CN102053052B

CN102053052B - 一种水处理药剂对膜系统运行影响的测试方法

Info

Publication number: CN102053052B
Application number: CN200910236765.4A
Authority: CN
Inventors: 平春霞; 栾金义; 张英雄; 邢琳; 范丽辉; 曹宗仑
Original assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: CN102053052A

Abstract

本发明提供一种水处理药剂对膜系统运行影响的评价方法，首先将膜系统的产水全部排放、浓水全部回流，使排掉的产水为原水量的50～90％，然后将产水和浓水全部回流，通过测定和比较不同时间的进水罐中水处理药剂的浓度和膜单元的产水量，评价水处理药剂对膜系统运行的影响。

Description

一种水处理药剂对膜系统运行影响的测试方法

技术领域

本发明涉及一种膜在废水处理过程中的测试方法，尤其涉及一种水处理药剂对膜系统运行影响的测试方法。

背景技术

以高分子膜为代表的膜分离技术作为一种流体分离单元操作技术，三十年来取得了令人瞩目的巨大发展，目前膜法除大规模用于海水淡化、苦咸水淡化、纯水及高纯水生产外，还在各种工业废水处理与回用等领域得到应用。

膜污染是膜技术应用中最大的制约因素，它不仅增加运行费用，缩短膜的使用寿命，还直接影响膜的高效连续运行。因此解决膜污染问题是膜技术应用的关键问题。

水处理处理药剂在应用过程中如果药剂选择和使用不当将对膜系统造成污堵。例如，有机磷类水处理药剂所含有的磷成分是细菌微生物的营养源，会给膜带来生物污染危害；有机合成聚合物类水处理药剂，由于其直链型结构，在实际运用于精密的膜元件时，常常在膜系统流道及表面发生自身缠绕自粘连的现象，造成膜元件污染。常规使用的阻垢剂一般在水中的浓度达到30ppm时就有在膜表面沉淀或附着的危险。

反渗透膜阻垢剂是由循环冷却水药剂演化而来的，在使用膜处理循环水系统的排污水时，在循环水冷却水系统中为了防止膜系统结垢、腐蚀等所投加的水处理药剂也存在着对膜系统造成污染的可能。

对反渗透阻垢剂的阻垢效果的评价有一些方法评价，如给水一次通过法、全循环法、部分循环法、渗透液部分循环法等。给水一次通过法，是指在运行时进水一次通过膜元件，通过膜的分离作用而将浓水和产品水分开，出来的浓水直接排放，产品水回收用于需要的用途；这种评价方法提供了一个与现场实验条件最相似的模拟但运行时间长、费用高。全循环法，进水通过膜的分离作用而产生浓水和产品水，将浓水和产品水全部循环到进水以维持进水的组分及浓度不变，全循环运行方式在运行时间上比给水一次通过式的评价法短，但不能评价出现系统回收率增大时在阻垢剂的极限阻垢能力。部分循环法，采用浓水循环、产品水连续排放的部分循环来评价阻垢剂性能，这种运行方式可以方便的评价结垢上限的评价方法，但对不适合评价低溶解度盐类的评价。中国专利200710036342.9中提到的渗透液部分循环法，是采用反渗透浓缩液全部回流至原水槽进行循环，同时将反渗透渗透液一部分回流至原水槽进行循环、其余部分排放的方法，这种运行方式模拟了反渗透设备的浓缩作用，但是浓缩倍率没有部分循环时的大。

由于水处理药剂对膜系统有一定的影响，目前水处理药剂对膜系统运行造成影响的评价方法还有待研究。为了更好的模拟现场条件，在实验室更加快速、简便、直观地评价水处理药剂，特别是循环水处理药剂，对膜系统运行的影响，需要开发一种确定水处理药剂对膜系统运行影响的简便、实用的评定方法。

本发明涉及的膜系统是指反渗透膜系统和纳滤膜系统。反渗透膜是允许溶剂分子透过而不允许溶质分子透过的一种功能性的半透膜，它能阻挡所有溶解性盐及分子量大于100的有机物，但允许水分子透过。纳滤膜是允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜，它能截留物质的大小约为1纳米，纳滤的操作区间介于超滤和反渗透之间，它截留有机物的分子量大约为200～400左右，截留溶解性盐的能力为20～98％之间。

水处理药剂主要指用于循环冷却水系统的水处理药剂，如缓蚀阻垢剂和杀菌剂，缓蚀阻垢剂主要是有机磷酸类和聚合物类，杀菌剂有氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂，缓蚀阻垢剂、杀菌剂等药剂可以单独使用，也可以由多种药剂混合使用。

发明内容

为了评价水处理药剂对膜系统运行的影响，本发明提供了一种水处理药剂对膜系统运行影响的评定方法，在实验室评价水处理药剂对膜系统运行的影响时，操作简单、评价结果直观准确。

本发明的水处理药剂对膜系统运行影响的评价方法是这样实现的：

一种水处理药剂对膜系统运行影响的评价方法，所述膜为反渗透膜或纳滤膜，所述膜系统包括：进水罐、膜单元、进水管路、产水回流管路、产水排放管路、浓水回流管路；所述评价方法包括影响测试和影响评价：

