一种基于压差评价反渗透水处理药剂性能的方法
【专利摘要】一种基于压差评价反渗透水处理药剂性能的方法，包括如下步骤：将阻垢剂加入试验用水作为反渗透过程中的给水，经高压泵注入反渗透组件，分离产生浓水与淡水，并在该过程中连续地测量并记录浓水与给水间的压差；在相同水质条件和试验操作下，改变所加入的阻垢剂种类，重复上述过程；根据采用不同的阻垢剂时，浓水与给水间的压差随时间的变化情况评价阻垢剂的性能。该方法基于质量可靠、精度高的在线压差表，实时敏感地反映反渗透装置沉积物附着情况，进而评价反渗透水处理药剂的性能。与现有其他评定方法相比，基于压差的评价方法精准度高、重复性好、评定快捷、操作简便，能实现全面考察反渗透水处理药剂的阻垢性能、兼容性能和长期应用性能。
【专利说明】一种基于压差评价反渗透水处理药剂性能的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于压差评价反渗透水处理药剂性能的方法。
【背景技术】
[0002]随着水污染的日益严重，反渗透纯水技术已成为解决水资源短缺的最有发展前途的技术之一。为了减缓或抑制膜的污堵，保证反渗透系统长期有效的运行，必须添加反渗透水处理药剂，由此反渗透水处理药剂评价方法至关重要。目前广泛使用的反渗透阻垢剂的评价方法包括静态评价法和动态评价法。静态评价法有容量瓶法、鼓泡法、蒸发浓缩法、浊度法、PH位移法和临界pH法等；动态评价法则包括一次通过法、部分循环法、全循环法和间歇全循环法。静态法是一种实验室评价方法，都是通过比较试验前后溶液中成垢离子的浓度、水质变化来评价药剂的性能，特点是设备简单、试验时间短，能够一定程度反映阻垢剂性能的好坏；动态法是一种介于实验室和现场的评价方法，通过模拟现场水质，利用小型反渗透装置对反渗透水处理药剂进行评价。测定进水、产水和浓水中结晶离子浓度、设备脱盐率、系统压降、产水量等指标，考察膜的结垢情况。
[0003]目前，我国对反渗透水处理阻垢剂评价方法的建立工作相对较少，基本停留在应用循环水药剂评价方法上，而市售的循环水阻垢剂性能评定装置(静态、动态)主要是上世纪八十年代初按化工行业标准研制的，静态评价法普遍存在影响因素多、重现性差、与现场差距较大等缺点，因此，采用动态评价法对反渗透阻垢剂进行进一步的筛选。而现有的动态评价方法和设备在可靠性和功能上都无法适应用户的需要，这样极不利于反渗透阻垢剂的正确选用和新型高效反渗透阻垢剂的研制。每年国内外都有新型反渗透阻垢剂问世。尽管阻垢剂制造商和销售商都有数据声称自己的产品质量好、性能优越，但这些数据并不是在模拟用户实际水质条件下得到的，与用户实际存在较大偏差。
[0004]此外，为了反渗透系统正常运行，反渗透进水中通常会投加各种药剂，如絮凝剂、阻垢剂、分散剂、杀菌剂、脱氧剂，如果药剂之间不兼容或者药剂与膜材料不兼容，生成不兼容物质，就会在反渗透膜表面沉积，引起反渗透系统运行参数的变化，包括脱盐率、产水量下降，系统压降增大等。
[0005]因此，现有反渗透水处理药剂评价方法上述缺点的根本原因是没有找到一个科学、准确地反映药剂性能的敏感指标。
【发明内容】
[0006]针对我国目前指导水处理剂阻垢性能评标准《HG/T2024-2009水处理剂阻垢性能的测定方法鼓泡法》用于反渗透水处理药剂方面存在的问题，以及现有其他评价方法的缺点，根据压差可以敏感反映反渗透水处理药剂性能的基本原理，提出了一种依据压差的变化评价反渗透水处理药剂性能的方法。
[0007]为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案:一种基于压差评价反渗透水处理药剂性能的方法，包括如下步骤:[0008]将阻垢剂加入试验用水混合均匀后，作为反渗透过程中的给水，经高压泵注入反渗透组件，分离产生浓水与淡水；
[0009]在该过程中连续地测量并记录浓水与给水间的压差并将该压差随时间的变化情况与标准数据作比较；若该压差的增长比标准数据慢，则说明该阻垢剂适合该试验用水的水质，否则说明该阻垢剂不适合该试验用水的水质。
