新型反渗透膜阻垢剂ZG01的阻垢性能评价

蒋璨 陈晓波 鞠美庭 王海勇

摘 要：本研究采用静态阻垢法对新型反渗透膜阻垢剂ZG01进行了阻碳酸钙、硫酸钙、氟化钙和磷酸钙的性能评价。静态阻垢试验表明，新型反渗透膜阻垢剂ZG01（简称RO-ZG-01）具有良好的阻碳酸钙垢性能，加药量为10 mg/L时，其阻垢率为73.43%，比竞品阻垢剂01和竞品阻垢剂02的阻垢率高约5%，性价比较高，同时分散性较好;RO-ZG-01具有良好的阻硫酸钙垢性能，加药量为10 mg/L时，其阻垢率为89.23%，与竞品阻垢剂01和竞品阻垢剂02在误差范围内一致，三者相差不大;新型反渗透膜阻垢剂ZG01具有较好的阻磷酸钙垢性能，加药量为20 mg/L时，其阻垢率为68.42%，比竞品阻垢剂01高约5%，与竞品阻垢剂02相差不大，同时分散性较好。

关键词：反渗透膜;阻垢剂;碳酸钙;硫酸钙;氟化钙

中图分类号：TQ085.412文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）26-0128-03

Abstract： In this study， the static scale inhibition method was used to evaluate the performance of the new type reverse osmosis film scale inhibitor ZG01 against calcium carbonate， calcium sulfate， calcium fluoride and calcium phosphate. Static scale inhibition experiment shows that the new type reverse osmosis film scale inhibitor ZG01 （referred to as RO-ZG-01） has a good performance of calcium carbonate scale inhibition， the scale inhibition rate of the new type reverse osmosis film scale inhibitor ZG01 is 73.43% when the dosage of 10 mg/L is added， which is about 5% higher than that of competing products scale inhibitor 01 and competing products scale inhibitor 02， and has a higher cost performance and better dispersibility; RO-ZG-01 has good calcium sulfate scale inhibition performance， when the dosage is 10 mg/L， the scale inhibition rate is 89.23%， which is consistent with the competition scale inhibitor 01 and the competition scale inhibitor 02 within the error range， and the three are not much different; the new reverse osmosis film scale inhibitor ZG01 has good calcium phosphate scale inhibition performance， when the dosage is 20 mg/L， the scale inhibition rate is 68.42%， which is about 5% higher than that of the competition scale inhibitor 01， and is not much different from the competition scale inhibitor 02， and has better dispersion.

Keywords： reverse osmosis film;scale inhibitor;calcium carbonate;calcium sulphate;calcium fluoride

反滲透技术是当今比较先进和节能效果突出的膜分离技术。反渗透膜的孔径非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等物质，具有无相变、能耗低、分离条件温和、组件化、操作方便、占地面积小、投资低等优点。反渗透技术的核心就是反渗透膜，膜污染与否直接影响反渗透系统工作效率。而反渗透系统运行过程中，浓水侧离子浓缩，导致水中溶解的物质析出而生成污垢，严重影响设备的运行，也会对膜产生损伤[1]。为了保证设备稳定运行，延长设备寿命，通常需要向反渗透系统的原水中添加阻垢剂。性能优良的阻垢剂可以很好地抑制污垢的形成，缓解膜污染，降低反渗透水处理成本。目前，国内对反渗透阻垢剂的开发还不够成熟，多数反渗透阻垢剂还依赖进口，价格高昂，难以满足国内日益增长的需求。因此，开发性价比高的反渗透阻垢剂对于水处理系统应用反渗透技术有着积极的意义。

1 试验部分

1.1 试验用阻垢剂及试剂

主要试剂有新型反渗透膜阻垢剂ZG01、竞品阻垢剂01、竞品阻垢剂02和竞品阻垢剂03。其他化学分析药剂均为分析纯。

1.2 试验仪器

电热恒温水浴锅，天津市泰斯特仪器有限公司;分光光度仪，上海菁华科技仪器有限公司;便携式pH计，上海仪电科学仪器股份有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 碳酸钙静态阻垢法。在编号不同的500 mL玻璃容量瓶中加入一定量的氯化钙溶液，使最终钙离子含量为720 mg/L，加入不同浓度的阻垢剂，用四硼酸钠调pH至8.9，再加入一定量的碳酸氢钠溶液，使最终碳酸氢根含量为1 098 mg/L，在80 ℃下恒温保存10 h，冷却过滤后进行Ca2+含量的测定[2]。阻垢率[η1]计算公式为：

[η1=[（V-V0）/（V1-V0）]×100%]                   （1）

式中，[V]为加阻垢剂消耗的EDTA的体积，mL;[V0]为空白试验消耗的EDTA的体积，mL;[V]为总钙消耗的EDTA的体积，mL。

1.3.2 硫酸钙静态阻垢法。在编号不同的500 mL玻璃容量瓶中加入一定量的氯化钙溶液，使最终钙离子含量为1 920 mg/L，加入不同浓度的阻垢剂，用四硼酸钠调pH至8.9，再加入一定量的硫酸钠溶液，使最终硫酸根含量为4 608 mg/L，在60 ℃下恒温保存6 h，冷却过滤后进行Ca2+含量的测定。阻垢率计算公式同式（1）。

