重计算,避免过量加入,因为过量的阻垢剂对膜而言也是污染物。
在含盐量为35000mg/L的海水反渗透系统中,结垢问题没有苦咸水那样突出,海水受浓水渗透压所困,其系统回收率在30~45%之间,但为安全起见,当回收率高于35%时,推荐使用阻垢剂。
阳离子聚电解质可能会与负电性的阻垢剂发生协同沉淀反应并污染膜表面,必须保证当添加阴离子阻垢剂时,水中不存在明显的阳离子聚合物。
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