反滲透膜結(jié)垢是指溶解性差的物質(zhì)CaCO3、CaSO4、BaSO4、Ca3(PO4)2等在膜表面產(chǎn)生沉淀，當(dāng)這些物質(zhì)在反滲透系統(tǒng)中濃縮時(shí)，就會(huì)變得過(guò)飽和。比如在pH=7.5、水溫為25℃時(shí)，水中鈣硬度（以CaCO3計(jì)）為200 mg/L、總堿度（以CaCO3計(jì)）為150 mg/L時(shí)，CaCO3就會(huì)接近過(guò)飽和；再比如在pH=7.5、水溫為25℃時(shí)，水中鋇離子僅為0.01 mg/L、硫酸根離子為4.5 mg/L時(shí)，BaSO4就會(huì)出現(xiàn)過(guò)飽和而析出。
反滲透阻垢劑的阻垢機(jī)理主要是對(duì)上述溶解性差的物質(zhì)產(chǎn)生絡(luò)合增溶、凝聚分散、晶格畸變和閾值效應(yīng)。絡(luò)合增溶指的是阻垢劑能與水中 鈣離子、鎂離子、鋇離子等成垢陽(yáng)離子作用形成可溶性絡(luò)合物，抑制了CaCO3、CaSO4、BaSO4、Ca3(PO4)2等生成；凝聚分散是指阻垢劑在水中解離出的陰離子附著在CaCO3晶體上，而工業(yè)污水中的污垢一般都帶負(fù)電荷，同種電荷互相排斥，產(chǎn)生的靜電排斥作用，使CaCO3晶體無(wú)法聚集生長(zhǎng)成較大顆粒，均勻分散于溶液中，從而達(dá)到抑制CaCO3垢形成的目的；晶格畸變是指在CaCO3微晶聚集長(zhǎng)大過(guò)程中，阻垢劑摻雜在晶格點(diǎn)陣中或晶體界面上，使晶體發(fā)生畸變，直接抑制或扭曲晶體生長(zhǎng)，如CaCO3是帶正電的鈣離子與帶負(fù)電的碳酸氫根離子共同按照特定的方向發(fā)展，在二者發(fā)展壯大的過(guò)程中， 阻垢劑會(huì)摻雜在它們構(gòu)建的晶格點(diǎn)陣中，使晶體內(nèi)部應(yīng)力增大，當(dāng)其增大到一定程度時(shí)會(huì)讓晶體最終破裂，從而達(dá)到抑制晶體形成的目的。閾值效應(yīng)是指用阻垢劑破壞CaCO3、CaSO4、BaSO4、Ca3(PO4)2等微晶的聚集和排序過(guò)程，從而防止產(chǎn)生沉淀。
二、阻垢方法選擇
評(píng)價(jià)反滲透是否存在結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)的主要指標(biāo)是朗格利爾指數(shù)（LSI），當(dāng)LSI＜0時(shí)，水體無(wú)結(jié)垢傾向（但具有一定的腐蝕性）；當(dāng)LSI≥0時(shí)，水體呈結(jié)垢傾向。調(diào)節(jié)pH法阻垢是通過(guò)降低水的pH使LSI從大于0向小于0轉(zhuǎn)變；投加阻垢劑阻垢是即使LSI≥0，但水中的難溶性物質(zhì)微晶仍無(wú)法生長(zhǎng)聚集而沉積，主要機(jī)理即為上述四種。目前，國(guó)內(nèi)阻垢劑產(chǎn)品可以保證在LSI=3時(shí)，難溶性物質(zhì)仍不沉積結(jié)垢；國(guó)際一線品牌的阻垢劑產(chǎn)品可以保證在LSI=5時(shí)，難溶性物質(zhì)仍不沉積結(jié)垢，但在采購(gòu)阻垢劑時(shí)應(yīng)注意國(guó)內(nèi)部分商家進(jìn)口國(guó)際一線品牌阻垢劑原液，而后大量?jī)端♂專(zhuān)瑢?dǎo)致采購(gòu)方雖然使用著LSI=5的阻垢產(chǎn)品，但實(shí)際阻垢效能卻大相徑庭。
1.調(diào)節(jié)pH法
為了獲得合格的產(chǎn)水，我們通常把反滲透進(jìn)水pH控制在6~9之間，一些管理精細(xì)化的企業(yè)控制在范圍更窄，如7.0~8.5之間。過(guò)低或過(guò)高的進(jìn)水pH都會(huì)使反滲透產(chǎn)水pH達(dá)不到回用水的要求。所以，采用調(diào)節(jié)pH的方法阻垢前提是要保證反滲透產(chǎn)水pH達(dá)標(biāo)。并且，需要注意的是調(diào)節(jié)pH法控制反滲透結(jié)垢主要是針對(duì)CaCO3結(jié)垢，對(duì)于其它結(jié)垢類(lèi)物質(zhì)無(wú)效。
2.投加阻垢劑法
如前所述，投加阻垢劑可以使反滲透膜適應(yīng)更高的LSI，但是反滲透阻垢劑價(jià)格較高，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在0.008~0.012 元/g之間、國(guó)際一線品牌原液產(chǎn)品在0.055~0.075 元/g之間，這使得使用成本較高。
