CN105753195B - 一种海水淡化用膜阻垢剂以及海水淡化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供海水淡化用膜阻垢剂，包括如下重量份数的组分：有机羧酸类聚合物15～30份、异佛尔酮二胺2～8份、乙二胺四乙酸二钠0.5～2份、木质素磺酸钠5～15份。本发明属于海水淡化技术领域，本发明还提供应用该阻垢剂的海水淡化方法，实现了很好的阻垢效果，延长了反渗透膜的使用寿命，提高了海水淡化效率，环境效益好。

Description

一种海水淡化用膜阻垢剂以及海水淡化方法
技术领域
本发明属于海水淡化技术领域，尤其涉及一种海水淡化用膜阻垢剂以及海水淡化方法。
背景技术
由于淡水资源缺乏，海水淡化已经成为世界各国解决缺水问题的主要方法。现有的海水淡化方法包括蒸馏法、冷冻法、膜法、结晶法、离子交换法等。虽然海水淡化方法众多，但膜法的应用最为广泛，膜法的产业化发展也最迅速。膜法包括反渗透法(RO)和电渗析法(ED)。
在反渗透海水淡化过程中，由于膜的浓缩作用，海水中的钙、镁等离子浓度不断增加，从而使难溶盐的离子积大于其溶度积，在反渗透膜表面成垢，缩短了反渗透膜的使用寿命，进而对海水淡化的持续运行造成影响。RO膜容易受到CaCO3，CaSO4，BaSO4等结垢的影响，易被氧化剂氧化而造成损害，因此对通过RO膜的水质要求较高，海水淡化的预处理较为严格。目前，膜垢污染是反渗透海水淡化中存在的主要问题。
阻垢剂的使用有效的解决了海水淡化用膜的结垢问题。阻垢剂通过延缓或扭曲盐晶体成长，使晶体在成长过程中发生畸变，无法生成致密结晶，防止难溶性盐等在膜上结垢。阻垢剂的种类繁多，包括无机聚磷酸盐类、有机膦酸类、聚合电解质类、聚羧酸类等。
中国专利申请CN 103394289公开了一种反渗透膜阻垢剂，该阻垢剂含有有机膦酸盐、有机羧酸类聚合物、有机胺和表面活性剂，通过上述成分的协同作用，有效消除了碳酸钙、磷酸钙、硫酸钙等沉积带来的膜污染。由于该阻垢剂包含较高含量的有机膦酸盐，容易导致磷的二次污染，不利于环保。
随着科技的发展和环保的需求，阻垢剂呈现出向无磷、无氮、高效的环境友好型阻垢剂发展的趋势。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题(环保效益或阻垢效果不够理想)，本发明提供一种海水淡化用膜阻垢剂，并提供应用该阻垢剂的海水淡化方法，实现了很好的阻垢效果，延长了反渗透膜的使用寿命，提高了海水淡化效率，环境效益好。
本发明提供一种海水淡化用膜阻垢剂，包括如下重量份数的组分：有机羧酸类聚合物15～30份、异佛尔酮二胺2～8份、乙二胺四乙酸二钠0.5～2份、木质素磺酸钠5～15份。
优选地，所述的海水淡化用膜阻垢剂，包括如下重量份数的组分：有机羧酸类聚合物18～25份、异佛尔酮二胺3～6份、乙二胺四乙酸二钠0.8～1.5份、木质素磺酸钠6～12份。
更优选地，所述的海水淡化用膜阻垢剂，包括如下重量份数的组分：有机羧酸类聚合物20份、异佛尔酮二胺4份、乙二胺四乙酸二钠1份、木质素磺酸钠10份。
有机羧酸类阻垢成分常常在阻垢剂中作为主要活性成分，对阻垢起到重要作用。发明人通过大量实验发现，有机羧酸类阻垢成分的含量较高，或铁离子和钙离子等金属离子含量较高时，有机羧酸类阻垢成分容易与金属离子结合产生难溶凝胶。
乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)可以与多种金属离子发生螯合作用，但少量乙二胺四乙酸二钠单独使用时，防止结垢的效果不够明显。异佛尔酮二胺(IPDA)是一种力学性能和耐化学性能优良的精细化工产品，通常用作环氧树脂的固化剂、涂料交联剂和聚酯单体等。发明人通过大量实验发现：在有机羧酸类阻垢成分存在的情况下，添加一定含量的异佛尔酮二胺和乙二胺四乙酸二钠，可以有效防止难溶凝胶的生成，实现高效的阻垢。异佛尔酮二胺的加入起到了类似高效分散的效果。
本发明通过有机羧酸类聚合物、异佛尔酮二胺、乙二胺四乙酸二钠和木质素磺酸钠的协同作用，避免了含磷化合物的使用，避免了磷酸盐沉淀和难溶凝胶，阻垢效果好，质量稳定性好，避免了二次污染。
本发明提供的海水淡化用膜阻垢剂的制备方法包括：将有机羧酸类聚合物、异佛尔酮二胺、乙二胺四乙酸二钠和木质素磺酸钠加入分散混合釜中，搅拌均匀，即得海水淡化用膜阻垢剂。
