反滲透濃縮液中阻垢劑的內電解破壞方法
2023-10-19 05:59:12 2
專利名稱：反滲透濃縮液中阻垢劑的內電解破壞方法
技術領域：
本發明涉及的是一種廢水處理技術領域的方法，特別是一種反滲透濃縮液中阻垢劑的內電解破壞方法。
背景技術：
反滲透(RO)脫鹽廣泛地應用在苦鹹水和海水淡化、醫藥生產、電子工業高純水、飲料用水、化工生產等工業領域。和蒸餾法脫鹽相比，反滲透具有能耗低，運行操作簡便，無再生廢液排放，系統佔地面積小，運行費用經濟等突出優點。隨著制膜技術的改進、能量回收系統的開發、預處理技術的改進以及對高低鹽度進水的廣泛適用性，反滲透脫鹽成本逐年明顯下降，反滲透工藝在經濟、技術上的競爭力不斷增強，將成為21世紀脫鹽領域的主導高新技術之一。
在反滲透系統長時間的運行中，膜的結垢是一個十分棘手的問題，它的出現造成了反滲透裝置產水量的大幅下降，限制了該技術更廣泛的應用。為了克服結垢問題，一般反滲透系統在運行時都在進水中添加阻垢劑，以將成垢離子維持在較高的過飽和度而不結垢，從而提高了水的回收率。
反滲透系統的回收率達到一定程度後，若再繼續提高回收率，溶液中的成垢離子由於濃度已高度過飽和，阻垢劑已不能將其維持在不結垢狀態，它們將在膜上結垢析出，故此時只有將濃縮液排放。即使採用了濃縮液循環技術也將有最終濃縮液的排放。對反滲透的最終排放液，目前一直沒有被很好地利用。
經對現有技術文獻的檢索發現，在《反滲透-膜技術·水化學和工業應用》(化學工業出版社，1999)一書中，對RO濃縮液的處置方法進行了綜述，典型方法包括地面水排放、深井注射、噴灌、熱蒸發等。但以上方法並未能將RO濃縮液進行很好地利用，未從根本上減少濃縮液的排放，實際上造成了水資源的浪費。由於反滲透進水都經過了嚴格的預處理，故濃縮液的水質也很高，如能重新回用，不僅能提高RO系統產水率，而且可減少廢物的排放量。濃縮液之所以未得到回用，是因為含有較高的鹽份，特別是Ca2+、HCO3-等CaCO3成垢離子濃度高，具有較大的結垢趨勢，即較高的LSI值(朗格利爾飽和指數)，易於結垢而不能繼續利用。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種反滲透濃縮液中阻垢劑的內電解破壞方法，使其利用鑄鐵鐵屑中零價鐵的還原作用、原電池微電解作用及過程的混凝吸附作用降低反滲透濃縮液的結垢趨勢，提高反滲透系統水回收率，實現濃縮液資源再利用。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明利用鐵-碳顆粒之間存在的電位差而形成的無數個細微原電池作用，對反滲透濃縮液進行處理，這些細微電池以電位低的鐵成為陰極，電位高的碳做陽極，在反滲透濃縮液中發生電化學反應，通過零價鐵的還原作用、原電池微電解作用及過程的混凝吸附作用，使阻垢劑分子遭到破壞，使溶液中高過飽和度的成垢離子失穩，然後通過強化混凝，使濃縮液中的CaCO3成垢鹽析出而降低溶液的結垢趨勢，將濃縮液作為進水重新利用，提高反滲透系統水回收率。
所述的反滲透濃縮液，是指反滲透的濃水部分，其中包含阻垢劑。
所述的阻垢劑，包括有機膦類、聚羧酸類、聚璜酸類、聚酯類及其它們之間的共聚物，還包括綠色阻垢劑聚天冬氨酸類、分子結構樹枝狀類等。
所述的對反滲透濃縮液進行處理，將鑄鐵屑加入量50g/L，在轉速600rpm攪拌、空氣流量為0.03-0.12m3/h條件下暴氣下反應30-60分鐘。經過處理，濃縮液中的阻垢劑已被破壞，高度過飽和濃縮液中的成垢離子由於已失去阻垢劑的阻滯作用而自動生成晶體顆粒懸浮在溶液中。
