CN106430425A - 一种适用于垃圾渗透液处理系统的反渗透膜阻垢剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于垃圾渗透液处理系统的反渗透膜用阻垢剂，属于垃圾渗透液处理技术领域。本发明反渗透膜阻垢剂由二乙烯三胺五甲叉膦酸盐、聚羟基丙烯酸、膦基丙烯酸多元共聚物、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙烷磺酸、丙烯酸‑丙烯酸甲酯共聚物、聚乙二醇、去离子水组成。本发明的反渗透膜阻垢剂克服了传统使用阻垢剂的缺点，它不仅具有良好的阻垢性能，稳定性好，而且药剂用量低，能有效地控制膜分离系统中碳酸盐、硫酸盐的结垢，同时对控制铝、铁及重金属污染物特别有效。

Description

一种适用于垃圾渗透液处理系统的反渗透膜阻垢剂

技术领域

本发明属于垃圾渗透液处理技术领域，具体涉及一种适用于垃圾渗透液处理系统的反渗透膜阻垢剂及其制备方法。

背景技术

城市垃圾是城市环境治理的一大难题。垃圾转运站、焚烧场或填埋场的垃圾渗滤液是由各种化合物和沤化腐烂物质生成，含有极高浓度的BOD、COD、含氮化合物、含磷化合物、有机卤化物及硫化物、无机盐类等，气味恶臭，而且其中含有大量的致癌物。如果排放至地表，必然会严重污染环境；若溶入地下，必会污染水源，因此城市垃圾是城市环境和人体健康的一大危害，而且垃圾填埋时间越久，其渗滤液的浓度就越高、危害就越大。随着我国城市数量增加和人口的增多，城市垃圾也急剧增长。据统计，每年的生产垃圾达到了1.5亿吨，平均以9％/年的速度增长，其中未经过处理的垃圾已有70亿吨，占我国土地总数的8.3％，预计在未来的20年里，固体废物的排放量将占据85％的陆地，全国大部分地区都存在严重的垃圾污染问题。近些年来生活垃圾处理越来越受到人们的重视，国家专门制定了新的国家标准GB16889—2008《生活垃圾填埋污染控制标准》。

城市生活垃圾的处理目前主要有填埋、堆肥和焚烧三种处理方法。垃圾填埋处理具有投资小、运行费用低、操作设备简单、可以处理多种类型的垃圾等特点，垃圾填埋处理的比例超过85％。所以目前我国城市垃圾处理方式主要是填埋，其次是高温堆肥、焚烧量甚微。

垃圾渗透液的产生受诸多因素的影响，不仅水量变化大，而且变化无规律。垃圾渗透液的产生主要来自：(1)垃圾本身(2)降水的渗入(3)地下水的渗入(4)外部地表水的流入(5)垃圾填埋后，微生物的厌氧分解产生的水分。

垃圾渗透液含有种类繁杂的有机污染物、高浓度COD，从一万到十几万毫克/升；尤其是难直接被生物降解的羧基苯、杂环类及多联苯大分子有限化合物含量高，达数千毫克/升。COD_cr、BOD₅、氨氮的含量较高，且随填埋时间的延长，垃圾中的有机氮转化为无机氮，氨氮质量浓度升高。由于垃圾降解产生的CO2溶解使得垃圾渗滤液呈微酸性，这种偏酸性的环境加剧了垃圾中不溶于水的碳酸盐、金属及其金属氧化物等发生溶解，因此渗滤液中含有较高浓度的金属离子。

垃圾渗滤液成分复杂，仅采用普通的生物处理工艺难以达到理想的效果，因此需采用合适的预处理措施来提高它的可生化性，以改善后续工艺的运行环境。可采用物化和膜生物组合式的处理工艺，MBR工艺可提高可降解有机物的去除率和硝化率，RO工艺可去除无机离子和难降解的物质。垃圾渗滤液采用生物法、管式膜、卷式反渗透膜相结合的组合工艺进行处理，其处理后的出水可以达到回用标准。

