CN103638820A - 环境友好型海水淡化膜用阻垢剂 - Google Patents

环境友好型海水淡化膜用阻垢剂 Download PDF

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喻果
杨京霖
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Abstract

本发明提供了一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，环境友好型海水淡化膜用阻垢剂含有XY-ONE、聚天冬氨酸盐、聚环氧琥珀酸盐和去离子水，XY-ONE、聚天冬氨酸盐、聚环氧琥珀酸盐的质量比为30～60：10～30：5～20，其余是去离子水。本发明可用于海水淡化反渗透系统中，对碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙等多种垢具有强的抑制作用和良好的分散作用，本身不会造成膜元件污染，适用于目前市场广泛使用各种材质的膜，具有良好的化学稳定性，易生物降解，对环境危害小。

Description

环境友好型海水淡化膜用阻垢剂
技术领域
本发明属于海水淡化领域，特别涉及一种用于海水淡化反渗透系统的环境友好型膜用阻垢剂。
背景技术
我国是一个水资源严重短缺的国家。水资源总量2.81万亿立方米，居世界第6位，但人口为世界人口的四分之一，人均水资源为世界第108位，是世界上21个贫水国家之一。特别是北方沿海地区，是我国最缺水地区之一。考虑到北方沿海地区人口增长、产业结构变化、农业发展和生态环境用水需求等因素，预测在2010～2020年，北方沿海4省(市)人均综合用水量将分别达到325～365立方米和350～400立方米，缺水总量将分别达到166～255亿立方米和273～393亿立方米；同时，考虑到南方沿海部分地区的水质性和资源性缺水状况，沿海地区的缺水形势将更趋严峻。海水淡化是解决沿海地区水资源紧缺的根本途径之一，淡水资源紧缺已成为制约我国国民经济发展和人民生活水平提高的瓶颈。
海水淡化是利用海水脱盐生产淡水。是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，水质好、价格渐趋合理，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。
海水淡化技术按分离原理和方法，海水淡化技术可分为相变法和非相变法两大类。相变法包括：蒸馏法、冷冻法、气体水化物法；非相变法包括：膜法、其他方法。现应用最为广泛的、形成产业化规模的是蒸馏法中的低温多效法(MED)、多级闪蒸法(MSF)、膜法中的反渗透法(RO)以及热膜耦合法，是现在国际海水淡化市场所采用的主流海水淡化技术。
目前，除海湾国家外，美洲、亚洲、和欧洲，大中生产规模的装置都以反渗透法为首选。
膜垢污染是反渗透海水淡化中遇到的一个主要问题。在反渗透海水淡化过程中，由于膜的浓缩作用，浓水中的钙、镁等离子浓度大大增加，从而使难溶盐的离子积大于其溶度积，在反渗透膜表面形成膜垢，影响整个反渗透装置的正常运行，缩短了反渗透膜的使用寿命。
酸(如硫酸和盐酸)和六偏磷酸钠是传统膜用阻垢剂。而且由于酸和六偏磷酸钠的价格低廉，目前仍具有一定的市场优势。然而，随着反渗透海水淡化日趋规模化、大型化发展，以及专用阻垢剂价格的下调。它们的不利因素逐渐显现出来。如加酸处理对除碳酸钙以外的其他垢无明显阻垢效果，而且，酸具强腐蚀性，存在安全隐患；用这种处理方式将消耗大量的酸，与此同时还需消耗大量氢氧化钠等中和用化学品。而六偏磷酸钠等聚磷酸盐虽有着良好的阈值效应，在低浓度条件下能有效抑制特定垢的沉积，但它在短时间内易水解成PO4 3-，不仅起不到阻垢作用，而且易生成磷酸钙难溶垢，加剧膜的污堵。另外，含磷的浓缩液进人环境后造成富营养化，不利于环境保护。
针对上述两种物质的弊端，国外的研究工作开始转向开发和使用成本低、高效、多能、专用的膜用阻垢剂。目前国内外使用的阻垢剂主要有含磷阻垢剂和聚合物类阻垢剂，且产品日趋多元化，对常见垢均能达到良好的处理效果。含磷阻垢剂能有效抑制碳酸钙、硫酸钙垢沉淀。但含磷组分会向微生物提供营养源，加速细菌、藻类繁殖，从而加剧加药箱、计量泵、管道及RO系统的微生物污染，另外也会产生磷酸盐垢在膜上的沉积现象。聚合物类阻垢剂包括聚羧酸类阻垢剂、磺酸盐类阻垢剂和聚丙烯酰胺类阻垢剂。聚合物阻垢剂虽然阻垢性能良好，但应用于精密的膜元件时，时常在膜系统流道及表面发生高分子链的自缠绕自粘连的现象，因此其本身就有造成膜元件污染的可能，在国内已发生多次阻垢剂加药过量后造成膜无法恢复的污堵事件。因此开发低磷或无磷且使用安全的新型阻垢剂成为反渗透阻垢剂的发展方向。
在反渗透膜海水淡化中，许多因素会影响阻垢剂的阻垢性能及稳定性，如钙离子浓度、总碱度、氯含量、铁和重金属离子等。现有阻垢剂钙离子容忍度低，在钙离子浓度高的海水中，自身会产生沉淀，对膜造成污染。如HEDP在高碱度的海水中，阻垢性能下降，当氯存在时，抑制CaCO3能力完全丧失；聚丙烯酸在铁和重金属离子存在时，稳定性下降；聚马来酸酐有氯存在时在高碱度的海水中需要高的投药量。
