反渗透膜用阻垢剂的研制与应用研究_杜启云

文章编号:1007-8924(2008)06-0075-04反渗透膜用阻垢剂的研制与应用研究杜启云1,周伟生2(1.天津膜天膜工程技术有限公司,天津300160;2.天津化工研究设计院,天津300131)摘要:利用溶液聚合的方法以丙烯酸、丙烯磺酸钠等单体为原料合成了含磺酸基的多元共聚物,并与有机膦酸、低分子量的聚丙烯酸等水处理药剂按一定比例进行复配研制成反渗透阻垢剂TM-1,通过动态实验室阻垢实验和在工业生产反渗透系统中的使用,证明TM-1对CaCO3垢、CaSO4垢,铁盐、硅垢等有很好的阻垢效果.关键词:反渗透膜;阻垢剂;复合物中图分类号:TQ028.8文献标识码:A反渗透膜的浓水侧极易受到沉积物的污染,如在膜表面生成CaCO3、Ca3(PO4)2、CaSO4、BaSO4、SrSO3、金属氧化物、硅化合物等沉积物,影响反渗透装置的正常运行,严重时导致反渗透膜的报废.解决这一问题的最常用方法是往反渗透进水中加阻垢剂,阻止这些物质在膜表面结垢.随着反渗透技术的推广,反渗透阻垢剂的开发成为人们竞相研究的热点[1-3].目前国内外反渗透阻垢剂主要为多种单体的复配物,含有有机磷酸盐,聚丙烯酸,丙烯酸,丙烯酸酯,丙烯磺酸等单体的二元或多元共聚物.但是对于不同水质,用不同的阻垢剂进行复配,其阻垢效果差异很大.针对内蒙古某污水厂的水质情况,我们经过合成、复配和配方筛选,研制出了一种反渗透阻垢剂MT-1,并且对MT-1和国外两种型号的阻垢剂进行了实验室动态评价和性能研究,该阻垢剂在实验室动态评价和现场实际应用中均取得良好的效果[4].1实验部分1.1阻垢剂TM-1的制备在装有电动搅拌器、回流冷凝器、温度计和滴液漏斗的四口瓶中加入一定量的水,搅拌并升温到一定温度后,同时滴加丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、丙烯磺酸钠等单体和引发剂过硫酸钠的水溶液,滴加完毕,继续搅拌反应2～3h,冷却至室温得到黄色透明粘稠的共聚物产品,将该共聚物和有机膦酸、低分子量的聚丙烯酸等按照一定比例与去离子水混合,经过滤后即得到反渗透膜用阻垢剂TM-1.1.2阻垢剂性能的实验室动态评价1.2.1实验试剂去离子水,氯化钙(分析纯)、碳酸氢钠(分析纯)、氢氧化钠(分析纯)、三氯化铁(分析纯)、硅酸钠(分析纯)、阻垢剂TM-1、国外反渗透膜用阻垢剂样品1#和2#.1.2.2仪器和设备本实验采用自主装配的一套小型实验室用反渗透膜药剂评价装置,实验装置示意图见图1.1.石英砂;2.活性炭;3.阳离子交换树脂;4.原水槽;5.高压泵;6.评价池图1阻垢剂评价装置流程图Fig.1Flowchartforappraisingdeviceofscaleinhibitor1.2.3实验方法本实验首先将反渗透膜装入评价装置,在实验收稿日期:2007-05-15;修改稿收到日期:2007-10-31作者简介:杜启云(1940-),男,北京市人,教授,博导,研究方向为中空纤维分离膜和管式膜的制备和应用、膜材料化学改性、膜分离工程设计〈qiyundu@msn.com〉,电话:022-24528028第28卷第6期膜科学与技术Vol.28No.62008年12月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYDec.2008DOI:10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2008.06.004装置的水槽内加入50kg去离子水,待温度升至指定温度(25℃),入水压力与出水压力均调至1MPa,浓水流量为240L/h时测定收集20mL产水所需时间.加入所需评价的阻垢剂(阻垢剂必须在加氯化钙和碳酸氢钠药剂之前加入,如后加阻垢剂则不能较好地达到阻垢作用),循环5min后,分别加入称量好的氯化钙和碳酸氢钠.注意这两种药剂要间隔一段时间加入,以防止局部浓度过高,产生沉淀.然后滴加氢氧化钠,将水槽内水的pH值调至7～8之间.在指定的温度下,测定产水20mL所需的时间,每间隔1h测定一次.最后根据测定的时间,通过渗透通量计算公式计算水通量,公式如下:JW=VW/(S·t)式中:JW为溶剂透过速度,mL/(cm2·min);VW为透过液的体积,mL;S为膜的有效面积,cm2;t为运转时间,min.实验用反渗透膜为Dow化学公司Filmtec膜.2结果与讨论2.1TM-1对CaCO3垢的阻垢效果图2不同TM-1浓度对通量变化的影响Fig.2EffectofTM-1indifferentconcentrationonfluxchange在水温为25℃,1600mg/LCaCO3的配水,pH=8的条件下,对3个浓度的TM-1进行阻垢性能实验,结果如图2所示.由图2可以看出:TM-1浓度为3mg/L时的阻垢效果优于2mg/L和1mg/L,2mg/L和1mg/L的阻垢效果相差不大,2mg/L稍好于1mg/L;在整个