目前国内外广泛采用膜分离技术处理垃圾渗透液，该技术以高效膜分离代替传统生物处理单元中的二沉池，以实现更好的固液分离效果，从而防止微生物特别是硝化细菌等增殖缓慢的微生物随出水流失，可以实现更好的处理效果。在垃圾渗透液处理中，膜污染是影响膜系统运行效果的重要因素，一直以来都是膜分离技术应用中要攻克的一道难题，所以必须采取有效的膜污染防治措施。膜污染的主要防治措施有：对料液进行预处理，调节进水PH值、加入阻垢剂、加入非氧化性杀菌剂等方法。阻垢剂的作用机理：即螯合增溶作用、凝聚与分散作用、静电斥力作用、晶体畸变作用。

膜阻垢剂是专为RO系统开发的一种高效阻垢剂。传统膜用阻垢剂通常采用酸(如硫酸和盐酸)和六偏磷酸钠，虽然酸和六偏磷酸钠的价格低廉，然而随着膜阻垢剂的不断研究发展，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；而六偏磷酸钠等虽然在低浓度条件下能抑制特定垢的沉积，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。

针对上述两种物质的弊端，国内外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，适用于水处理行业的不同领域。由于垃圾渗透液给人们的生活带来严重的影响，因此，随着社会的发展，人们对渗透液的处理越来越关注，争取尽快的减少渗透液给人们的生活和环境带来的污染，采取强有力的措施处理措施处理污染物对净化城市环境有着十分重要的现实意义。因此，有必要研制出一种适用于垃圾渗透液系统的反渗透膜用阻垢剂，以保证系统的安全稳定运行以及渗透液的处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于处理垃圾渗透液反渗透系统的阻垢剂，它不仅具有良好的阻垢性能，稳定性好，而且药剂用量低，能有效地控制膜分离系统中碳酸盐、硫酸盐的结垢。

为实现上述目的，本发明提出的是用于垃圾渗透液处理系统反渗透膜用阻垢剂，所述阻垢剂由二乙烯三胺五甲叉膦酸盐、聚羟基丙烯酸、膦基丙烯酸多元共聚物、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物、聚乙二醇、去离子水组成，各组分的重量百分比为：

其余为去离子水，其总重量满足100％。

本发明还提出了一种上述阻垢剂的制备方法，具体步骤如下：

依次加入二乙烯三胺五甲叉膦酸盐、聚羟基丙烯酸、膦基丙烯酸多元共聚物、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物、聚乙二醇，搅拌均匀，最后再加入去离子水，搅拌均匀后得到所述处理垃圾渗透液反渗透膜阻垢剂。

本发明还提供了上述的阻垢剂在反渗透系统运行中防止结垢的应用。

根据本发明的实施方案，在将上述阻垢剂应用于反渗透系统运行的阻垢，其中，所述膜用阻垢剂的投加量为3-5mg/l，以所述反渗透系统进水水量计。

本发明所提供的膜用阻垢剂具有以下优点：

本发明提供的阻垢剂是针对反渗透系统运行的结垢问题，有着良好的热稳定性，对常见的碳酸钙、硫酸钙以及硫酸钡垢都能起到良好的抑制效果。其中，二乙烯三胺五甲叉膦酸盐和丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物在较宽的pH范围和高温下具有极佳的热稳定性，对钙离子容忍度高，对碳酸盐垢和硫酸盐垢都具有非常好的阻垢效果；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸对硫酸盐垢有着独特的抑制效果，同时具有良好的生物降解性能，提高了药剂的环境友好性；聚羟基丙烯酸、膦基丙烯酸多元共聚物通过协同增效作用，对于高硬度、高碱度的碳酸钙垢的形成起到良好的抑制作用。聚乙二醇具有良好的化学稳定性，优异的分散性能，和上述几种溶剂具有很好地溶解性和良好的相容性，具有可生物降解性、使药剂能迅速渗透到膜系统中有效地扩散到水相中，起到阻垢效果。

