[发明专利]一种反渗透膜阻垢剂及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种阻垢剂及应用，具体地说涉及一种反渗透膜阻垢剂及其在反渗透水处理工艺过程中的应用。

背景技术

1953年，美国佛罗里达大学的Reid等最早提出反渗透海水淡化。1960年，美国加利福尼亚大学的Loeb和Sourirajan研制出第一张可实用的反渗透膜。从此以后，反渗透膜的开发开始逐渐发展起来。膜材料从单一的醋酸纤维素非对称膜发展到采用表面聚合技术制成的交联芳香族聚酰胺复合膜。操作压力也扩展到高压(海水淡化)膜、中压(醋酸纤维素)膜、低压(复合)膜和超低压(复合)膜。膜组件的形式近年来也呈现出多样化的趋势。除了传统的中空纤维式、卷式、管式及板框式以外，又开发出回转平膜式、浸渍平膜式等。工业水处理上应用最多的是卷式膜，它占据了绝大多数陆地水脱盐和越来越多的海水淡化市场。此外，中空纤维膜在海水淡化应用中也占有很高的份额。现在，全世界反渗透膜水处理装置的能力已达到每天千万吨以上。

我国从20世纪60年代中期开始研制反渗透膜，与国外起步时间相隔不远，但由于原材料及基础工业条件限制，发展速度较慢。近年来，随着我国经济的发展和综合国力的提高，反渗透膜的应用在我国获得了很快的发展，应用领域不断扩大。目前，国内反渗透工艺主要用于电子、电力、食品、饮料和化工等领域的纯水和超纯水制备，少量的用于苦咸水淡化。

反渗透膜分离技术具有无相变、组件化、流程简单、操作方便、占地面积小、投资省、耗电低等优点，在工业水处理中仍有广阔的应用空间。

在反渗透膜分离技术的实际应用过程中，膜污染问题是影响该技术可靠性的决定性因素。在膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学作用或机械作用而在膜表面或膜孔内吸附、沉积，造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化的现象称为膜污染。造成膜污染的机理大致包括形成泥饼、形成沉淀、形成凝胶层、吸附污染、堵塞污染等。

反渗透膜的污染大体可分为悬浮颗粒和胶体污染、无机沉积物污染、有机物污染和生物污染4类。当难溶盐在反渗透系统内被不断浓缩，其组分离子浓度幂的乘积超过其溶度积时，就会在反渗透膜表面上不断沉积而结垢，形成无机沉积物污染。当水源为苦咸水时，CaSO₄、CaCO₃、SiO₂是产生垢类的主要难溶盐。在中水回用时，由于中水中含有大量的PO₄^3-，易形成Ca₃(PO₄)₂沉淀，其中硅沉积对膜影响很大，极难清洗。

中国专利CN 1796309公开了一种用于反渗透系统的复合阻垢剂及其在反渗透水处理工艺过程中的应用。该发明中的复合阻垢剂由丙烯酸均聚物和至少一种丙烯酸共聚物组成。该发明的复合阻垢剂用于反渗透系统水处理时，可解决反渗透膜上CaSO₄和CaCO₃的沉积问题，兼具一定的稳定SiO₂和硅酸盐的性能。中国专利CN101033278公开了一种丙烯酸丙烯酰胺共聚物阻垢分散剂及其制备方法。该阻垢分散剂由于共聚物中同时含有酰胺基、羧基官能团，使阻垢分散剂不仅具有优良的阻CaSO₄垢功能，还有一定分散氧化铁的性能，同时受水质中Fe²⁺、Ba²⁺浓度的影响较小，具有稳定持久的阻垢性能。在硫酸钙盐高过饱和度或高钙离子浓度下，具有高效阻垢分散性。

欧洲专利EP 0171049(A2)公开了采用低分子量的丙烯酸及其盐和膦酸基羧基烷烃来控制CaSO₄垢。美国专利US 3644205(A)公开了一种由三羟甲基丙烷的三正磷酸酯及其碱金属和铵盐组成的复合阻垢剂。该复合阻垢剂能够很好的抑制CaCO₃、CaSO₄、BaSO₄、SrSO₄、SrCO₃和MgCO₃成垢。欧洲专利EP1886976(A1)公开了一种氨基酸烷基膦酸阻垢剂，该阻垢剂中氮上的剩余电子以及膦酸能够起到阻垢作用。

上述阻垢剂只适用于原水CaSO₄结垢趋势不严重、二氧化硅含量较低和CaCO₃结垢倾向较小的反渗透系统，对于原水中CaSO₄结垢倾向严重且需兼顾二氧化硅和CaCO₃结垢的情况，这类阻垢剂的应用难以满足生产的需要。