阻垢剂在选择及使用时的问题探讨

关于阻垢分散剂的使用问题探讨

用于反渗透和纳滤系统的阻垢剂是一系列用于阻止结晶矿物盐的沉淀和结垢形成的化学药剂。大多数阻垢剂是一些专用有机合成聚合物（比如聚丙烯酸、羧酸、聚马来酸、有机金属磷酸盐、聚膦酸盐、膦酸盐、阴离子聚合物等），这些聚合物的分子量在2000－10000道尔顿不等。反渗透系统阻垢剂技术由冷却循环水和锅炉用水化学演变而来。对为数众多各式各样的阻垢剂，在不同的应用场合和所采用的有机化合物所取得的效果和效率差别很大。

采用聚丙烯酸类阻垢剂时要特别小心，在铁含量较高时可能会引起膜污染，这种污染会增加膜的操作压力，有效清除这类污染要进行酸洗。

如果在预处理中使用了阳离子混凝剂或助滤剂，在使用阴离子性阻垢剂时要特别注意。会产生一种粘稠的粘性污染物，污染会造成操作压力增加，而且这种污染物清洗非常困难。

六偏磷酸钠（SHMP）是早期在反渗透中使用的一种普通阻垢剂，但随着专用阻垢剂的出现，用量已经大大减少了。SHMP的使用有一些限制。每2－3天要配制一次溶液，因为暴露在空气中会水解，发生水解后不仅会降低阻垢效果，而且还会造成磷酸钙结垢的可能性。使用SHMP可减少碳酸钙结垢，LSI可达到＋1.0。

阻垢剂阻碍了RO进水和浓水中盐结晶的生长，因而可以容许难溶盐在浓水中超过饱和溶解度。阻垢剂的使用可代替加酸，也可以配合加酸使用。有许多因素会影响矿物质结垢的形成。温度降低会减小结垢矿物质的溶解度（碳酸钙除外，与大多数物质相反，它的溶解度随温度升高而降低），TDS的升高会增加难溶盐的溶解度（这是因为高离子强度干扰了晶种的形成）。

最常见的结垢性无机盐有：

◆ 碳酸钙（CaCO3）

◆ 硫酸钙（CaSO4）

◆ 硫酸锶（SrSO4）

◆ 硫酸钡（BaSO4）

不太常见的结垢性矿物质有：

磷酸钙（Ca3(PO4)2）

氟化钙（CaF2）

分散剂是一系列合成聚合物用来阻止膜面上污染物的聚集和沉积。分散剂有时也叫抗污染剂，通常也有阻垢性能。对于不同的污染物，不同的分散剂的效率区别很大，所以要知道所对付的污染物是什么。

需要分散剂处理的污染物有：

● 矿物质结垢

● 金属氧化物和氢氧化物（铁、锰和铝）

● 聚合硅酸

● 胶体物质（指那些无定型悬浮颗粒，可能含有土、铁、铝、硅、硫和有机物）

● 生物性污染物

硅酸的超饱和溶解度难以预测，在水中有铁存在时，会形成硅酸铁，硅酸的最大饱和浓度会大大降低。其他的因素还有温度和pH值。预测金属氧化物（如铁、锰和铝）也非常困难。金属离子的可溶解形式容许较高饱和度，不溶性离子形式更像是颗粒或胶体。

理想的添加量和结垢物质及污染物最大饱和度最好通过药剂供应商提供的专用软件包来确定。在反渗透设计软件中采用的是较为保守的难溶盐超饱和度估算。过量添加阻垢剂/分散剂会导致在膜面上形成沉积，造成新的污染问题。在设备停机时一定要将阻垢剂及分散剂彻底冲洗出来，否则会留在膜上产生污染问题。在用RO进水进行低压冲洗时要停止向系统注入阻垢剂及分散剂。

阻垢剂/分散剂注入系统的设计应该保证在进入反渗透元件之前能够充分混合，静态搅拌器是一个非常有效的混合方法。大多数系统的注入点设在RO进水保安过滤器之前，通过在过滤器中的缓冲时间及RO进水泵的搅拌作用来促进混合。如果系统采用加酸调节pH，推荐加酸点要在上游足够远的地方，在到达阻垢剂/分散剂注入点之前已经完全混合均匀。

注入阻垢剂/分散剂的加药泵要调到最高注射频率，建议的注射频率是最少5秒钟一次。阻垢剂/分散剂的典型添加量为2－5ppm。为了让加药泵以最高频率工作，需要对药剂进行稀释。阻垢剂/分散剂商品有浓缩液，也有固体粉末。稀释了的阻垢剂/分散剂在储槽中会被生物污染，污染的程度取决于室温和稀释的倍数。推荐稀释液的保留时间在7－10天左右。正常情况下，未经稀释的阻垢剂/分散剂不会受到生物污染。

下面的表给出一些药剂厂商提供的加阻垢剂后，RO浓水中难溶盐最大饱和度，以及设计软件所采用的保守警戒值。这些数值基于浓水的情况，以正常未加药时的饱和度为100％计算。海德能一直推荐用户要向厂商确证其产品的实际效率。

选择阻垢剂/分散剂的另外一个主要问题是要保证与反渗透膜完全兼容。不兼容药剂会造成膜的不可逆损坏。供应商会进行药剂的RO膜兼容性测试和效率测试。我们建议用户向阻垢剂和分散剂厂商咨询下列一些问题：

