CN105152365A

CN105152365A - 一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂及其使用方法

Info

Publication number: CN105152365A
Application number: CN201510466120.5A
Authority: CN
Inventors: 王胜
Original assignee: Weifang Yourong Industry Co Ltd
Current assignee: Weifang Yourong Industry Co Ltd
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2015-12-16

Abstract

本发明属于海水淡化技术领域，尤其涉及一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂及其使用方法，所述阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸20～50％、聚琥珀酸亚胺20～50％、多氨基多醚基亚甲基膦酸10～30％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10～20％、聚丙烯酸10～20％、天然高分子阻垢剂0～20％。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

一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂及其使用方法

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，尤其涉及一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂及其使用方法。

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。特别是北方的滨海盐碱地地区，淡水资源奇缺，海水资源丰富，是我国最缺水地区之一。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PO43-，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。

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。

本发明是这样实现的，一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，所述阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸20～50％、聚琥珀酸亚胺20～50％、多氨基多醚基亚甲基膦酸10～30％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10～20％、聚丙烯酸10～20％、天然高分子阻垢剂0～20％。

作为一种改进，所述阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸25～40％、聚琥珀酸亚胺25～40％、多氨基多醚基亚甲基磷酸10～20％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10～20％、聚丙烯酸10～20％、天然高分子阻垢剂5～10％。

作为进一步地改进，所述阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸30％、聚琥珀酸亚胺30％、多氨基多醚基亚甲基磷酸10％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10％、聚丙烯酸10％、天然高分子阻垢剂10％。

作为一种改进，所述天然高分子阻垢剂为腐殖酸钠、改性腐殖酸钠、木质素磺酸钠或单宁。

作为一种改进，所述聚天冬氨酸通过以下方法制备：

(1)将马来酸酐溶解于去离子水中形成马来酸酐溶液，所述马来酸酐和去离子水的质量比1～2:1；

(2)向步骤(1)中的马来酸酐溶液中加入浓度为30wt％的氨水，保持温度80～85℃反应6小时，然后升高温度至220℃进行反应7小时，反应停止后得到暗黄松脆物；

(3)将步骤(2)中得到的暗黄松脆物置于去离子水中，不断进行搅拌，并缓慢加入浓度为50wt％的氢氧化钠溶液，控制温度小于等于80℃，pH值小于等于9.5，在氢氧化钠溶液滴加完毕后，加入去离子水，形成聚天冬氨酸浓度为42wt％的聚天冬氨酸溶液。

本发明的目的还在于提供一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂的使用方法，每升海水中添加所述阻垢剂2～15mg。

作为一种改进，每升海水中添加所述阻垢剂6mg。

本发明提供的环境友好型海水淡化膜用阻垢剂各组分具有明显协同效应，生物降解率高，具有添加量小、使用成本低、操作方便、排放无污染等优点。与现有的阻垢剂相比，本发明具有如下优点：1.各组分不含有害物质，具有较好的生物降解性，对环境友好；2.和同类产品相比，具有阻垢效果好加药浓度低的优点；3.药剂制备方法简单，生产原料易购买，且成本较低，效果显著，有利于推广应用；4.使用方便，药剂本身为水溶液状态，在使用中直接加入自动加药装置进入海水淡化系统即可。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的阻垢性能测定采用山东潍坊海水，在2倍浓缩条件下进行，具体测试方法如下：

将本发明的阻垢剂配制为1g/L溶液，并用移液管按设计量移取阻垢剂溶液至1000mL烧杯，然后用容量瓶取1000mL原海水移至烧杯中，将烧杯放入水浴锅，在80℃下蒸发至500mL后盖上盖。恒温至24小时后，将海水移入500mL容量瓶中，冷却至室温后用去离子水定容，用EDTA滴定溶液的钙离子浓度，进而算出阻垢率。阻垢率η按下列公式计算：

η = \frac{c_{2} - c_{1}}{2 c_{0} - c_{1}} \times 100 %

式中c₂为加水处理剂(即本发明的阻垢剂)试样试验后的钙离子浓度，c₁为未知水处理剂试样试验后的钙离子浓度，c₀为原海水的钙离子浓度。待处理海水的水质参数如表1所示。

表1

其中：1.总硬度以钙、镁离子含量总和计，测定方法参照中华人民共和国国家标准GB/T15452-95《工业循环冷却水中钙、镁离子的测定EDTA滴定法》。

2.总碱度测定方法参照中华人民共和国国家标准GB12763.4-2007《海洋调查规范第4部分：海水化学要素调查》。

实施例一

一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，该阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸30％、聚琥珀酸亚胺30％、多氨基多醚基亚甲基磷酸10％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10％、聚丙烯酸10％、腐殖酸钠10％。