优选地，所述有机羧酸类聚合物选自聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸中的至少一种。聚天冬氨酸(PASP)和聚环氧琥珀酸(PESA)都具有良好的阻垢性能，可生物降解，代谢产物不会造成二次污染，环境效益好。聚天冬氨酸的分子量为3000～4000，聚环氧琥珀酸的分子量为500～800。
优选地，所述的海水淡化用膜阻垢剂，还包括如下重量份数的组分：柠檬酸钠1～4份或葡萄糖酸钠1～4份。
此外，本发明还提供一种海水淡化方法，包括如下步骤：
S1 海水的机械过滤：取海水，进行机械过滤，收集过滤后的海水；
S2 阻垢保护处理：向S1得到的海水中加入权利1至5中任一项所述的海水淡化用膜阻垢剂，调节海水的pH为7.0～7.5；
S3 保安过滤：将S2得到的海水经保安过滤器过滤，得到待反渗透的海水；
S4 反渗透过滤：将S3得到的海水经高压泵送入反渗透装置，经一级反渗透过滤和二级反渗透过滤后，得到产品淡水。
优选地，所述步骤S1中，机械过滤包括多介质过滤器过滤和活性炭过滤。优选地，所述海水淡化用膜阻垢剂的加入量为1～8mg/L海水。
优选地，所述步骤S2中，还包括加入亚硫酸氢钠的步骤。
优选地，所述一级反渗透过滤使用的膜为FILMTECTM海水淡化膜；所述二级反渗透过滤使用的膜为FILMTECTM海水淡化膜。具体选自SW30HRLE-400、SW30XLE-400i等型号。
优选地，在二级反渗透过滤时采用PX能量回收装置进行能量回收，降低了能耗。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过有机羧酸类聚合物、异佛尔酮二胺、乙二胺四乙酸二钠和木质素磺酸钠的协同作用，避免了含磷化合物的使用，避免了磷酸盐沉淀和难溶凝胶，阻垢效果好，避免了二次污染。本发明提供的海水淡化用膜阻垢剂对碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡和铁垢等都具有良好的阻垢效果，延长了反渗透膜的使用寿命，提高了海水淡化效率，环境效益好。海水淡化用膜阻垢剂的使用量少，阻垢剂的加入量为1～8mg/L海水。本发明提供的海水淡化方法简单、高效，可以实现海水的持续淡化，能耗较低，得到的产品淡水符合相关要求。
附图说明
图1本发明的海水淡化工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。本发明实施例中的各组分，都为常规市售产品。
实施例一 海水淡化用膜阻垢剂
海水淡化用膜阻垢剂，包括如下重量份数的组分：聚天冬氨酸10份、聚环氧琥珀酸10份、异佛尔酮二胺4份、乙二胺四乙酸二钠1份、木质素磺酸钠10份。
制备方法：将有机羧酸类聚合物、异佛尔酮二胺、乙二胺四乙酸二钠和木质素磺酸钠加入分散混合釜中，搅拌均匀，即得海水淡化用膜阻垢剂。
实施例二 海水淡化用膜阻垢剂
海水淡化用膜阻垢剂，包括如下重量份数的组分：聚天冬氨酸25份、异佛尔酮二胺6份、乙二胺四乙酸二钠1份、木质素磺酸钠12份。制备方法与实施例一类似。
实施例三 海水淡化用膜阻垢剂
海水淡化用膜阻垢剂，包括如下重量份数的组分：聚环氧琥珀酸18份、异佛尔酮二胺4份、乙二胺四乙酸二钠1.5份、木质素磺酸钠12份。制备方法与实施例一类似。
实施例四 海水淡化用膜阻垢剂
海水淡化用膜阻垢剂，包括如下重量份数的组分：聚天冬氨酸25份、异佛尔酮二胺6份、乙二胺四乙酸二钠1份、木质素磺酸钠10份、柠檬酸钠3份。制备方法与实施例一类似。
对比例一
海水淡化用膜阻垢剂，包括如下重量份数的组分：聚天冬氨酸10份、聚环氧琥珀酸10份、异佛尔酮二胺4份、木质素磺酸钠11份。制备方法与实施例一类似。
与实施例一的区别在于：不含乙二胺四乙酸二钠，木质素磺酸钠由10份变为11份。
对比例二
海水淡化用膜阻垢剂，包括如下重量份数的组分：聚天冬氨酸10份、聚环氧琥珀酸10份、乙二胺四乙酸二钠5份、木质素磺酸钠10份。制备方法与实施例一类似。
与实施例一的区别在于：不含异佛尔酮二胺，乙二胺四乙酸二钠由1份变为5份。
对比例三
海水淡化用膜阻垢剂，包括如下重量份数的组分：聚天冬氨酸10份、聚环氧琥珀酸10份、乙二胺4份、乙二胺四乙酸二钠1份、木质素磺酸钠10份。
与实施例一的区别在于：不含异佛尔酮二胺，含乙二胺。
阻垢效果测试
对实施例一、实施例二、对比例一、对比例二制得的海水淡化用膜阻垢剂进行阻垢效果的测试，阻垢效果的测定参照相关国家标准或行业内通用方法进行，如GB/T16632-2008、GB/T22626-2008等。