本发明提供的适用于垃圾渗透液处理系统的膜用阻垢剂，可以保证系统产水量和产水品质、提高反渗透系统的工作效率、延长系统清洗周期、延长膜的使用寿命、降低运行成本。本发明具有良好的化学稳定性，易生物降解，对环境危害小。与现有技术相比，其优势在于：(1)本发明阻垢剂克服了传统使用阻垢剂的缺点，能用于控制膜分离系统中碳酸盐、硫酸盐的结垢，有效鳌合水中钙、镁等离子，使结垢晶体扭曲，防止晶体增长，在发挥阻垢作用后不会产生难溶于水的沉淀物质，且兼具一定的稳定SiO₂和硅酸盐的性能。(2)本发明同时对控制铝、铁及重金属污染物特别有效。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案及技术效果作进一步描述。

实施例1-6分别制备了适用于处理垃圾渗透液系统的膜用阻垢剂HJ6-01、HJ6-02、HJ6-03、HJ6-04、HJ6-05、HJ6-06，具体制备及性能实验如下：

阻垢剂的制备

按表1所述组分重量比例制备适用于处理垃圾渗透液系统的膜用阻垢剂，依次加入二乙烯三胺五甲叉膦酸盐、聚羟基丙烯酸、膦基丙烯酸多元共聚物、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物、聚乙二醇，搅拌均匀后，最后再加入去离子水，搅拌均匀后，得到所述处理垃圾渗透液系统的反渗透膜阻垢剂。

表1配制阻垢剂的各单剂纯品重量百分比例

制得阻垢剂HJ6-01、HJ6-02、HJ6-03、HJ6-04、HJ6-05、HJ6-06均为无色透明液体。

阻碳酸钙性能测定

本发明的阻垢性能测定采用配制北京昌平区某垃圾填埋场渗透液处理后反渗透进水样品。

表2实验室配置现场反渗透进水水质

阻垢剂贮备液：1mL水含有1mg阻垢剂；准确称取1.0g精确至0.001g阻垢剂于1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

试液的制备：在500mL容量瓶中加入无离子水250mL，用滴定管加入一定体积的氯化钙标准溶液，使钙离子量符合现场反渗透进水水质要求。加入相对应浓度梯度的阻垢剂贮备液，摇匀。再用滴定管缓慢加入一定体积的碳酸氢钠标准溶液(边加边摇动)，使碳酸氢根离子量符合现场进水水质要求。用水稀释至刻度，摇匀后全部倒入洁净的500mL锥形瓶中。

空白试液的制备：在另外两只500mL容量瓶中，除不加阻垢剂贮备液外，其余按上述步骤操作配置空白溶液，其中一份用于测定加热前原水试样中的Ca²⁺浓度W₅，另外一份用于与加药后的试液同时加热，进行阻垢效果对比试验。

分析步骤：

将装有试液和空白试液的锥形瓶分别盖好带有玻璃管的胶塞，浸入40℃的电热恒温水浴中，恒温放置1h后，冷却至室温后用中速定量滤纸干过滤。然后移取滤液25mL，置于250mL的锥形瓶中，加水至约50mL，加5mL氢氧化钾溶液、30mg钙黄绿素－酚酞指示剂，在黑色背景下立即用乙二胺四乙酸二钠标准滴定溶液滴定至溶液的黄绿色荧光消失，溶液呈红色时即为终点，整个滴定过程应在5min内完成。按下列公式分别计算试液和空白试液钙离子的浓度。

分析结果的表述：

以百分率表示的碳酸钙阻垢率η按下列公式计算：

式中：

W₃——加入阻垢剂的试液试验后的钙离子(Ca²⁺)浓度，单位为毫克每升(mg/L)；

W₀——未加阻垢剂的空白试液试验后的钙离子(Ca²⁺)浓度，单位为毫克每升(mg/L)；

W₅——实验前实测原水钙离子(Ca²⁺)浓度，单位为毫克每升(mg/L)。

根据上述计算公式计算该阻垢剂的阻垢率，实验结果如下表3。

表3不同阻垢剂对碳酸钙阻垢率对比

阻硫酸钙性能测定

试液的制备：在500mL容量瓶中加入无离子水250mL，用滴定管加入一定体积的氯化钙标准溶液，使钙离子量符合现场反渗透进水水质要求。加入相对应浓度梯度的阻垢剂贮备液，摇匀。再用滴定管缓慢加入一定体积的硫酸根标准溶液(边加边摇动)，使硫酸根离子量符合现场进水水质要求。用水稀释至刻度，摇匀后全部倒入洁净的500mL锥形瓶中。