将配置好的阻垢剂按2mg/L的浓度向试验用水中投加，阻垢剂的阻垢率为89％。

实施例二

一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，该阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸25％、聚琥珀酸亚胺25％、多氨基多醚基亚甲基磷酸15％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸15％、聚丙烯酸15％、腐殖酸钠5％。

将配置好的阻垢剂按4mg/L的浓度向试验用水中投加，阻垢剂的阻垢率为95％。

实施例三

一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，该阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸50％、聚琥珀酸亚胺20％、多氨基多醚基亚甲基磷酸10％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸15％、聚丙烯酸10％。

将配置好的阻垢剂按6mg/L的浓度向试验用水中投加，阻垢剂的阻垢率为99％。

实施例四

一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，该阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸20％、聚琥珀酸亚胺50％、多氨基多醚基亚甲基磷酸10％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸15％、聚丙烯酸10％。

实施例五

一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，该阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸40％、聚琥珀酸亚胺25％、多氨基多醚基亚甲基磷酸10％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10％、聚丙烯酸10％，改性腐殖酸钠5％。

将配置好的阻垢剂按6mg/L的浓度向试验用水中投加，阻垢剂的阻垢率为100％。

实施例六

一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，该阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸25％、聚琥珀酸亚胺40％、多氨基多醚基亚甲基磷酸10％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10％、聚丙烯酸10％，改性腐殖酸钠5％。

将配置好的阻垢剂按10mg/L的浓度向试验用水中投加，阻垢剂的阻垢率为100％。

实施例七

一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，该阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸25％、聚琥珀酸亚胺30％、多氨基多醚基亚甲基磷酸10％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸20％、聚丙烯酸10％，改性腐殖酸钠5％。

实施例八

一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，该阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸25％、聚琥珀酸亚胺25％、多氨基多醚基亚甲基磷酸10％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10％、聚丙烯酸20％，改性腐殖酸钠10％。

将配置好的阻垢剂按15mg/L的浓度向试验用水中投加，阻垢剂的阻垢率为100％。

实施例九

一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，该阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸25％、聚琥珀酸亚胺27％、多氨基多醚基亚甲基磷酸20％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10％、聚丙烯酸10％，改性腐殖酸钠8％。

实施例十

一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，该阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸25％、聚琥珀酸亚胺25％、多氨基多醚基亚甲基磷酸10％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10％、聚丙烯酸10％，木质素磺酸钠20％。

实施例十一

一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，该阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸30％、聚琥珀酸亚胺25％、多氨基多醚基亚甲基磷酸10％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10％、聚丙烯酸10％，木质素磺酸钠15％。

实施例十二

一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，该阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸30％、聚琥珀酸亚胺31％、多氨基多醚基亚甲基磷酸12％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸12％、聚丙烯酸12％，木质素磺酸钠3％。

其中，上述实施例中聚天冬氨酸通过以下方法制备：

由上述实施例可以看出，本发明的阻垢剂的最佳使用浓度为6mg/L,阻垢率高，具有优异的阻垢效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，其特征在于，所述阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸20～50％、聚琥珀酸亚胺20～50％、多氨基多醚基亚甲基膦酸10～30％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10～20％、聚丙烯酸10～20％、天然高分子阻垢剂0～20％。

2.根据权利要求1所述的环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，其特征在于，所述阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸25～40％、聚琥珀酸亚胺25～40％、多氨基多醚基亚甲基磷酸10～20％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10～20％、聚丙烯酸10～20％、天然高分子阻垢剂5～10％。

3.根据权利要求2所述的环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，其特征在于，所述阻垢剂包括以下重量百分比的组分：聚天冬氨酸30％、聚琥珀酸亚胺30％、多氨基多醚基亚甲基磷酸10％、2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10％、聚丙烯酸10％、天然高分子阻垢剂10％。

4.根据权利要求1、2或3所述的环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，其特征在于，所述天然高分子阻垢剂为腐殖酸钠、改性腐殖酸钠、木质素磺酸钠或单宁。

5.根据权利要求1、2或3所述的环境友好型海水淡化膜用阻垢剂，其特征在于，所述聚天冬氨酸通过以下方法制备：

6.根据权利要求1、2或3所述的环境友好型海水淡化膜用阻垢剂的使用方法，每升海水中添加所述阻垢剂2～15mg。

7.根据权利要求6所述的环境友好型海水淡化膜用阻垢剂的使用方法，每升海水中添加所述阻垢剂6mg。