(一)影响测试

a.首先在所述进水罐中加入去离子水和需测试的水处理药剂，测量所述去离子水的水量和所述水处理药剂的初始浓度，然后开启所述膜系统，维持一定的运行压力，所述膜单元的浓水全部回流至所述进水罐，所述膜单元的产水全部外排，当所述产水的外排水量达到在所述进水罐中加入的去离子水水量的50～90体积％时，测量所述进水罐中所述水处理药剂的实际浓缩浓度和所述膜单元产水的起始流量；

b.然后将所述膜单元的浓水和产水全部回流至所述进水罐，在所述膜系统运行24～72小时后，测量所述膜单元产水的最终流量；

c.然后重复步骤a和步骤b，并在步骤a中调节不同的所述水处理药剂的实际浓缩浓度；

(二)影响评价

(1)在步骤a中，如果测量得到的所述水处理药剂的实际浓缩浓度与由所述水处理药剂初始浓度按照所述产水的外排水量计算得到的计算浓缩浓度相比的下降幅度达到5％或5％以上，则判定所述水处理药剂对所述膜系统的运行造成了严重污染，并停止测试；如果所述下降幅度在5％以下，则进行步骤b的测试；

(2)在步骤b中，如果所述产水的最终流量与所述产水的起始流量相比产水流量的下降幅度达到15％或15％以上，则判定所述水处理药剂对所述膜系统的运行造成了严重污染，并停止测试；如果所述下降幅度在15％以下，则进行步骤c的测试；

(3)在步骤c中，设定多个不同的所述水处理药剂的浓缩浓度，测量所述产水流量的下降幅度，并以所述水处理药剂的浓缩浓度为横坐标，以所述产水流量的下降幅度为纵坐标，采用最小二乘法进行线性回归，回归得到的斜率代表所述水处理药剂对所述膜系统运行的污染程度，所述斜率数值越大，则所述水处理药剂对所述膜系统运行的污染程度越大。

在具体实施时，在(二)影响评价的步骤a中，当所述产水的外排水量达到在所述进水罐中加入的去离子水水量的60～80体积％时，测量所述进水罐中所述水处理药剂的实际浓缩浓度和所述膜单元产水的起始流量；在(二)影响评价的步骤b中，在所述膜系统运行48～72小时后，测量所述膜单元产水的最终流量；在(二)影响评价的步骤c中，在所述水处理药剂正常使用时在膜系统中的最大浓度范围内，设定3～5个所述水处理药剂的实际浓缩浓度，测量所述产水流量的下降幅度。

本发明的评价方法，首先在进水中添加水处理药剂，使进水中水处理药剂的浓度和循环水系统中为维持系统稳定所添加的药剂浓度相同；然后开启运行膜系统，系统运行中由于膜的分离作用产生浓水和产水，运行初期将产水全部排掉，浓水全部回流到进水罐；一方面提高进水中水处理药剂的浓度，另一方面药剂在浓缩过程中也可以更好的模拟试验现场膜系统的不同段的运行情况；当排掉的产水为原水量的50～90％(通常采用60～80％)，则将产水和浓水全部回流至进水罐内，工业现场膜系统的产水率一般为60～80％，控制排掉的产水为60～80％用于模拟工业现场最恶劣段膜系统的运行状况；

浓缩完毕后取样分析进水罐内水处理药剂的量并测定膜系统的产水量，如果浓缩完毕后测定药剂量下降5％及以上，则表明药剂附着在膜系统的表面，会对膜系统造成严重的污染；如果浓缩完毕后药剂量没有下降，则继续运行膜系统，并间隔一定时间不断测定膜系统的产水量；考察膜系统的产水量随时间的变化情况；如果在实验设定运行时间内膜系统的产水量下降15％以上，则表明药剂会对膜系统造成较严重的污染；如果在设定运行时间内，产水量下降小于15％，则照上述同样的方法，考察不同药剂浓度下，进水罐内水处理药剂的含量及膜系统的产水量随时间的变化情况，不同药剂浓度是以水处理药剂在循环水系统中正常使用浓度为准上下递变的；定义污染率为Ω％＝(初始产水量-最终产水量)/初始产水量，初始产水量和最终产水量为系统浓缩完后的测定的第一个产水量和运行一段时间停止后的产水量；如果污染率0≤Ω％≤15％，则在所选取的药剂浓度范围内，以药剂浓度为横坐标，膜系统的污染率为纵坐标作图，通过线性回归斜率k的大小确定药剂对膜系统污染的程度，曲线斜率k值越大，药剂对膜系统影响越严重，k值越小对膜系统影响越小。

本发明的评价方法，首先将膜系统的产水全部排放、浓水全部回流，在排掉的产水为原水量的50～90体积％后，将产水和浓水全部回流，通过测定进水罐中水处理药剂的浓度和膜系统的产水量评价药剂对膜系统运行的影响。

该测试方法能够快速测试水处理药剂对膜系统运行的影响，测试过程中的操作参数(进水温度、水处理药剂的加入量等)容易改变和控制，评价结果直观，判断方法简单，可作为实验室评价水处理药剂对膜系统运行影响的测试方法。