所述的強化混凝，在內電解結束後，加入0.625％(V/V)的0.3％濃度的聚丙烯醯胺，先在300轉/分鐘下進行混凝半分鐘，使混凝劑和溶液充分混合，接著在50轉/分鐘下進行混凝5分鐘。
所述的混凝劑，是指各種分子量的商用聚丙烯醯胺類，包括陰離子型、陽離子型和非離子型。
強化混凝結束後，形成的礬花充分長大，將溶液過濾，除去沉澱的礬花，即得到處理後的反滲透濃縮液，此濃縮液的結垢趨勢已大大降低，可以作為反滲透系統的進水重新利用。
強化混凝結束後，對處理後的反滲透濃縮液進行離子濃度分析，測量溶液的pH、Ca2+、HCO3-濃度，並計算LSI(Langelier朗格利爾飽和指數)值，結果表明溶液結垢趨勢大大降低，可降到LSI＝0.6左右。
本發明方法採用的反滲透濃縮液的鹽濃度高，其導電性好，用內電解法處理時效果好。通過鑄鐵屑中零價鐵的還原作用、原電池微電解作用及過程的混凝吸附作用，處理效率高，速度快，可將濃縮液中的阻垢劑破壞掉，大大降低濃縮液的結垢趨勢；處理過程無需添加化學試劑，成本低廉；處理過程環境友好，無有害物質的排放，處理後的濃縮液可作為進水重新利用，實現濃縮液資源化，提高反滲透系統水回收率。
圖1為本發明實施例1的處理結果。
圖2為本發明實施例2的處理結果。
具體實施例方式以下結合附圖和進一步描述實施例。本發明中阻垢劑A為HEDP，阻垢劑B為PBTCA，阻垢劑C為Permatreat 190，阻垢劑D為Flocon200，阻垢劑E為Accumer5000，阻垢劑F為有機膦璜酸鹽，阻垢劑G為丙烯酸-丙烯酸酯-璜酸鹽三元共聚物，阻垢劑H為烯酸-丙烯酸酯-膦酸-璜酸鹽四元共聚物。阻垢劑C為Permatreat 190為美國GE公司產品，阻垢劑D為美國Biolab公司產品，阻垢劑E為美國Rohm Haas公司產品，其餘阻垢劑為江蘇常州紅光化工廠產品。本發明中混凝劑為日本三菱化學公司的陰離子聚丙烯醯胺AP410C。
實施例1稱取0.72克NaHCO3，1.18克CaCl2，0.22克MgSO4·7H2O，0.228克NaNO3，置於800毫升蒸餾水中，配製成濃縮液，其初始pH為7.9，初始LSI0為1.96。加入阻垢劑，阻垢劑濃度為15mg/L。
採用鑄鐵鐵屑進行實驗，加入50g/L鑄鐵屑，在轉速600rpm攪拌、空氣流量為0.12m3/h暴氣下反應30分鐘，進行內電解處理。
經過內電解處理，濃縮液中的阻垢劑已被破壞，高度過飽和濃縮液中的成垢離子已自動生成晶體顆粒懸浮在溶液中。為了高效地除去這些懸浮結垢顆粒，本發明採用強化混凝的方法即在內電解結束後，加入0.625％(V/V)的聚丙烯醯胺(0.3％濃度)AP410C(日本三菱化學公司)，先在300轉/分鐘下進行混凝半分鐘，使混凝劑和溶液充分混合，接著在50轉/分鐘下進行混凝5分鐘。使形成的礬花充分長大。
混凝結束後，對處理後的反滲透濃縮液進行離子濃度分析，測量溶液的pH、Ca2+、HCO3-濃度，並計算LSI(Langelier朗格利爾飽和指數)值。
對8種不同的商業阻垢劑進行了電芬頓氧化，這些阻垢劑分別以字母A至H表示，它們含有-COOH，-PO3H2，-OH，-SO3H，-COOR等活性基團，其名稱及生產廠商如發明內容中所述。
圖1為8種阻垢劑經內電解處理後的結果，由圖可知濃縮液的LSIf降為0.58，說明阻垢劑已被破壞，且8種阻垢劑的處理結果基本相同，說明內電解破壞阻垢劑的效率高，沒有選擇性，因此本發明對阻垢劑的處理具有通用性。
