环保型反渗透阻垢剂的复配及性能研究

论文摘要

随着工业的不断发展,反渗透除盐装置在我国得到越来越广泛的应用。用反渗透法制备纯水因其具有运行成本低、无再生废水排放、出水水质稳定等优点,已逐步替代传统的离子交换法。但反渗透膜表面的结垢问题严重影响了反渗透法的运行能耗及反渗透膜的使用寿命。目前解决这一问题的最常用方法就是向反渗透系统的进水中加入阻垢剂。因此,研制新型高效的反渗透阻垢剂抑制其结垢现象具有重要的实际应用价值。本文阐述了反渗透系统的应用,反渗透阻垢剂的重要意义及作用。本课题以解决反渗透系统碳酸盐结垢问题为背景,在研究了六种反渗透阻垢剂单体阻垢性能的基础上,运用均匀设计的试验方法,以阻垢率为考查指标,采用静态阻垢法对选出的六种阻垢剂进行了复配,优选出四种不同配方的环保型反渗透阻垢剂,将四种复配阻垢剂与国外进口阻垢剂PTP-0100、Acumer4035在阻垢、分散和生物降解性等方面进行测定,结果表明筛选的复配阻垢剂在阻碳酸钙垢、硫酸钙垢、分散氧化铁及生物降解性能方面优于进口产品PTP-0100和Acumer4035。目前采用循环水系统阻垢剂的评价方法已经不能有效的评价反渗透阻垢剂使用效果,本文对反渗透阻垢剂的实验室快速评价技术进行了研究。使RO装置以周期性浓缩的全循环模式运行,以逐渐提高RO装置浓水侧的结垢趋势,并测定其结垢速率。选择了国外进口阻垢剂PTP-0100、Acumer4035和复配的阻垢剂,对其阻CaCO3的性能进行了比较研究。结果表明,周期性浓缩的全循环是一种快速、方便、可靠的阻垢剂评价技术;经优化筛选的配方能较好地抑制垢物的沉积。对阻垢剂的作用机理进行了研究,采用电子扫描显微镜（SEM）和X-衍射（XRD）技术研究了复配阻垢剂对碳酸钙、硫酸钙结晶过程及垢形的影响,并对其阻垢机理进行了初步探讨。结果表明,复配阻垢剂可使碳酸钙和硫酸钙晶体更容易发生明显的断裂和扭曲现象,使晶粒更加细小分散。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 水资源状况
• 1.1.1 全球水资源状况
• 1.1.2 我国水资源供需现状
• 1.2 反渗透系统的综述
• 1.2.1 反渗透系统的应用
• 1.2.2 反渗透的预处理
• 1.2.3 反渗透的污染和防护
• 1.3 反渗透阻垢剂的概况
• 1.4 反渗透阻垢剂的评价方法
• 1.4.1 静态阻垢法
• 1.4.2 鼓泡法
• 1.4.3 极限碳酸盐法
• 1.4.4 临界pH法
• 1.4.5 动态模拟法
• 1.4.6 现场实验
• 1.5 本课题的意义和内容
• 1.5.1 本课题的意义
• 1.5.2 本课题的研究内容
• 第二章 阻垢剂单体的合成及性能研究
• 2.1 聚天冬氨酸、丙烯酸共聚物的合成
• 2.1.1 主要原料及试剂
• 2.1.2 实验水样
• 2.1.3 试验方法
• 2.2 阻垢剂单体的多元性能研究
• 2.2.1 试验方法
• 2.2.2 阻垢剂单体的性能研究
• 2.3 小结
• 第三章 反渗透阻垢剂的复配筛选试验
• 3.1 试验仪器与方法
• 3.1.1 试验仪器
• 3.1.2 试验方法
• 3.2 试验条件
• 3.3 反渗透阻垢剂配方试验
• 3.3.1 均匀设计应用于阻垢剂配方设计
• 3.3.2 PASP,HPMA,HEDP和PBTCA配方试验
• 3.3.3 PESA,HPMA,HEDP和PBTCA配方试验
• 3.3.4 PASP,PESA和PBTCA配方试验
• 3.3.5 PASP,PESA,AA-AE和PBTCA配方试验
• 3.3.6 复配阻垢剂的配方结果
• 3.4 阻垢剂的性能评定
• 3.4.1 碳酸钙阻垢试验结果与讨论
• 3.4.2 硫酸钙阻垢试验结果与讨论
• 3.4.3 氧化分散性试验结果与讨论
• 3.4.4 生物降解性能试验结果与讨论
• 3.5 小结
• 第四章 反渗透阻垢剂动态评价试验
• 4.1 "周期性浓缩的全循环模式"试验技术原理
• 4.2 几种参数的计算
• 4.2.1 系统的总回收率
• 4.2.2 周期性浓缩的全循环模式结垢速率的计算
• 4.2.3 饱和指数的计算
• 4.3 动态周期性浓缩的全循环模式试验仪器与步骤
• 4.3.1 实验仪器
• 4.3.2 实验步骤
• 4.4 动态周期性浓缩的全循环模式试验结果
• 2+的浓缩倍数随Cl^-浓缩倍数的变化'>4.4.1 Ca²⁺的浓缩倍数随Cl^-浓缩倍数的变化
• 4.4.2 总回收率与浓缩因子的关系
• 4.4.3 膜表面累积的垢量与总回收率的关系
• 4.4.4 平均结垢速率与总回收率的关系
• 4.4.5 膜浓水测LSI值与总回收率的关系
• 4.5 小结
• 第五章 阻垢剂的钙容忍度的研究
• 5.1 实验试剂及仪器
• 5.1.1 主要试剂
• 5.1.2 主要仪器
• 5.2 钙容忍度的测定方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 阻垢剂的钙容忍度
• 5.3.2 不同温度下阻垢剂钙容忍度的变化
• 5.3.3 不同水质硬度下阻垢剂钙容忍度的变化
• 2+,Sr²⁺对阻垢剂钙容忍度的影响'>5.3.4 Ba²⁺,Sr²⁺对阻垢剂钙容忍度的影响
• 5.4 小结
• 第六章 反渗透阻垢剂阻垢机理的探讨和研究
• 3晶体的结构与性质'>6.1 CaCO₃晶体的结构与性质
• 3晶体的结晶过程'>6.2 CaCO₃晶体的结晶过程
• 6.2.1 晶核的产生
• 6.2.2 晶体的生长
• 6.2.3 杂质对晶体生长的影响
• 6.3 阻垢剂作用机理的基本理论
• 6.4 垢样表面结构分析
• 6.4.1 实验试剂及仪器
• 6.4.2 实验方法
• 6.4.3 实验结果及讨论
• 6.4.4 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科技成果