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阻垢原理
阻垢剂分类
阻垢剂可按照多种方法进行分类。
根据高效阻垢剂则用于浓缩倍率很高的应用场合,比如RO/NF系统,浓缩倍率常常达到4倍甚至更高,浓缩后的水极不稳定,有很强的结垢倾向。因此,膜系统一般推荐使用高效阻垢剂,在膜系统中使用普通阻垢剂经实践证明很不安全。
高效阻垢剂根据pH值的不同,又可分为酸性和碱性阻垢剂。无论是酸性还是碱性,其阻垢效率的高低,取决于阻垢剂本体对水中结垢离子有效的螯合增溶作用、晶格畸变作用以及吸附与分散作用。阻垢剂溶液呈酸性或碱性,是本体在水溶液中以有机酸或其钠盐形式表现的结果。它的酸碱性并不决定其阻垢性能的好坏。至于碱性阻垢剂能改变给水的pH值,将给水的LSI值提高,造成CaCO3结垢的说法,有夸大之虞。这是因
-为反渗透系统的投加量非常小,一般控制值为2~3mg/L(以标准液计),而水中含有大量HCO3物质,实属
典型的缓冲溶液,如此小的剂量不可能明显改变原水的pH值,不足为虑。而某些碱性阻垢剂成分更稳定,阻垢性能更好。
无机垢的形成过程可分为下面3个步骤:
●形成过饱和溶液;
●生成晶核;
●晶核成长,形成晶体。
这3个步骤中有一个遭到破坏,结垢过程即被减缓或抑制。阻垢剂的作用就是有效阻止这些步骤中的一个或几个,以达到阻垢目的。阻垢剂干扰晶体生长的机理有如下几种说法:

++++ 螯合增溶作用是指阻垢剂与水中Ca2、Mg2、Sr2、Ba2等高价金属离子络合成稳定的水溶性螯合物,使
水中游离态钙、镁离子的浓度相应降低,这样就好像使CaCO3等物质的溶解度增大了,本来会析出溶液的CaCO3等物质实际上没有形成沉淀。
所谓阈限效应阻垢是指只需向溶液中加入少量的阻垢剂,就能稳定溶液中大量的结垢离子,它们之间不存在严格的化学计量关系,当阻垢剂的量增至过大时,其稳定阻垢作用并无明显改进。

晶体正常形成的过程是微粒子(离子、原子或分子)根据特定的晶格方式进行十分有规则的排列,从而形成外形规则、熔点固定、致密坚固的物质结构。所谓晶格畸变是指在晶体生长的过程中,常常会由于晶体外界的一些原因,而使得晶体存在空位、错位等缺陷或形成镶嵌构造等畸变,其结果使同一晶体的各个晶面发育不等。晶体中这种局部组分的差异会导致晶体内部的应力,晶体本身与镶嵌物质膨胀系数的不同也会导致应力。这些应力使晶体不稳定。当环境发生某些变化时,大晶体便会碎裂成小晶体。
阻垢剂分子由于吸附在位于晶体活性生长点的晶格点阵上,使晶体不能按照晶格排列正常生长,使晶体发生畸变,使晶体的内部应力增大导致晶体破裂,从而防止微晶沉积成垢,达到阻垢目的。其过程见下图所示:
晶体生长过程阻垢剂对晶体生长的影响

阻垢分散剂属于阴离子有机化合物,可因物理化学吸附作用而吸附于胶体颗粒及微晶粒子上,在颗粒表面形成新的双电层,改变颗粒表面原来的电荷状况。于是,因同性电荷相排斥而使它们稳定地分散在水体中。
结垢倾向计算
对于一定水质的给水,在反渗透系统运行过程中是否会发生结垢,是否应该选用阻垢剂以及选用何种阻垢剂对给水进行处理?要准确地回答这些问题,就需要对反渗透系统浓水进行结垢倾向计算。所谓结垢倾向计算,是指对特定结垢对象,选用特定的结垢判断标准,并对标准所涉各种参数进行计算,从而判断水中有无可能形成污垢的过程。
根据结垢种类的不同,结垢倾向计算一般分为三类:
一是CaCO3结垢倾向计算;
二是CaSO4、BaSO4、SrSO4、CaF2结垢倾向计算;
三是SiO2结垢倾向计算。
式中:pH——运行温度下,水的实际pH值
pHs——CaCO3饱和时,水的pH值
判断水中CaCO3结垢倾向的依据:
●未加阻垢剂情况
若LSI<0,则有CaCO3溶解倾向;
若LSI>0,则有CaCO3结垢倾向。
●加阻垢剂情况
TJ Treat? 100阻垢/分散剂控制LSI≤,不会产生CaCO3结垢倾向;
TJ Treat? 200阻垢/分散剂控制LSI≤,不会产生CaCO3结垢倾向。
pHs的计算方法如下:
式中:A——与水中溶解固体含量有关的常数
[TDS]——总溶解固体含量(mg/L)
B——与水的温度有关的常数
t ——水温(℃)
C——与水中钙硬度有关的常数
D——与水中全碱度有关的常数
[AlK]——碱度(mg/L,以CaCO3计)
①浓水pHs计算
以下符号所表达的含义为计算浓水侧LSI值所需而设定:
CF:反渗透装置浓缩倍数
Y:反渗透系统回收率(以小数点表示)
f:下标(表示给水)
b:下标(表示浓