电导率法评价反渗透阻垢剂性能研究

电导率法评价反渗透阻垢剂性能研究

周子琛

周子琛

日出东方太阳能股份有限公司江苏连云港222000

摘要：电导率法评价反渗透阻垢剂阻垢性能是实验室常用的方法之一。通过电导率法比较了国外阻垢剂1#与国产阻垢剂2#、3#的阻垢性能，结果表明国产阻垢剂具有很大的价格优势，完全可以取代国外产品。

关键词：电导率法；反渗透阻垢剂；国产阻垢剂；阻垢性能和价格

参考文献

引言

随着工业的快速发展和环保要求的提高，反渗透在工业给水处理、海水和苦咸水淡化、废水深度处理回用等方面得到越来越广泛的应用。由于反渗透膜自有的物理特性和水质的影响，反渗透膜浓水侧易沉积各种无机盐垢、微生物黏泥和胶体，导致反渗透膜的脱盐率和通量降低，增加系统能耗并缩短反渗透膜的使用寿命。为解决反渗透膜表面的结垢问题，添加阻垢剂是防止和控制膜结垢的最简便的方法。目前市场上使用的阻垢剂主要依靠进口，研究开发无毒无害、无磷低磷的环境友好型绿色阻垢剂十分必要。

1评定阻垢剂阻垢性能的常用方法

1.1静态评价

反渗透阻垢剂的实验室静态评价法，基本沿用了循环冷却水阻垢剂阻垢性能的实验室静态评价方法。工业循环冷却水阻垢剂处理是一项成熟的技术，采用循环冷却水阻垢剂性能评价方法对反渗透阻垢剂性能进行评价和筛选目前仍是一种普遍使用的重要方法和途径[1]。在溶液中溶解性固体盐类可以电离出导电离子，故可以通过电导率的测定间接判定溶液中可溶性物质的含量，当溶液中有沉淀析出时，溶液中可导电的离子减少，其电导率值会急剧下降，因此可以通过测定试液中成垢离子发生沉淀时电导率的突变点计算出难溶盐的过饱和度，进而对阻垢剂的阻垢性能进行评价。过饱和度愈大，阻垢剂阻垢效果愈佳。电导法的重现性要好于碳酸钙沉积法。电导法能够快速、准确的评定阻垢剂的阻垢性能，具有简单方便、重现性好等优点。

1.2动态评价

静态评价法对于研究阻垢剂的性能不失为一种简便而有效的方法，也可用于实际生产中进行阻垢剂的初步筛选，但静态评价法不能模拟反渗透的实际运行工况，具有局限性。反渗透阻垢剂的性能对反渗透安全、经济运行具有至关重要的意义，所以阻垢剂实际应用前有必要进行模拟反渗透运行条件的动态性能试验[2]。但是，用监测污堵结垢的动态法评价阻垢剂性能对于阻垢剂筛选有直接的指导作用。这种方法可靠性高，但操作相对复杂且费时。

1.3鼓泡法

相对于静态阻垢法，鼓泡法具有操作简单、耗时短、重现性好的优点。但鼓泡法只适用于阻垢剂的初选，不适用于评价低剂贫阻垢剂的阻垢性能。

1.4极限碳酸盐硬度法

极限碳酸盐硬度较静态阻垢法实验准确、可靠、能提供更多有价值的数据；较动态模拟实验简便而准确，不裕复杂的设备，具有较高的实用价值，特别是在拟订阻垢配方时的阻垢剂筛选阶段[3]。

1.5玻璃电极法

利用玻璃电极法评价阻垢剂性能，除可得到与鼓泡法相同的结论，还具有重现性好屯操作时间短、操作简便、设备简单、结果可信度高等特点。同时该法适用于低剂量（0一5mg/L）阻垢剂，体现了低剂量效应[4]。

2方法及材料

2.1实验方法

目前评价反渗透阻垢剂的方法较多。静态阻垢法包括：碳酸钙沉积法、鼓泡法、临界ｐＨ法、电导率法、浊度法等，动态评价方法有：给水一次通过法、全循环法、部分循环法、间歇循环法，这些方法均能在一定程度上满足评价反渗透阻垢剂的要求，但各有优缺点。电导率法的方法原理是：试液中结垢难溶盐发生沉淀、电导率下降时所消耗的碳酸钠体积越大，阻垢剂的阻垢性能越好。