本发明提供的环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，克服了传统使用阻垢剂的缺点，在钙离子浓度高的海水中，它对碳酸钙、硫酸钙等多种垢仍具有很强的抑制作用及良好的分散作用，适用于纤维质、聚酰胺类等各种材质膜的优点，具有良好的化学稳定性，易生物降解，对环境危害小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂。可用于海水淡化反渗透系统中，对碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙等多种垢具有强的抑制作用和良好的分散作用，本身不会造成膜元件污染，适用于目前市场广泛使用各种材质的膜，具有良好的化学稳定性，易生物降解，对环境危害小。
本发明所采用的技术方案如下：
一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，含有XY-ONE、聚天冬氨酸盐、聚环氧琥珀酸盐和去离子水。各组分的重量百分比为：
XY-ONE          30～60％
聚天冬氨酸盐    10～30％
聚环氧琥珀酸盐  5～20％
其余为去离子水。
所述的XY-ONE为一种由丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、乙烯基磺酸钠等组成的三元共聚物。
所述的聚天冬氨酸盐为马来酸酐的铵盐经缩聚、水解、中和制得聚天冬氨酸盐，聚天冬氨酸盐的相对分子质量1000～5000，聚天冬氨酸盐为钠盐、钾盐、铵盐中的一种或几种的组合。
所述的聚环氧琥珀酸盐的相对分子质量400～1000，聚环氧琥珀酸盐为钠盐、钾盐、铵盐中的一种或几种的组合。
所述的一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂制备方法：将去离子水、XY-ONE、聚天冬氨酸盐和聚环氧琥珀酸盐，按比例将各组份原料加入反应釜中，充分搅拌60～90分钟，即可得到产品。
实施例一
按重量百分比选取原料
XY-ONE          60％
聚天冬氨酸钠    15％
聚环氧琥珀酸钠  5％
其余为去离子水。
将去离子水、XY-ONE、聚天冬氨酸钠和聚环氧琥珀酸钠，按比例将各组份原料加入反应釜中，充分搅拌60～90分钟，即可得到所需产品。
实施例二
按重量百分比选取原料
XY-ONE          45％
聚天冬氨酸钠    15％
聚环氧琥珀酸钠  15％
其余为去离子水。
将去离子水XY-0NE、聚天冬氨酸钠和聚环氧琥珀酸钠，按比例将各组份原料加入反应釜中，充分搅拌60～90分钟，即可得到所需产品。
实施例三
按重量百分比选取原料
XY-ONE          60％
聚天冬氨酸钾    20％
聚环氧琥珀酸钾  5％
其余为去离子水。
将去离子水、XY-ONE、聚天冬氨酸钠和聚环氧琥珀酸钠，按比例将各组份原料加入反应釜中，充分搅拌60～90分钟，即可得到所需产品。
实施例四阻垢碳酸钙性能实验
本发明的阻垢性能测定采用威海经区海水，在500mL容量瓶中加入250mL所取海水，用移液管加人1.0mL阻垢分散剂试样溶液(浓度为5000mg/L)，使阻垢分散剂的量为5mg，摇匀。用所取海水稀释至刻度，摇匀。将试液置于(80±1)℃的恒温水浴中，恒温放置10小时后取出，冷却至室温后用中速滤纸过滤，滤液用0.01mol/LEDTA标准溶液滴定测定残余Ca2+浓度，按下式计算阻垢率：
阻垢率＝(C1-C2)/(C0-C2)
式中C1为加入阻垢分散剂的试液试验后的Ca2+浓度，mg/L，C2为未加阻垢分散剂的空白试液试验后的Ca2+浓度，mg/L，C0为试验所取海水中Ca2+浓度，mg/L。
表1实施例一～三所得阻垢剂的阻碳酸钙垢性能
实施例 阻垢率，％
1 95
2 90
3 98
实施例五分散氧化铁性能测定
本发明的分散氧化铁性能测定采用威海经区海水，取500mL容量瓶，加入1mL阻垢分散剂式样溶液(浓度为5000mg/L)，使阻垢分散剂的量为5mg，将所取海水加入上述试液至容量瓶刻度，充分摇匀，置于(50±1)℃的恒温水浴中，恒温放置5小时后取出，采用分光光度法测定透光率。
表2实施例一～三所得阻垢剂的分散氧化铁性能
实施例 透光率，％
1 50.1
2 49.7
3 51.3

Claims (4)

1.一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，含有XY-ONE、聚天冬氨酸盐、聚环氧琥珀酸盐和去离子水。各组分的重量百分比为：
XY-ONE          30～60％
聚天冬氨酸盐    10～30％
聚环氧琥珀酸盐  5～20％
其余为去离子水。
2.根据权利要求1所述的环境友好型海水淡膜用阻垢剂，其特征在于：所述的XY-ONE为一种由丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、乙烯基磺酸钠等组成的三元共聚物。
3.根据权利要求1所述的环境友好型海水淡膜用阻垢剂，其特征在于：所述的聚天冬氨酸盐为马米酸酐的铵盐经缩聚、水解、中和制得聚天冬氨酸盐，聚天冬氨酸盐的相对分子质量1000～5000，聚天冬氨酸盐为钠盐、钾盐、铵盐中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的环境友好型海水淡膜用阻垢剂，其特征在于：所述的聚环氧琥珀酸盐的相对分子质量400～1000，聚环氧琥珀酸盐为钠盐、钾盐、铵盐中的一种或几种的组合。
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