附图说明

图1是实施例1和2中膜系统的流程示意图。

图2是实施例1的膜系统的运行时间-产水量图。其横坐标是运行时间，单位：小时，纵坐标是产水量，单位：L/min。

图3是实施例1的膜系统的药剂浓度-污染率图。其横坐标是药剂浓度，单位：mg/L，纵坐标是污染率，单位：％。

具体实施方式

下面对照附图、结合实施例进一步详述本发明的技术方案，本发明的保护范围不局限于下述的具体实施方式。

实施例1

膜系统包括：进水罐、膜单元、进水管路、产水回流管路、产水排放管路、浓水回流管路：

将1g缓蚀阻垢剂(主要成分有磺酸共聚物、PBTCA)水处理药剂溶于20L的去离子水溶液中，搅拌均匀，加入到膜系统(CSM RE-1812-50反渗透膜)的进水罐内，开启膜系统，将膜系统的产水排掉，浓水回流至进水罐内，当排放掉的产水量为配置溶液的50％时，将膜系统的产水和浓水全部回流至进水罐内，测定膜系统的产水量，并取样分析测定进水罐内水溶液中缓蚀阻垢剂的浓度，通过测定总磷及丙烯酸聚合物的量确定药剂的量，经测定药剂浓度除浓缩一倍外基本没有发生变化，继续运行膜系统，运行72h，运行过程中不断监测膜系统的产水量，试验结果见图1。从图1可以看出，运行过程中系统的产水量基本没有发生变化，因此采用上述同样的方法考察了50mg/L、100mg/L、150mg/L、400mg/L剂浓度下，膜系统的产水量随时间的变化情况，试验结果见图2，由图2可以看出，随着药剂浓度的增加，药剂对膜系统的污染率基本没有变化；从图1和图2可得试验结果可以看出此缓蚀阻垢剂在正常使用浓度100mg/L对膜系统的运行基本没有影响。

实施例2

将10g杀菌剂(为复配药剂，主要成分为聚季胺盐类)水处理药剂溶于400L的水溶液中，搅拌均匀，加入到膜系统(BW30-2540反渗透膜)的进水罐内，开启膜系统，将膜系统的产水排掉，浓水回流至进水罐内，当排放掉的产水量为进水量的75％时，将膜系统的产水和浓水全部回流至进水罐内，取样分析测定浓缩完毕后进水罐内水溶液中杀菌剂的浓度，如果此杀菌剂对膜系统运行没有影响，则浓缩完毕后进水罐内杀菌剂浓度应为100mg/L，实际测定值为90mg/L，药剂量下降了10％，因此判定此复配杀菌剂对膜系统污染严重。

Claims

1.一种水处理药剂对膜系统运行影响的评价方法，所述膜为反渗透膜或纳滤膜，所述膜系统包括：进水罐、膜单元、进水管路、产水回流管路、产水排放管路、浓水回流管路；所述评价方法包括影响测试和影响评价：

影响测试

a.首先在所述进水罐中加入去离子水和需测试的水处理药剂，测量所述去离子水的水量和所述水处理药剂的初始浓度，然后开启所述膜系统，维持一定的运行压力，所述膜单元的浓水全部回流至所述进水罐，所述膜单元的产水全部外排，当所述产水的外排水量达到在所述进水罐中加入的去离子水水量的60～80体积%时，测量所述进水罐中所述水处理药剂的实际浓缩浓度和所述膜单元产水的起始流量；b.然后将所述膜单元的浓水和产水全部回流至所述进水罐，在所述膜系统运行48～72小时后，测量所述膜单元产水的最终流量；

c.然后重复步骤a和步骤b，并在步骤a中调节不同的所述水处理药剂的实际浓缩浓度；在所述水处理药剂正常使用时在膜系统中的最大浓度范围内，设定3～5个所述水处理药剂的实际浓缩浓度，测量产水流量的下降幅度；

影响评价

（1）在步骤a中，如果测量得到的所述水处理药剂的实际浓缩浓度与由所述水处理药剂初始浓度按照所述产水的外排水量计算得到的计算浓缩浓度相比的下降幅度大于或等于5%，则判定所述水处理药剂对所述膜系统的运行造成了严重污染，并停止测试；如果所述下降幅度小于5%，则进行步骤b的测试；

（2）在步骤b中，如果所述产水的最终流量与所述产水的起始流量相比产水流量的下降幅度大于或等于15%，则判定所述水处理药剂对所述膜系统的运行造成了严重污染，并停止测试；如果所述下降幅度小于15%，则进行步骤c的测试；

（3）在步骤c中，设定多个不同的所述水处理药剂的浓缩浓度，测量所述产水流量的下降幅度，并以所述水处理药剂的浓缩浓度为横坐标，以所述产水流量的下降幅度为纵坐标，采用最小二乘法进行线性回归，回归得到的斜率代表所述水处理药剂对所述膜系统运行的污染程度，所述斜率数值越大，则所述水处理药剂对所述膜系统运行的污染程度越大。