2.2实验装置

实验装置如图1所示。实验仪器：恒温水浴箱、磁力搅拌器、电导率仪、碱式滴定管、带冷却夹套锥形瓶、移液管、秒表等。

图1电导率法实验装置

2.3实验溶液及药剂

CaCl2溶液（3mmol/L、Na2CO3溶液（100mmol/L）。本实验所用编号为1#、2#、3#阻垢剂原液，阻垢剂1#主要成分为有机膦酸盐（国外产品），阻垢剂2#主要成分为膦酸基多羧酸，阻垢剂3#主要成分为有机膦酸盐，阻垢剂理化参数见表1。

表1阻垢剂理化参数

2.4实验步骤

1）用移液管量取100mLCaCl2液加人盛有磁力转子的200mL夹套锥形瓶中；

2）检查恒温水浴箱中水的安全液位，设置好试验温度，打开恒温水浴箱的电源开关和加热开关；

3）打开电导率仪电源开关，预热30min，设置好试验温度，同时打开磁力搅拌器电源开关；

4）在盛有100mLCaCl2溶液的夹套锥形瓶中加人一定浓度的阻垢剂，盖上连有温度传感器、滴定管、电导率仪电极的橡胶塞；

5）打开恒温水浴箱的循环泵，待温度稳定后，调节磁力搅拌器搅拌速度旋钮，搅拌速度控制在150r/min；

6）开始滴加Na2CO3溶液并计时，每次约为0.17mL（4滴）Na2CO3溶液、计时1min后观察电导率有无变化；如没有变化继续滴加Ｎａ2Ｃ03溶液，直到电导率下降时，记录下Na2CO3溶液消耗的体积数。

3阻垢剂性能评价

阻垢剂1#为国外某品牌产品，2#、3#均为山东泰和提供。对阻垢剂的评价是从研究工业循环冷却水开始的，所以，早期的反渗透阻垢剂评价方法或来源于循环水阻垢剂的方法，或是将之改进后用于反渗透阻垢剂评价，近年来在反渗透阻垢剂的动态评价等方面已取得一些进展。

3.1阻垢性能试验

阻垢剂质量浓度均为3mg/L，在不同温度条件下，空白及各阻垢剂的碳酸钠消耗体积试验结果见图表1。阻垢剂质量浓度为5mg/L，在不同温度条件下，空白及各阻垢剂的碳酸钠消耗体积试验结果见图2。

图2阻垢剂5mg/L时不同温度条件下碳酸钠体积消耗对比

温度20℃时，1#阻垢剂质量浓度分别为3，5，7，9，11，13mg/L时，碳酸钠消耗体积试验结果见图3。

图320℃阻垢剂各浓度对应的碳酸钠体积消耗对比

1-3mg/L，2-5mg/L，3-7mg/L，4-9mg/L，5-11mg/L，6-13mg/L

20℃时阻垢剂质量浓度为3mg/L的电导率变化趋势见图表4。

4结果与讨论

由以上数据可以看出：碳酸钠的体积消耗量随着体系温度升高而逐渐降低，随着阻垢剂浓度的增加而逐渐增加，但增加到一定值后，碳酸钠体积消耗增加不明显；阻垢剂加量控制在3-11mg/L时，碳酸钠的消耗与电导率成正比例线性关系；另外，1#和3#阻垢剂的理化参数接近，在相同条件下，它们消耗的碳酸钠体积也接近；2#阻垢剂在同样的条件下阻垢能力明

显要优于1#和3#，2#阻垢剂的价格只是1#阻垢剂的1/7-1/6，具有明显的价格优势[5]。

图420℃时阻垢剂质量浓度为3mg/L的电导率变化趋势

结束语

结果表明，国产2#阻垢剂与国外阻垢剂相比具有明显的价格优势，且阻垢性能要比国外产品优秀，是完全可以取代国外产品的。通过本实验也可以证明电导率法能够反应反渗透系统结垢离子由于浓差极化而引起的结垢问题，是实验室内快速、准确评价反渗透阻垢剂性能的好方法。

参考文献

[1]张化冰，郦和生，谢文州.电导法评价新型反渗透阻垢剂YSM-14性能研究[J].石化技术，2014，21（1）：13-15.

[2]唐福生，姜威，张麟，等.新型动态法评价反渗透阻垢剂的阻垢性能研究[J].给水排水，2013（s1）：288-291.

[3]梁琳琳，郑敏聪，李建华.反渗透阻垢剂阻垢性能静态评价装置：，CN203519504U[P].2014.

[4]胡小龙.国产反渗透系统阻垢剂的性能评价及其工程应用[J].工业用水与废水，2017，48（5）：62-64.

[5]韩淑彬，梁恒.溶液电导率法对碳酸钙阻垢剂阻垢性能评价研究[J].石化技术，2015，22（10）.