[0010]本发明研究了一种基于对反渗透系统压力和压差的监测来评定水处理药剂的阻垢分散效果的方法。通过比较浓水与给水间的压差来评价反渗透水处理药剂的性能，进而寻找适合用户水质较为理想的阻垢剂以及合适的剂量。该方法基于质量可靠、精度高的在线压力表、压差表，实时灵敏地记录反渗透系统运行参数的变化。通过压力和压差数据变化，建立基于快速指标预测药剂长期行为的函数，从而反映反渗透系统内部沉积物附着状况，实现了水处理剂性能评定的监测自动化、监控指标敏感、试验评定周期短。该方法不仅能评价反渗透水处理药剂的性能，还能结合当地水源水质调节，给出适应不同水源水质、膜材料、与预处理药剂兼容的最佳运行药剂种类和剂量、运行条件等。与现有各评定方法相t匕，精准度高、重复性好、评定快捷、操作简便，能实现全面考察反渗透水处理药剂的阻垢性能、兼容性能和长期应用性能，为水处理药剂性能评定提供了一种新方法，对于现有阻垢剂的合理使用、性能的改进以及新型药剂的开发具有一定的指导意义。
[0011]进一步，所述标准数据为在相同的水质条件与试验操作下不加入阻垢剂，得到的浓水与给水间的压差数据。
[0012]进一步，在相同的水质条件与试验操作下加入不同的阻垢剂，得到浓水与给水间的压差数据作为对比试验数据。
[0013]进一步，分别计算采用不同的阻垢剂或不加入阻垢剂时，在相同运行周期内浓水与给水间的压差平均增长速率；通过比较不同阻垢剂对应的压差平均增长速率来评价阻垢剂的性能；平均增长速度越接近零，对应的阻垢剂的性能越好。通过数值比较，直观地表达出阻垢剂的性能的好坏。
[0014]进一步，将不同的阻垢剂或不加入阻垢剂得到的浓水与给水间的压差的离散数据通过计算机拟合成关于压差-时间变化曲线；通过比较不同阻垢剂对应的压差-时间变化曲线来评价阻垢剂的性能；压差-时间变化曲线越平缓，对应的阻垢剂的性能越好。通过曲线图比较，直观地表达出阻垢剂的性能的好坏。
[0015]进一步，装置运行的方法采用阶梯排水法或阶梯加药法或间歇补排水法或连续补排水法或给水浓水对比法。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是实现本发明的一种基于压差评价反渗透水处理药剂性能的方法的装置连接示意图。
[0017]图2是加入单一阻垢剂与空白的压差-时间曲线图。
[0018]图3是阻垢剂A、阻垢剂B、阻垢剂C以及空白的压差-时间曲线图。
[0019]下面参见附图及具体实施例，对本发明作进一步说明。
【具体实施方式】[0020]请参考图1，其是实现本发明的一种基于压差评价反渗透水处理药剂性能的方法的装置连接示意图，其包括第一反渗透装置1、试验水箱2、补水箱3以及数字控制单元。
[0021]所述第一反渗透装置I由反渗透膜组件组成，用于将给水分离成浓水与淡水，具有分别设有开关阀的给水进水口、浓水出水口以及淡水出水口。所述试验水箱2通过给水管LI与该第一反渗透装置I的给水进水口连通。所述第一反渗透装置I的浓水出水口通过浓水回流管L2与该试验水箱2连通，形成给水-浓水循环回路。所述第一反渗透装置I的淡水出水口通过淡水回流管L3与该试验水箱2连通，形成给水-淡水循环回路。所述补水箱3通过补水管L4与该试验水箱2连通，用于向试验水箱2补充试验用水。所述数字控制单元与布置在管线上的仪器电连接，收集本装置的运行参数并监控其运行状态。
[0022]所述试验水箱2内设有第一液位传感器21、第一搅拌装置22以及试验水箱排空阀K1。所述第一液位传感器21用于检测试验水箱2的水量，其与所述数字控制单元电连接。所述第一搅拌装置22包括搅拌叶片以及与搅拌叶片连接的电动机，用于使试验用水混合均匀。所述试验水箱排空阀Kl用于将试验水箱2内的试验用水排空。
[0023]所述补水箱3内设有第二液位传感器31、第二搅拌装置32以及补水电磁阀K2。所述第二液位传感器31用于检测补水箱3的水量，其与所述数字控制单元电连接。所述第二搅拌装置32包括搅拌叶片以及与搅拌叶片连接的电动机，用于使补充水混合均匀。
