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什么是反渗透药剂,反渗透膜阻垢原理

来源: 作者:admin 发布日期:2018-05-02 15:08:06

一、什么是反渗透药剂?

首先要了解“渗透”的概念,渗透是一种物理现象。当两种不同浓度盐类的水,如用一张半渗透性的薄膜分开就会发现,含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中,而其中的盐分并不渗透,这样,逐渐把两边的含盐浓度融合到均等为止。然而,要完成这一过程需要很长时间,这一过程也称为渗透。但如果在含盐量高的水侧,施加一个压力,其结果可以使上述渗透停止。如果压力再加大,可以使水向相反的方向渗透,而盐分剩下。因此,反渗透除盐原理,就是在有盐分的水中(如原水),施以比自然渗透压力更大的压力,使渗透向相反方向进行,把原水中的水分子压到膜的另一边,变成洁净的水,从而达到除去水中杂质、盐分的目的。

二、反渗透膜阻垢原理

1、反渗透膜的阻垢原理主要有三种:溶限效应(络合增溶)、晶格歪曲机理、分散作用(静电斥力)。不同的阻垢剂选用不同化学物质组分或之间复配可以同时具备其中的一种或几种阻垢机理,控制RO系统浓水侧的结垢问题。然后通过原水水质分析和对水质结垢趋势的计算,选择最适合控制该水质结垢特点的阻垢剂,达到全面有效的阻垢目的。

2、溶限效应作用机理

阻垢剂溶入水后发生电离,生成带负电性的分子链,它与Ca2+、Mg2+等致垢离子形成可溶于水的络合物或螯合物,从而使无机盐溶解度增加,起到阻垢作用。

3、晶格歪曲机理(以碳酸钙晶体为例)

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,阻碍和破坏无机盐晶体的正常生长,减慢了晶体的增长速率,从而减少盐垢的形成;同时,由于分散、阻垢剂分子在晶体表面上的吸附,晶体即使增长,也只能是畸形增长,也就是晶格歪曲。歪曲后的晶格与金属表面的粘附力减弱,因此,不易沉积于金属表面上。晶格歪曲作用除与聚合物相对分子质量大小有关外,同功能性基团的特性也有密切关系。因此,聚合物质量的优劣将直接影响到阻垢效果。

4、分散机理

分散阻垢剂所吸附的微晶带有相同电荷,使微粒间排斥力增加,阻碍它们的聚结,使它们处于良好的分散状态,从而阻止或减少垢物的形成。有效控制铁的氧化物沉积的阻垢剂,可通过阻垢剂配方中的有机聚羧酸/璜酸聚合物优异的分散能力达到控制铁氧化物沉积的问题。而阻垢剂中的聚羧酸聚合物还同时具有优良的溶限效应和晶格扭曲作用,因此,可全面有效控制RO机组浓水侧碳酸钙、硅酸盐、硫酸盐等的结垢问题。

5、过饱和度的计算

6、对于过饱和溶液存在以下关系:

KSP(CaCO3)<[Ca2+][CO32-](1)

式中:[Ca2+]——钙离子浓度,mol/L;

[CO32-]——碳酸根离子浓度,mol/L;

KSP(CaCO3)——在某一温度下碳酸钙的溶度积常数。

自然环境下的水源中,物质的结晶受多种因素的影响,通常存在一个过饱和度,只有在超过待定的过饱和度时才会产生沉淀。CaCO3的过饱和度S可由式(2)计算:

S=[Ca2+] [CO32-](2)

根据试验数据和上述计算公式可得25℃下碳酸钙的过饱和度,计算过程如下:

[Ca2+]=4.955×10-4 mol/L

[CO32-]=8.920×10-4 mol/L

[Ca2+]×[CO32-]=4.420×10-7

从物理化学手册中可以查出25℃时CaCO3的KSP为4.8×10-9。因此,CaCO3在试验条件下的过饱和度S0为92。

7、相对过饱和度的计算。

为了比较不同阻垢剂的阻垢效果,定义有某种阻垢剂存在时CaCO3的过饱和度SP和相同条件下无阻垢剂时CaCO3的过饱和度S0的比值为相对过饱和度Sr。Sr=SP/ S0

三、反渗透阻垢剂和循环水阻垢剂的区别

由于二者所面临情况的不同,对于二者的要求是有差别的:循环水的运行环境要求长效,耐菌,可以使用大量的聚合物分散剂,提供对悬浮物的分散作用来增加阻垢效果,循环水系统体积大,露天运行,对于药剂的纯度要求不高。

反渗透阻垢剂由于作用时间短,要求阻垢剂快速与结垢离子作用,所以要求快速高效;另外由于膜内部通道狭窄,如果采用聚合物分散剂会引起更大的问题;同时阻垢剂过程是在膜表面的浓缩过程,如果杂质含量高也会影响系统的稳定运行。