空白试液的制备：在另外两只500mL容量瓶中，除不加阻垢剂贮备液外，其余按上述步骤操作配置空白溶液，其中一份用于测定加热前原水试样中的Ca²⁺浓度W₅，另外一份用于与加药后的试液同时加热，进行阻垢效果对比试验。

测定方法同实施例2

表4不同阻垢剂对硫酸钙阻垢率对比

阻碳酸镁性能测定

试液的制备：在500mL容量瓶中加入无离子水250mL，用滴定管加入一定体积的氯化镁标准溶液，使镁离子量符合现场反渗透进水水质要求。加入相对应浓度梯度的阻垢剂贮备液，摇匀。再用滴定管缓慢加入一定体积的碳酸氢根标准溶液(边加边摇动)，使碳酸氢根离子量符合现场进水水质要求。用水稀释至刻度，摇匀后全部倒入洁净的500mL锥形瓶中。

空白试液的制备：在另外两只500mL容量瓶中，除不加阻垢剂贮备液外，其余按上述步骤操作配置空白溶液，其中一份用于测定加热前原水试样中的Mg2+浓度W5，另外一份用于与加药后的试液同时加热，进行阻垢效果对比试验。

分析步骤：

将装有试液和空白试液的锥形瓶分别盖好带有玻璃管的胶塞，浸入40℃的电热恒温水浴中，恒温放置1h后，冷却至室温后用中速定量滤纸干过滤。然后移取滤液25mL，置于250mL的锥形瓶中，加水至约50mL，加10mLpH＝10的氨性缓冲溶液，加入少许铬黑T指示剂，在白色背景下立即用EDTA标准溶液滴定至溶液由红色变为天蓝色时即为终点，整个滴定过程应在5min内完成。按下列公式分别计算试液和空白试液镁离子的浓度。

分析结果的表述：

以百分率表示的碳酸镁阻垢率η按下列公式计算：

式中：

w₃——加入阻垢剂的试液试验后的镁离子(Mg²⁺)浓度，mg/L；

w₀——未加阻垢剂的空白试液试验后的镁离子(Mg²⁺)浓度，mg/L；

w₅——实验前实测原水镁离子(Mg²⁺)浓度，mg/L。

根据上述计算公式计算该阻垢剂的阻垢率，实验结果如下表5：

表5不同阻垢剂对碳酸镁阻垢率对比

分散氧化铁性能测定

采用配制适当浓度的铁化合物；用721分光光度计(420nm,3cm比色皿)测定。

阻垢剂贮备液：1mL水含有1mg阻垢剂；准确称取1.0g精确至0.001g阻垢剂于1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

取500mL容量瓶，加入相对应浓度梯度的阻垢剂式样溶液，将上述试液至容量瓶刻度，充分摇匀，置于40℃的恒温水浴中，恒温放置1小时后取出，采用分光光度法测定透光率。

分散氧化铁性能

表6不同阻垢剂对氧化铁透光率对比

Claims (4)

1.一种适用于垃圾渗透液处理系统的反渗透膜用阻垢剂，其特征在于所述复合多元阻垢剂是由二乙烯三胺五甲叉膦酸盐、聚羟基丙烯酸、膦基丙烯酸多元共聚物、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物、聚乙二醇、去离子水组成，各组分的重量百分比为：

其余为去离子水，其总重量满足100％。

2.一种权利要求1所述的反渗透膜用阻垢剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照权利要求1所述的比例依次加入二乙烯三胺五甲叉膦酸盐、聚羟基丙烯酸、膦基丙烯酸多元共聚物、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物、聚乙二醇后，进行搅拌，搅拌均匀后，最后再加入去离子水，搅拌至均匀后得到所述反渗透膜用阻垢剂。

3.一种权利要求1所述的膜用阻垢剂在处理垃圾渗透液的RO膜系统时防止膜结垢的应用。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述反渗透膜用阻垢剂的投加量为3-5mg/L，以所述反渗透系统进水水量计。