● 与相关RO膜的兼容性如何？

● 有没有成功运行1000小时以上的最终用户列表？

● 与反渗透进水中的任何成分（比如铁、重金属、阳离子聚电解质等）有没有不可逆反应？

● 推荐添加量和最大添加量是多少？

● 有没有特殊的排放问题？

● 是否适于饮用水应用（有必要时）？

● 该厂商还供应与阻垢剂相容的混凝剂、杀菌剂和清洗剂等其他反渗透药剂吗？

● 该厂商是否提供膜解剖或元件清洗一类的现场技术服务？

反渗透为目前全球公认的制造脱盐水最有效的技术之一，时至今日电力、煤化工、焦化炼化、海水淡化、食品、化妆品等方方面面已经无法脱离该技术。

反渗透技术是膜分离技术，目前普遍采用的卷式膜，在设备运行过程中极易造成膜的生物及化学污染，从而导致系统供水压力和清洗频率增加，出水量或脱盐率下降，严重的情况下甚至使膜元件提前报废。

而为确保RO系统能经济、安全、平稳的运行，除了装置可靠的设计和元器件的选择以及完善的运行管理外，选择合适的反渗透膜专用药剂防治或减缓污染显得至关重要。

反渗透设备常用药剂包括阻垢剂、杀菌剂、清洗剂，阻垢剂顾名思义其主要作用是阻止或减缓RO膜表面无机垢的形成，再配合使用杀菌剂削减生物污堵的情况下达到减少前端药剂使用量、降低清洗频率、减少清洗投入、降低能耗等作用，真正实际的为企业节约成本。

污染物的形成在反渗透设备运行中是不可避免的，主要污染物有两种无机物污染和生物污染，其中无机物污染可以通过选择合适的阻垢剂加以缓解。

反渗透阻垢剂的发展历程与反渗透技术的应用历程是相吻合的，从设备被普遍使用开始“酸”成为了最初的阻垢剂用于减缓结垢；随着科学家的不断研究，六偏磷酸钠及其它磷酸盐产品逐步走入用户的视线，而现今市场上阻垢剂种类繁多其中包括有机和无机酸、基础磷酸类和改性磷酸类、聚丙烯酸类和多元聚合物类等等。改性磷酸盐产品由于应用时间悠久、性能优异且环境相对友好，所以目前仍然占市场主导地位。而聚合物类产品虽在阻垢性能上稍有不足但在环保和特殊水质上也有突出表现；有机和无机酸产品胜在价格低廉，在进水水质优异的地区仍然保存着一定的市场，另外在饮用水制造业上也有应用。

有机磷和聚合物类反渗透阻垢剂的工作原理一般是以阀值抑制、晶格畸变、分散、螯合等功效中的一种及多种协调作用于水中的各类离子之上，从而降低结垢倾向、减缓结垢。美国AWC（American Water Chemicals）公司的阻垢剂产品在此点上将多种功效集于一身，在全年市场上占有相当的比重。

◾  阀值抑制：当晶种开始形成时阻垢剂吸附到晶种上，成为其他离子吸附的障碍，从而阻止晶体的生长。

◾  晶格畸变：阻垢剂可以干扰晶体的生长，（晶体结构不完善）导致球形结构的出现。畸形的晶体与（完美）的晶体相比更加不稳定，因此也更容易重新溶解。（图例－）

◾  分散：阻垢剂沉积在已经形成的（小）晶体上，阻垢剂本身带有负电荷，使得晶体互相排斥，从而阻止了晶体凝聚在一起形成更大的晶体。（图例二）

◾  螯合：有的阻垢剂分子能够起到“捆绑”金属离子的作用，通过与金属阳离子竞争，阻垢剂能够推迟不溶性盐的形成。这种螯合作用与对已经形成的金属盐（如氢氧化铁）的分散作用相互协同，从而进一步推迟了无机物的污染。（图例三）

一款阻垢剂的选择，首先要考虑进水水质，如果水质变化比较大，要以最差的水质为依据，特别是废水，其水质复杂且变化较大，因此要求上游排入废水系统的废水要有严格的控制并适当分流，而在进入反渗透膜之前要做好前处理工作，尽可能的达到反渗透进水要求。实际对阻垢剂的选择，第一要了解进水的基本情况，所以一份水质报告是必不可少的，能够适用于宽泛PH值的阻垢剂可以大大降低设备酸碱的使用量，例如美国AWC公司的产品通常情况下PH值可适用范围为5-9，较为理想 。其次进水中各种离子浓度如何更是同进水结垢倾向相联系，好的阻垢剂能够在高的结垢倾向下正常运行且加量较少，例如美国AWC公司的AWC A-102产品能有效控制碳酸钙、硫酸钙、硫酸锶结垢，碳酸钙的 LSI高达+3.0尚不致结垢。而DOW公司ACUMER 4450和ACUMER 5000 更是能够对水中二氧化硅、金属颗粒等有非常好的分散效果。 一款阻垢剂的选择不单只看以上二个重点还应该关注药剂是否同RO膜原件相配套，是否有膜厂商推荐、是否有完善的监督和监测、各类认证是否齐全。

确定阻垢剂品牌以后，阻垢剂的使用量需要利用品牌供应商的加药软件进行数据测算，数据测算的准确程度取决于品牌供应商数据库的完善程度，例如AWC、DOW等少数厂家提供的数据库均有20年以上历史的沉积，数据测算相对精准到位。

阻垢剂在实际使用中的投加量的控制也要做到准确，药剂并不是投入量越大效果就越好的，往往大的投加量反而会造成膜原件的污堵。一款质量稳定、性能可靠且认证齐全、后续服务到位的阻垢剂产品在用户使用过程中能够为客户带来意想不到的收益。