测试用海水的主要离子浓度为：钙离子300mg/L、镁离子150mg/L、钡离子10mg/L、硫酸根离子1000mg/L、碳酸根离子200mg/L、磷酸根离子20mg/L、硅酸根离子150mg/L。海水的温度为40℃，海水淡化用膜阻垢剂的加入量为5mg/L海水，24h后测试海水中剩余的成垢离子的浓度，计算阻垢率，结果如表1所示。
表1 不同实施例制得的海水淡化用膜阻垢剂的阻垢效果
从表1可知，本发明实施例一和实施例二提供的海水淡化用膜阻垢剂都对碳酸钙、磷酸钙、硫酸钡等具有显著的阻垢效果，明显优于对比例一至对比例三的阻垢效果。其中，实施例一提供的海水淡化用膜阻垢剂的阻垢效果最佳，因此，实施例一为本发明的最佳实施例。
实施例五 海水淡化方法
海水淡化方法，包括如下步骤：
S1 海水的机械过滤：通过取水泵取海水，经多介质过滤器和活性炭过滤，收集过滤后的海水；
S2 阻垢保护处理：向S1得到的海水中加入实施例一的海水淡化用膜阻垢剂，调节海水的pH为7.2；海水淡化用膜阻垢剂的加入量为5mg/L海水；
S3 保安过滤：将S2得到的海水经保安过滤器过滤，得到待反渗透的海水；
S4 反渗透过滤：将S3得到的海水经高压泵送入反渗透装置，经一级反渗透过滤和二级反渗透过滤后，在二级反渗透过滤时采用PX能量回收装置进行能量回收，用于一级反渗透过滤的增压，得到产品淡水。
本发明的海水淡化工艺流程图如图1所示。由于使用了实施例一的海水淡化用膜阻垢剂，反渗透处理6个月后的脱盐率仍高达98.6％，无难溶凝胶沉积，反渗透装置的清洗周期为6～7个月。
对比例四
海水淡化方法，包括如下步骤：
S1 海水的机械过滤：通过取水泵取海水，经多介质过滤器和活性炭过滤，收集过滤后的海水；
S2 阻垢保护处理：向S1得到的海水中加入对比例三的海水淡化用膜阻垢剂，调节海水的pH为7.2；海水淡化用膜阻垢剂的加入量为5mg/L海水；
S3 保安过滤：将S2得到的海水经保安过滤器过滤，得到待反渗透的海水；
S4 反渗透过滤：将S3得到的海水经高压泵送入反渗透装置，经一级反渗透过滤和二级反渗透过滤后，在二级反渗透过滤时采用PX能量回收装置进行能量回收，用于一级反渗透过滤的增压，得到产品淡水。
反渗透处理3个月后的脱盐率降为91.3％，出现难溶凝胶沉积，反渗透装置的清洗周期为3～4个月。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种海水淡化用膜阻垢剂，其特征在于：包括如下重量份数的组分：有机羧酸类聚合物15～30份、异佛尔酮二胺2～8份、乙二胺四乙酸二钠0.5～2份、木质素磺酸钠5～15份。
2.根据权利要求1所述的海水淡化用膜阻垢剂，其特征在于：包括如下重量份数的组分：有机羧酸类聚合物18～25份、异佛尔酮二胺3～6份、乙二胺四乙酸二钠0.8～1.5份、木质素磺酸钠6～12份。
3.根据权利要求2所述的海水淡化用膜阻垢剂，其特征在于：包括如下重量份数的组分：有机羧酸类聚合物20份、异佛尔酮二胺4份、乙二胺四乙酸二钠1份、木质素磺酸钠10份。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的海水淡化用膜阻垢剂，其特征在于：所述有机羧酸类聚合物选自聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸中的至少一种。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的海水淡化用膜阻垢剂，其特征在于：还包括如下重量份数的组分：柠檬酸钠1～4份或葡萄糖酸钠1～4份。
6.一种海水淡化方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1海水的机械过滤：取海水，进行机械过滤，收集过滤后的海水；
S2阻垢保护处理：向S1得到的海水中加入权利1至5中任一项所述的海水淡化用膜阻垢剂，调节海水的pH为7.0～7.5；
S3保安过滤：将S2得到的海水经保安过滤器过滤，得到待反渗透的海水；
S4反渗透过滤：将S3得到的海水经高压泵送入反渗透装置，经一级反渗透过滤和二级反渗透过滤后，得到产品淡水。
7.根据权利要求6所述的海水淡化方法，其特征在于：所述步骤S1中，机械过滤包括多介质过滤器过滤和活性炭过滤。
8.根据权利要求6所述的海水淡化方法，其特征在于：所述海水淡化用膜阻垢剂的加入量为1～8mg/L海水。
9.根据权利要求6所述的海水淡化方法，其特征在于：所述步骤S2中，还包括加入亚硫酸氢钠的步骤。
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