反渗透运行无机结垢的控制策略，都在这里了

   

当难溶盐类在膜元件内不断被浓缩且超过其溶解度极限时，它们就会在反渗透或纳滤膜膜面上发生结垢，回收率越高，产生结垢的风险性就越大。目前出于水源短缺或对环境影响的考虑，设置反渗透浓水回收系统以提高回收率成为一种习惯做法，在这种情况下，采取精心设计、考虑周全的结垢控制措施和防止微溶性盐类超过其溶解度而引发沉淀与结垢尤为重要。

当难溶盐类在膜元件内不断被浓缩且超过其溶解度极限时，它们就会在反渗透或纳滤膜膜面上发生结垢，回收率越高，产生结垢的风险性就越大。

目前出于水源短缺或对环境影响的考虑，设置反渗透浓水回收系统以提高回收率成为一种习惯做法，在这种情况下，采取精心设计、考虑周全的结垢控制措施和防止微溶性盐类超过其溶解度而引发沉淀与结垢尤为重要。

RO/NF系统中，常见的难溶盐为CaSO ₄ 、CaCO ₃ 和SiO ₂ ，其它可能会产生结垢的化合物为CaF ₂ 、BaSO ₄ 、SrSO ₄ 和Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ ，下表列举了难溶无机盐的溶度积数据。

为了防止膜面上发生无机盐结垢，可采用如下措施：

（1）加酸

大多数地表水和地下水中的CaC O ₃ 几乎呈饱和状态，由下式可知CaCO ₃ 的溶解度取决于pH值：

Ca ²⁺  + HCO ₃ ^–  → H ⁺  + CaCO ₃

因此，通过加入酸中的H ⁺ ，化学平衡可以向左侧转移，使碳酸钙维持溶解状态，所用酸的品质必须是食品级。

在大多数地区，硫酸比盐酸更易于使用，但是另一方面，进水中硫酸根的含量增加了，就硫酸盐垢而言，问题会严重。

CaC O ₃ 在浓水中更具有溶解的倾向，而不是沉淀，对于苦咸水而言，可根据朗格利尔指数(LSI)，对于海水可根据斯蒂夫和大卫饱和指数(S&DSI)，表示这种趋于溶解的倾向。

在饱和pHs的条件下，水中CaCO ₃ 处于溶解与沉淀之间的平衡状态。LSI和S&DSI的定为：

LSI = pH - pHs （TDS≤10000mg/L）

S&DSI = pH - pHs （TDS>10000mg/L）

仅采用加酸控制碳酸钙结垢时，要求浓水中的LSI或S&DSI指数必须为负数，加酸仅对控制碳酸盐垢有效。

（2）加阻垢剂

阻垢剂可以用于控制碳酸盐垢、硫酸盐垢以及氟化钙垢，通常有三类阻垢剂：六偏磷酸钠(SHMP)、有机磷酸盐和多聚丙烯酸盐。

由于SHMP 在计量箱中容易发生水解，一旦水解，不仅会降低阻垢效率，同时也有产生磷酸钙沉淀的危险。

因此，目前极少使用SHMP，有机磷酸盐效果更好也更稳定，适应于防止不溶性的铝和铁的结垢，高分子量的多聚丙烯酸盐通过分散作用可以减少SiO ₂ 结垢的形成。

但是聚合有机阻垢剂遇到阳离子聚电解质或多价阳离子时，可能会发生沉淀反应，例如铝或铁，所产生的胶状反应物，非常难以从膜面上除去。

对于阻垢剂的加入量，需要咨询阻垢剂供应商。必须避免过量加入，因为过量的阻垢剂对膜而言也是污染物。

阳离子聚电介质可能会与负电性的阻垢剂发生协同沉淀反应并污染膜表面，必须保证当添加阴离子阻垢剂时，水中不存在明显的阳离子聚合物。

（3）强酸树脂软化

可以使用Na ⁺ 离子置换和除去水中结垢阳离子如Ca ²⁺ 、Ba ²⁺ 和Sr ²⁺ 。

交换饱和后的离子交换树脂用NaCl再生。在这种处理过程中，进水pH不会改变。

因此，不需要采取脱气操作，但原水中的溶解气体CO ₂  能透过膜进入产品侧，引起电导率的增加。

可以在软化后的水中加入一定量NaOH（直到pH8.2）以便将水中残留CO ₂ 转化成重碳酸根，重碳酸根能被膜所脱除，使反渗透产水电导率降低。

强酸树脂对Ca ²⁺ 、Ba ²⁺ 和Sr ²⁺ 的脱除效率大于99.5%，可消除各种碳酸盐或硫酸盐垢的危险。

如果及时进行再生的话，采用强酸阳离子交换树指进行软化是非常有效和保险的阻垢方法，但主要用于中小型苦咸水系统中，而海水淡化中不会使用软化法。

这一过程的主要缺点是相当高的NaCl消耗，存在环境问题，也不经济。

（4）弱酸树脂软化

采用弱酸阳离子交换树脂脱碱度主要是大型苦咸水处理系统，它能够实现部分软化以达到节约再生剂的目的。

在这一过程中，仅仅与重碳酸根相同量的暂时硬度中的Ca ²⁺ 、Ba ²⁺ 和Sr ²⁺ 等为H ⁺ 所取代而被除去，这样原水的pH 值会降低到4-5。

由于树脂的酸性基团为羧基，当pH 达到4.2时，羧基不再解离，离子交换过程也就停止了。因此，仅能实现部分软化，即与重碳酸根相结合的结垢阳离子可以被除去。

因此这一过程对于重碳酸根含量高的水源较为理想，重碳酸根也可转化为CO ₂ 。

在大多数情况下，并不希望产水中出现CO2，这时可以对原水或产水进行脱气来实现，但当存在生物污染嫌疑时（地表水，高TOC 或高菌落总数），对产水脱气更为合适。

在膜系统中高CO2浓度可以抑制细菌的生长，当希望系统运行在较高的脱盐率时，采用原水脱气较合适，脱除CO2将会引起pH的增高，进水pH>6 时，膜系统的脱除率比进水pH<5 时要高。

采用弱酸脱碱度的优点如下：

• 再生所需要的酸量不大于105%的理论耗酸量，这样会降低操作费用和对环境的影响；

• 通过脱除重碳酸根，水中的TDS减低，这样产水TDS 也较低；