[0024]所述给水管LI从试验水箱2至第一反渗透装置I的给水进水口的经由线上依次布置有试验水箱出水阀K3、增压泵4、保安过滤器进水阀K4、保安过滤器5、保安过滤器出水阀K5以及高压泵6。所述试验水箱出水阀K3用于调节试验水箱2的出水量。所述增压泵4用于增加水流的压力，增压泵4与保安过滤器进水阀K4之间的给水通过增压泵循环阀K6回流到试验水箱2，形成给水搅拌循环回路。所述保安过滤器5用于对给水进行预处理，其进水口与出水口之间并联一个过滤压差计ΛΡ1，用于检测通过保安过滤器5的给水的压差。所述高压泵6用于增加给水的压力，流出该高压泵6的给水通过高压泵循环阀K7回流到试验水箱2，形成给水高压循环回路。
[0025]所述浓水回流管L2上设置有浓水流量循环阀K8以及恒温装置7。该浓水流量循环阀K8用于调节回流到试验水箱2的浓水的流量。所述恒温装置7用于稳定回流到试验水箱2的浓水的温度，从而稳定本发明的一种试验装置的运行温度；在本实施例中，该恒温装置7是一个冷却器。
[0026]所述淡水回流管L3上设置有淡水流量循环阀K9，用于调节回流到试验水箱2的淡水的流量。
[0027]所述补水管L4从该补水箱3至试验水箱2的经由线上依次布置有补水泵进口阀K10、补水泵8、补水阀Kll以及补水流量计33。所述补水泵进口阀KlO用于调节从补水箱3至补水泵8的补水的流量。所述补水泵8用于增加补水的压力。所述补水阀Kll用于调节进入试验水箱2的补水的流量。该补水泵8与该补水阀Kll之间的补水通过补水循环阀K12回流到补水箱3，形成补水循环回路。所述补水流量计33用于检测进入试验水箱2的补水的流量。
[0028]所述给水进水口处设有给水流量调节阀K13、给水流量计111、淤塞指数测定仪112、给水pH计113、给水电导率表114、给水温度计115与给水压力表116，其分别与所述数字控制单元电连接。所述给水流量调节阀K13用于调节进入给水进水口的给水的流量。所述给水流量计111用于测定给水的流量。所述淤塞指数测定仪112用于测定给水的淤塞指数。所述给水PH计113用于检测给水的pH值。所述给水电导率表114用于检测给水的电导率。所述给水温度计115用于检测给水的温度。所述给水压力表116用于检测给水的压力。
[0029]所述浓水出水口处设有浓水流量调节阀K14、浓水流量计121、浓水pH计122、浓水电导率表123、浓水温度计124与浓水压力表125，其分别与所述数字控制单元电连接。所述浓水流量调节阀K14用于调节所产生的浓水的流量。所述浓水流量计121用于测定浓水的流量。所述浓水PH计122用于检测浓水的pH值。所述浓水电导率表123用于检测浓水的电导率。所述浓水温度计124用于检测浓水的温度。所述浓水压力表125用于检测浓水的压力。
[0030]所述淡水出水口处设有淡水流量调节阀K15、淡水流量计131、淡水pH计132、淡水电导率表133、淡水温度计134与淡水压力表135，其分别与所述数字控制单元电连接。所述淡水流量调节阀K15用于调节所产生的淡水的流量。所述淡水流量计131用于测定淡水的流量。所述淡水PH计132用于检测淡水的pH值。所述淡水电导率表133用于检测淡水的电导率。所述淡水温度计134用于检测淡水的温度。所述淡水压力表135用于检测淡水的压力。
[0031]所述给水进水口与浓水出水口之间通过浓水-给水压差计ΛΡ2连接，用于检测浓水与给水的压差。
[0032]所述给水进水口与淡水出水口之间通过淡水-给水压差计Λ Ρ3连接，用于检测淡水与给水的压差。
[0033]此外，所述浓水出水口还与一浓水外排管L5的一端连通，浓水外排管15另一端与外界连通，使浓水可通过浓水外排管L5排放到外界。该浓水外排管L5上设有浓水流量外排调节阀Κ16与浓水外排流量计126。所述浓水流量外排调节阀Κ16用于调节外排的浓水的流量。所述浓水外排流量计126用于测量外排的浓水的流量。所述淡水出水口还与一淡水外排管L6的一端连通，淡水外排管L6另一端与外界连通，使淡水可通过淡水外排管L6排放到外界。该淡水外排管L6上设有淡水流量外排调节阀Κ17与淡水外排流量计136。所述淡水流量外排调节阀Κ17用于调节外排的淡水的流量。所述淡水外排流量计136用于测量外排的淡水的流量。