1.3.3 磷酸钙静态阻垢法。在编号不同的500 mL玻璃容量瓶中加入一定量的氯化钙溶液，使最终钙离子含量为100 mg/L，加入不同浓度的阻垢剂，用四硼酸钠调pH至8.9，再加入一定量的磷酸二氫钾溶液，使最终磷酸根含量为5 mg/L，在80 ℃下恒温保存10 h，冷却过滤后进行磷酸根含量的测定[3]。阻垢率[η2]计算公式为：

[η2=[（m-m0）/（m1-m0）]×100%]                  （2）

式中，[m]为加阻垢剂的溶液磷酸根含量，mg/L;[m0]为空白试验磷酸根含量，mg/L;[m1]为总磷酸根含量，mg/L。

1.4 分析项目及方法

Ca2+浓度的测定参照《锅炉用水和冷却水分析方法 钙的测定 络合滴定法》（GB 6910—2006），采用络合滴定法;磷酸根含量的测定采用《锅炉用水和冷却水分析方法 磷酸盐的测定》（GB/T 6913—2008）中的方法。

2 试验结果与讨论

2.1 静态阻碳酸钙试验

在试验温度80 ℃、试验时间10 h的条件下，改变阻垢剂的加药浓度，考察不同阻垢剂对CaCO3的阻垢性能，结果如图1所示。

从图1可以看到，随着加药量的增加，三种阻垢剂的阻垢率逐渐增加，但是加药量从4 mg/L升至10 mg/L的阻垢率增量要大于加药量从10 mg/L升至20 mg/L的阻垢率增量。在加药量为10 mg/L时，阻垢剂ZG01的阻垢率达到73.43%，而加药量变为20 mg/L时，其阻垢率升至80.26%，说明阻垢剂ZG01在加药量10 mg/L处存在溶限效应，随着加药量继续增大，阻垢性能变化不大。

2.2 静态阻硫酸钙试验

在试验温度60 ℃、试验时间6 h的条件下，改变阻垢剂的加药浓度，考察不同阻垢剂对CaSO4的阻垢性能，结果发现，三种阻垢剂对于硫酸钙存在明显的溶限效应，当阻垢剂加药量为10 mg/L时，其基本阻垢率都达到90%左右，阻垢剂ZG01阻垢率达到89.23%，竞品阻垢剂01和竞品阻垢剂02达到87.98%，而加药量继续增加到20 mg/L时，阻垢剂ZG01、竞品阻垢剂01和竞品阻垢剂02的阻垢率分别为90.65%，88.44%和88.84%。当加药量相同时，在误差允许范围内，阻垢剂ZG01、竞品阻垢剂01和竞品阻垢剂02阻硫酸钙垢的性能相差不大，当加药量为10 mg/L时，其阻垢效果好，性价比最高。

2.3 静态阻磷酸钙试验

在试验温度80 ℃、试验时间为10 h的条件下，改变阻垢剂的加药浓度，考察不同阻垢剂对Ca3（PO4）2的阻垢性能。结果发现，对于磷酸钙垢，阻垢剂ZG01和竞品阻垢剂02的阻垢效果较好，竞品阻垢剂02略优于阻垢剂ZG01;当加药量为10 mg/L时，阻垢剂ZG01的阻磷酸钙垢率为54.58%，当加药量为20 mg/L时，阻垢剂ZG01的阻磷酸钙垢率为68.42%。试验发现，对于加入阻垢剂的试验样品，瓶底的钙垢呈松散的、不沉积于瓶底的状态，可以随着水流倒出;而空白试验中钙垢沉积于瓶底，不随水流移动，需要酸洗才能洗净。这说明这几种阻垢剂都有较强的分散作用，能够改变钙垢的晶格，使其黏附性下降。

3 结论

静态阻垢试验表明，新型反渗透膜阻垢剂ZG01具有良好的阻碳酸钙垢性能，当加药量为10 mg/L时，其阻垢率为73.43%，比竞品阻垢剂01和竞品阻垢剂02的阻垢率高约5%，性价比较高，同时分散性较好;新型反渗透膜阻垢剂ZG01具有良好的阻硫酸钙垢性能，当加药量为10 mg/L时，其阻垢率为89.23%，与竞品阻垢剂01和竞品阻垢剂02在误差范围内一致，三者相差不大;新型反渗透膜阻垢剂ZG01具有较好的阻磷酸钙垢性能，当加药量为20 mg/L时，其阻垢率为68.42%，分散性较好。

参考文献：

[1]郦和生，谢文州.反渗透膜阻垢剂评价方法的研究进展[J].工业水处理，2010（3）：1-4.

[2]中国标准出版社，中国标准出版社第二编辑室.水处理剂与工业用水水质分析方法[M].北京：中国标准出版社，2008.

[3]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）：43-46.