另外，反滲透阻垢劑種類(lèi)層出不窮，甚至一些生產(chǎn)商不斷炒作并不成熟的新概念，使得使用方在選擇阻垢劑時(shí)出現(xiàn)困惑?？偨Y(jié)市售較為成熟的阻垢劑產(chǎn)品，主要分為含磷阻垢劑、聚合物阻垢劑、環(huán)保阻垢劑三種。
含磷阻垢劑包括無(wú)機(jī)磷阻垢劑和有機(jī)膦阻垢劑，其中無(wú)機(jī)磷阻垢劑的主要成分是三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉，這些含有無(wú)機(jī)磷的物質(zhì)主要分子結(jié)構(gòu)特征是具有長(zhǎng)鏈狀的陰離子，這種結(jié)構(gòu)存在著性質(zhì)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，容易水解成磷酸根，尤其是水溫較高時(shí)，水解速度更快，水解后的產(chǎn)物正磷酸鹽很容易和水體中的鈣離子反應(yīng)生成比CaCO3溶度積更小的Ca3(PO4)2水垢，所以無(wú)機(jī)磷阻垢劑不適用于溫度高或鈣離子含量高的水中；有機(jī)膦阻垢劑主要成分是羥基乙叉二膦酸、氨基三亞甲基膦酸、膦酸基丁烷等一種或幾種，這些含有機(jī)膦的物質(zhì)主要分子結(jié)構(gòu)特征是都含有C-O-P鍵，當(dāng)處于溫度較高和堿性較強(qiáng)的環(huán)境中時(shí)，容易水解成為正磷酸酯和相應(yīng)的醇，此時(shí)它的阻垢功能也會(huì)很大程度的減弱，因此，有機(jī)膦類(lèi)阻垢劑不適用于溫度高或pH偏堿性的水中。
聚合物阻垢劑主要分為陰離子聚合物阻垢劑和陽(yáng)離子聚合物阻垢劑。前者主要用于抑制金屬離子結(jié)垢，后者主要用于抑制硅垢。聚合物阻垢劑的主要成分是丙烯酸和馬來(lái)酸，研制時(shí)是將多種功能性的官能團(tuán)引入到分子中，因此這一類(lèi)的阻垢劑具有多種配方。應(yīng)用時(shí)除了需要考慮水質(zhì)的條件，還需要分析水垢的種類(lèi)。例如帶羧酸基團(tuán)的聚合物阻垢劑主要是針對(duì)鈣結(jié)垢、磺酸基的聚合物阻垢劑主要針對(duì)金屬氧化物、酸胺類(lèi)的聚合物阻垢劑主要針對(duì)硅結(jié)垢。所以，聚合物類(lèi)阻垢劑并不是廣譜類(lèi)的阻垢藥劑，其主要是用于彌補(bǔ)廣譜類(lèi)阻垢劑的不足；同時(shí)，由于其主要成分是聚合物，容易被氯等氧化性殺菌劑氧化而失效，所以，在投加這類(lèi)阻垢劑前，應(yīng)先投加還原劑中和掉水中的余氯。
環(huán)保阻垢劑的有效成分主要包括聚天冬氨酸、聚環(huán)氧琥珀酸及其衍生物。這類(lèi)阻垢劑主要是針對(duì)鈣結(jié)垢，如CaCO3、CaSO4、CaF2，其優(yōu)點(diǎn)是可以適應(yīng)較高的鈣離子濃度，當(dāng)鈣離子濃度達(dá)到500 mg/L時(shí)仍有80%以上阻斷鈣垢的效果；但其投加量大，對(duì)水的pH改變較大，且其在40℃以下時(shí)，阻垢效率較低，而反滲透膜進(jìn)水最高允許溫度為35~40℃，所以這種阻垢劑并不適合在反滲透上使用，而更多用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。
三、加藥量計(jì)算
前文已經(jīng)敘述水是否處于結(jié)垢傾向取決于LSI的值，因此，無(wú)論是采用加酸調(diào)節(jié)pH，還是采用投加阻垢劑的方法來(lái)防止反滲透膜結(jié)垢，其本質(zhì)是把握水的LSI，LSI的計(jì)算方式如下式所示。
這與前文所述在該條件下，CaCO3已接近飽和相吻合。并且我們可以發(fā)現(xiàn)，加藥量的衡量可表達(dá)為以下三個(gè)公式。
綜上所述，我們?cè)诜乐狗礉B透膜結(jié)垢時(shí)，首先，我們應(yīng)該按照本文給出公式計(jì)算反滲透濃水的LSI，以判斷反滲透是否存在結(jié)垢的傾向；其次，要分析出水中主要結(jié)垢物質(zhì)是什么，這可以通過(guò)檢測(cè)Ca2+、Mg2+、HCO3-、Ba2+、SiO2等指標(biāo)來(lái)分析判斷，這樣我們可以有針對(duì)性的選擇是加酸調(diào)節(jié)pH、還是投加阻垢劑，如果投加足夠加，要投加何種阻垢劑。
【文章轉(zhuǎn)載自： 水處理科技學(xué)報(bào)】
