預防反滲透結垢的方法

張啟元 （浙江玉泉環境工程有限公司 313023）

緒言

反滲透是借助一定的工作壓力使溶液中的溶劑 （一般常指水）通過反滲透膜而分離出來的過程，因為它和自然滲透的方向相反，故稱為反滲透。 根據各種物料的不同滲透壓，就可以達到使用大于滲透壓的反滲透方法達到進行分離、提取、純凈和濃縮等目的。 反滲透的對象主要是分離溶液中的離子范圍，這種方法實施過程中由于分離過程不需加熱，沒有相的變化，因此具有耗能較少、設備體積小、操作簡單、適應性能、應用范圍廣等優點。筆者通過對反滲透結垢的現象、 特點討論， 提出相關的預防途徑，進而對日后化工領域的應用實踐具有一定參考價值。

一、反滲透結垢現象分析

眾所周知，水中含有大量的鐵、錳、鋁、等重金屬離子，當其含量高時，在膜表面易形成氫氧化物膠體，產生沉積現象，故應在預處理工藝中去除鐵、錳、鋁、等，使之達到規定指標。

水中的硫酸根 （SO42-）、 碳酸根 （CO32-） 和重碳酸根（HCO3-）和水中鈣、鎂離子結合易產生硫酸鹽、碳酸鹽沉淀，應計算硫酸鹽、碳酸鹽的溶度積，其溶度積隨離子強度而不同，當濃水中的離子濃度超過離子溶度積時， 膜面就會析出鹽類的沉淀，并且在反滲透膜面上會析出鹽類（如硫酸鹽、碳酸鹽）沉淀。并當水中含有多量二氧化硅時也易產生沉淀。

反滲透結垢現象是指：反滲透膜表面出現濃度較大的情況，膜表面離子濃度高時形成過飽和溶液， 內在的鹽份會呈晶體析出，如硫酸鹽、碳酸鹽等。 晶體的析出會形成晶核，最為直接的表現便是反滲透膜表面出現結垢，將膜堵死。 諸如以下幾種現象：

1、碳酸鹽類——脫鹽率明顯降低；進出口壓差中等程度增加；裝置產水量略有降低。

2、硫酸鹽類——脫鹽率略有的降低；進出口壓差增加較大；裝置產水量明顯降低

3、金屬氫氧化物——脫鹽率迅速降低；壓差迅速降低；產水量迅速降低。

二、反滲透結垢預防

1、通過離子軟化

組成水質硬度成份的鈣、鎂離子，與離子交換劑中的鈉離子（或氫離子）進行交換，水中鈣、鎂為鈉（或氫）離子所取代，從而獲得水質軟化的效果，其基本反應式如下：

軟化：

離子交換軟化水處理， 可以使出水中的殘余硬度降得很低（小于0.05 毫克當量/升），

即水通過鈉離子交換器后，水中的Ca+、Mg+被置換成Na+。

當水中的鈣、 鎂離子微量時就難于在反滲透膜表面形成結垢。

2、通過投放阻垢劑

阻垢劑可以很好的防止反滲透膜結垢的發生， 其原理是通過對晶核的吸附而使難溶鹽減少與晶核的接觸， 降低難溶鹽的形成概率。

在水處理中常用的阻垢劑有聚磷酸鹽,有機磷酸、膦羧酸、有機膦酸脂、聚羧酸。

①最常使用的聚磷酸是三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉， 主要是為了防止CaCO3 的生成。 機理為長鏈陰離子同碳酸根發生置換反應；

②HEDP 和EDTMP 對碳酸鈣和水合氧化鐵或硫酸鈣的結垢出現有很好的抑制作用；

③擁有低毒性和高水解性的有機膦酸酯對硫酸鈣結垢的處理有比較明顯的作用，但不適合碳酸鈣垢的除垢；

④用量較少便可起到作用的聚羧酸類化合物有著很好的除碳酸鈣水垢功效。 一般使用的聚羧酸類化合物為聚丙烯酸以及水解馬來酸酐等。

阻垢劑自身具有還原性，對水中多余的氧化劑有去除效果，使水中的硫酸鈣和硫酸鎂等鹽類的Ksp 值成倍增張， 溶解平衡方向開始向溶解方向移動。 將晶體進行溶蝕，使其無法形成反滲透膜結垢。 是一種具有保護反滲透裝置功能的除垢方法。

3、通過PH的調節

水中的碳酸和重碳酸平衡與PH 值有著密切關系，將反滲透進水的pH 值調節在一定的范圍內，可以對防止反滲透的結垢起到一定作用。

水中的總堿度、 游離二氧化碳和PH 在PH＜8.3 時的近似計算為：

關于pH 的調節可通過如下方法進行：當原水的pH 值偏高時，需要加入一定量的酸對CaCO3、Mg(OH)2 結垢進行控制；當原水的pH 值偏低時，需要加一些堿增大脫鹽率，同時還可以對SiO2 結垢進行控制；對于特種分離體系，可以采用加酸或者加堿以調節pH 值，加大或減小特定組分的脫除率。

結語

反滲透技術的應用十分廣泛， 對海水或者苦咸水的淡化有著重要的技術中作用，同時還可以同離子交換器相結合，進行高純水的制取，為化工工業和電廠的鍋爐提供用水。 預防反滲透結垢的方法占據著重要的地位，在生產中不容忽視。

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