[0034]进一步地，本装置还包括一与该第一反渗透装置I结构相同的第二反渗透装置9，其并联在该第一反渗透装置I上。该第二反渗透装置9的给水进水口、浓水出水口与淡水出水口分别设有开关阀。具体地，两反渗透装置的给水进水口、浓水出水口以及淡水出水口对应地通过开关阀连接。该第二反渗透装置9并联在该第一反渗透装置I上，在功能上与该第一反渗透装置I 一致，当其中一个不能工作时，另外一个也可以工作，保证装置随时都能工作，可以提高装置的冗余性。通过打开或关闭开关阀，实现两个反渗透装置的切换，也可采用两个反渗透装置同时运行的方式。
[0035]本装置的工作原理如下:以反渗透为主要纯水设备，将保安过滤器5、高压泵6、水箱等通过管系连接，在水处理工艺上安装高精度的在线监测仪表:精密差压变送器(进出口压差、跨膜压差)、精密压力表、在线电导率仪、在线PH计、淤塞指数测定仪，构成动态模拟装置。通过多功能动态试验装置的模拟试验，确定阻垢剂性能评价的关键指标或敏感指标。使用现场实际水源进行动态模拟试验，从而确定阻垢剂性能评价的仲裁数据。
[0036]该反渗透水处理阻垢剂质量评价多功能试验装置的试验工况如下:试验水箱2中的水由试验水箱2出水阀流向增压泵4，由保安过滤器进水阀K4进入到保安过滤器5，经高压泵6增压后由给水流量调节阀K13调节进水流量，进入反渗透膜组件。分离得到的淡水由淡水流量调节阀K15控制产水流量，根据试验要求，部分淡水经过淡水流量循环阀K9循环至试验水箱2 ;也可经过淡水流量外排调节阀K17外排至外界。分离出的浓水由浓水流量调节阀K14控制浓水流量，根据试验要求，部分浓水经过浓水流量循环阀K8循环至试验水箱2 ;也可经过浓水流量外排调节阀K16外排至外界。其中，高压泵6出口水可由高压泵循环阀K7循环至试验水箱2内。补水箱3内配制试验用水，由补水泵8分流，一部分可经补水循环阀K12循环会补水箱3内，一部分经过补水阀Kl I，通过补水流量计33控制流量大小进入试验水箱2内，以补充试验用水。在保安过滤器5进出口安装一个高精度压差表，以监控保安过滤器5运行状况。在反渗透膜组件进水前设置在线仪表:给水流量计111、淤塞指数测定仪112、给水pH计113、给水电导率表114、给水温度计115与给水压力表116。反渗透浓水和淡水分别设置在线仪表:浓水流量计121、浓水pH计122、浓水电导率表123、浓水温度计124、浓水压力表125以及淡水流量调节阀K15、淡水流量计131、淡水pH计132、淡水电导率表133、淡水温度计134与淡水压力表135以分别监测浓水和淡水水质。此外，分别在反渗透膜组件进水和浓水、反渗透膜进水和淡水之间设置高精度压差表。在线仪表采集的信号经过PLC控制，集中输出至电脑，自动进行监测指标数据记录。
[0037]基于上述的一种反渗透水处理阻垢剂质量评价试验装置，实现本发明的一种基于压差评价反渗透水处理药剂性能的方法，包括如下步骤:
[0038](I)将阻垢剂加入试验用水作为反渗透过程中的给水，加压后注入反渗透组件，产生浓水与淡水。
[0039](2)在该过程中连续地测量并记录浓水与给水间的压差并将该压差随时间的变化情况与标准数据作比较；若该压差的增长比标准数据慢，则说明该阻垢剂适合该试验用水的水质，否则说明该阻垢剂不适合该试验用水的水质。
[0040]进一步，所述标准数据为在相同的水质条件与试验操作下不加入阻垢剂，得到的浓水与给水间的压差数据，作为空白对比试验来参考。
[0041]进一步，在相同的水质条件与试验操作下加入不同的阻垢剂，得到浓水与给水间的压差数据作为对比试验数据。
[0042]进一步，分别计算采用不同的阻垢剂或不加入阻垢剂时，在相同运行周期内浓水与给水间的压差平均增长速率；通过比较不同阻垢剂对应的压差平均增长速率来评价阻垢剂的性能；平均增长速度越接近零，对应的阻垢剂的性能越好。通过数值比较，直观地表达出阻垢剂的性能的好坏。