實施例2稱取1.712克NaHCO3，2.458克CaCl2，0.414克MgSO4·7H2O，0.428克NaNO3，置於800毫升蒸餾水中，配製成濃縮液，其初始pH為8.2，初始LSI0為2.8。分別加入3種阻垢劑A、B和C(其名稱及生產廠商如發明內容中所述)進行內電解，其濃度皆為25mg/L。
採用鑄鐵的鐵屑進行實驗，加入50g/L鑄鐵屑，在轉速600rpm攪拌、空氣流量為0.12m3/h暴氣下反應30分鐘，進行內電解處理。
經過內電解處理，濃縮液中的阻垢劑已被破壞，高度過飽和濃縮液中的成垢離子已自動生成晶體顆粒懸浮在溶液中。為了高效地除去這些懸浮結垢顆粒，本發明採用強化混凝的方法即在內電解結束後，加入0.625％(V/V)的聚丙烯醯胺(0.3％濃度)AP410C(日本三菱化學公司)，先在300轉/分鐘下進行混凝半分鐘，使混凝劑和溶液充分混合，接著在50轉/分鐘下進行混凝5分鐘。使形成的礬花充分長大。
混凝結束後，對處理後的反滲透濃縮液進行離子濃度分析，測量溶液的pH、Ca2+、HCO3-濃度，並計算LSI(Langelier朗格利爾飽和指數)值。
內電解結果如圖2所示。由圖可知，濃縮液的LSIf降為0.62，結垢趨勢LSI值降低了76％，處理效果明顯，且3種阻垢劑的處理結果基本相同。這進一步說明內電解法破壞阻垢劑時效率高，沒有選擇性，因此本發明方法具有廣普性。
實施例3稱取0.72克NaHCO3，1.18克CaCl2，0.22克MgSO4·7H2O，0.228克NaNO3，置於800毫升蒸餾水中，配製成濃縮液，其初始pH為7.8，初始LSI0為1.86。加入阻垢劑B(其名稱及生產廠商如發明內容中所述)，取3種濃度進行電解，分別為10、25和35mg/L。
採用鑄鐵的鐵屑進行實驗，加入50g/L鑄鐵屑，在轉速600rpm攪拌、空氣流量為0.12m3/h暴氣下反應30分鐘，進行內電解處理。
經過內電解處理，濃縮液中的阻垢劑已被破壞，高度過飽和濃縮液中的成垢離子已自動生成晶體顆粒懸浮在溶液中。為了高效地除去這些懸浮結垢顆粒，本發明採用強化混凝的方法即在內電解結束後，加入0.625％(V/V)的聚丙烯醯胺(0.3％濃度)AP410C(日本三菱化學公司)，先在300轉/分鐘下進行混凝半分鐘，使混凝劑和溶液充分混合，接著在50轉/分鐘下進行混凝5分鐘。使形成的礬花充分長大。
混凝結束後，對處理後的反滲透濃縮液進行離子濃度分析，測量溶液的pH、Ca2+、HCO3-濃度，並計算LSI(Langelier朗格利爾飽和指數)值。
經溶液離子分析，計算得處理後濃縮液的LSIf分別降為0.57、0.60和0.63，說明溶液的結垢趨勢已大大下降。同時可知阻垢劑濃度的變化對內電極處理的效果影響不大，說明內電解過程破壞阻垢劑的能力很強。
實施例4稱取0.72克NaHCO3，1.18克CaCl2，0.22克MgSO4·7H2O，0.228克NaNO3，置於800毫升蒸餾水中，配製成濃縮液，其初始pH為7.8，初始LSI0為1.86。加入阻垢劑為C(其名稱及生產廠商如發明內容中所述)，濃度為8mg/L。
採用鑄鐵的鐵屑進行實驗，加入50g/L鑄鐵屑，在轉速600rpm攪拌、空氣流量為0.03m3/h暴氣下反應，進行內電解處理。做兩次實驗，一次暴氣反應30分鐘，另一次暴氣反應60分鐘。
經過內電解處理，濃縮液中的阻垢劑已被破壞，高度過飽和濃縮液中的成垢離子已自動生成晶體顆粒懸浮在溶液中。為了高效地除去這些懸浮結垢顆粒，本發明採用強化混凝的方法即在內電解結束後，加入0.625％(V/V)的聚丙烯醯胺(0.3％濃度)AP410C(日本三菱化學公司)，先在300轉/分鐘下進行混凝半分鐘，使混凝劑和溶液充分混合，接著在50轉/分鐘下進行混凝5分鐘。使形成的礬花充分長大。
混凝結束後，對處理後的反滲透濃縮液進行離子濃度分析，測量溶液的pH、Ca2+、HCO3-濃度，並計算LSI(Langelier朗格利爾飽和指數)值。
經計算得處理後濃縮液的LSIf分別降為降為0.59和0.60，說明溶液的結垢趨勢已大大下降。同時可見內電解時間對阻垢劑破壞效果影響不大，說明過程破壞阻垢劑的能力很強，30分鐘已基本完成對阻垢劑的破壞反應。
權利要求
1.一種反滲透濃縮液中阻垢劑的內電解破壞方法，其特徵在於，利用鐵-碳顆粒之間存在的電位差而形成的無數個細微原電池作用，對反滲透濃縮液進行處理，這些細微電池以電位低的鐵成為陰極，電位高的碳做陽極，在反滲透濃縮液中發生電化學反應，通過零價鐵的還原作用、原電池微電解作用及過程的混凝吸附作用，使阻垢劑分子遭到破壞，使溶液中高過飽和度的成垢離子失穩，然後通過強化混凝，使濃縮液中的CaCO3成垢鹽析出而降低溶液的結垢趨勢，將濃縮液作為進水重新利用，提高反滲透系統水回收率。
2.根據權利要求1所述的反滲透濃縮液中阻垢劑的內電解破壞方法，其特徵是，所述的反滲透濃縮液，是指反滲透的濃水部分，其中包含阻垢劑。
3.根據權利要求1所述的反滲透濃縮液中阻垢劑的內電解破壞方法，其特徵是，所述的阻垢劑，包括有機膦類、聚羧酸類、聚璜酸類、聚酯類及其它們之間的共聚物，還包括綠色阻垢劑聚天冬氨酸類、分子結構樹枝狀類。
4.根據權利要求1所述的反滲透濃縮液中阻垢劑的內電解破壞方法，其特徵是，所述的對反滲透濃縮液進行處理，將鑄鐵屑加入量50g/L，在轉速600rpm攪拌、空氣流量為0.03-0.12m3/h條件下暴氣下反應30-60分鐘。
5.根據權利要求1所述的反滲透濃縮液中阻垢劑的內電解破壞方法，其特徵是，所述的強化混凝，在內電解結束後，加入0.625％(V/V)的0.3％濃度的聚丙烯醯胺，先在300轉/分鐘下進行混凝半分鐘，使混凝劑和溶液充分混合，接著在50轉/分鐘下進行混凝5分鐘。
6.根據權利要求5所述的反滲透濃縮液中阻垢劑的內電解破壞方法，其特徵是，所述的混凝劑，包括陰離子型、陽離子型和非離子型。
7.根據權利要求5所述的反滲透濃縮液中阻垢劑的內電解破壞方法，其特徵是，在所述的強化混凝結束後，形成的礬花充分長大，將溶液過濾，除去沉澱的礬花，即得到處理後的反滲透濃縮液，此濃縮液可作為反滲透系統的進水重新利用。
8.根據權利要求7所述的反滲透濃縮液中阻垢劑的內電解破壞方法，其特徵是，在所述的反滲透濃縮液，LSI＝0.6。
全文摘要
本發明涉及的是一種廢水處理技術領域的反滲透濃縮液中阻垢劑的內電解破壞方法。利用鐵－碳顆粒之間存在的電位差而形成的無數個細微原電池作用，對反滲透濃縮液進行處理，這些細微電池以電位低的鐵成為陰極，電位高的碳做陽極，在反滲透濃縮液中發生電化學反應，通過零價鐵的還原作用、原電池微電解作用及過程的混凝吸附作用，使阻垢劑分子遭到破壞，使溶液中高過飽和度的成垢離子失穩，然後通過強化混凝，使濃縮液中的CaCO
文檔編號B01D61/10GK1939574SQ20061011630
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月21日 優先權日2006年9月21日
發明者楊慶峰 申請人:上海交通大學