[0043]进一步，将不同的阻垢剂或不加入阻垢剂得到的浓水与给水间的压差的离散数据通过计算机拟合成关于压差-时间变化曲线；通过比较不同阻垢剂对应的压差-时间变化曲线来评价阻垢剂的性能；压差-时间变化曲线越平缓，对应的阻垢剂的性能越好。通过压差-时间变化曲线图比较，直观地表达出阻垢剂的性能的好坏。
[0044]进一步，装置运行的方法采用阶梯排水法或阶梯加药法或间歇补排水法或连续补排水法或给水浓水对比法。[0045]本发明的原理如下:在动态试验过程中，模拟用户水或使用用户实际水，添加反渗透水处理药剂，然后连续通过反渗透装置。如果反渗透水处理药剂效果不好、药剂之间不兼容或者与膜材料不兼容，或者生成了不兼容物，则必然在反渗透装置的水流通道上附着沉积物，导致水流阻力增加，流路水头损失增大，导致反渗透装置进出水压差增加。
[0046]因而，将阻垢剂与空白进行对比试验或将多种阻垢剂进行对比试验，分别得到压差随时间的变化情况。在相同的运行周期内，压差增长速率越高，说明阻垢剂的性能越差；反之阻垢剂的性能越好。同样的，比较压差-时间变化曲线，曲线越陡，说明压差增长的快，阻垢剂的性能越差；反之，曲线越平缓，压差增长得越慢，阻垢剂的性能越好。
[0047]根据以下的两个实施例，进一步说明本发明的一种基于压差评价反渗透水处理药剂性能的方法。
[0048]实施例一:
[0049]试验装置:采用图1中所示的一种反渗透水处理阻垢剂质量评价试验装置。
[0050]测试方法:阶梯排水法(将淡水以部分排放、浓水回流至进水箱的方式，提高进水中水质离子含量)。
[0051]试验用水:由用除盐水和化学药品(CaCl2、MgSO4, NaHCO3等)配制成，试验用水的
水质情况如下表:
[0052]
【权利要求】
1.一种基于压差评价反渗透水处理药剂性能的方法，其特征在于: 将阻垢剂加入试验用水混合均匀后，作为反渗透过程中的给水，经高压泵注入反渗透组件，分离产生浓水与淡水； 在该过程中连续地测量并记录浓水与给水间的压差并将该压差随时间的变化情况与标准数据作比较；若该压差的增长比标准数据慢，则说明该阻垢剂适合该试验用水的水质，否则说明该阻垢剂不适合该试验用水的水质。
2.根据权利要求1所述的一种基于压差评价反渗透水处理药剂性能的方法，其特征在于:所述标准数据为在相同的水质条件与试验操作下不加入阻垢剂，得到的浓水与给水间的压差数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于压差评价反渗透水处理药剂性能的方法，其特征在于:在相同的水质条件与试验操作下加入不同的阻垢剂，得到浓水与给水间的压差数据作为对比试验数据。
4.根据权利要求3所述的一种基于压差评价反渗透水处理药剂性能的方法，其特征在于还包括如下步骤:分别计算采用不同的阻垢剂或不加入阻垢剂时，在相同运行周期内浓水与给水间的压差平均增长速率；通过比较不同阻垢剂对应的压差平均增长速率来评价阻垢剂的性能；平均增长速度越接近零，对应的阻垢剂的性能越好。
5.根据权利要求4所述的一种基于压差评价反渗透水处理药剂性能的方法，其特征在于还包括如下步骤:将不同的阻垢剂或不加入阻垢剂得到的浓水与给水间的压差的离散数据通过计算机拟合成关于压差-时间变化曲线；通过比较不同阻垢剂对应的压差-时间变化曲线来评价阻垢剂的性能；压差-时间变化曲线越平缓，对应的阻垢剂的性能越好。
6.根据权利要求5所述的一种基于压差评价反渗透水处理药剂性能的方法，其特征在于:装置运行的方法采用阶梯排水法或阶梯加药法或间歇补排水法或连续补排水法或给水浓水对比法。
【文档编号】G01N33/00GK103969399SQ201410155906
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】杨麟, 刘娟, 杜玉辉, 余芬, 孙婷婷, 郭思学 申请人:广州特种承压设备检测研究院
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