一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置及方法

技术领域

本发明涉及反渗透水处理技术领域，主要涉及一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置及方法。具体而言是一种针对反渗透膜硫酸钙污染，在模拟工程实际工况条件下，对反渗透膜硫酸钙清洗剂性能进行综合评定的动态评价装置和评价方法。

背景技术

反渗透是20世纪60年代发展起来的一项新的膜分离技术，是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程。与传统的水处理技术相比，其具有处理效率高、低化学试剂添加、可实现海水淡化、废水循环利用等诸多优点，并逐渐成为解决能源、资源、环境等问题的新技术。

在反渗透膜运行过程中，水中的颗粒物、胶体、有机物大分子、无机离子、微生物等与反渗透膜发生物理、化学或者机械的作用，造成这些物质在反渗透膜表面吸附、沉积、堵塞等从而形成膜污染现象，进一步导致膜性能下降、分离效率降低甚至影响膜的使用寿命。硫酸钙垢是常见的无机盐沉淀之一，去除难度大并会对反渗透膜造成不可逆的污染，导致系统产水量异常、脱盐率降低，严重影响着反渗透膜组件的出水品质和使用寿命。对于反渗透膜的硫酸钙结垢问题，综合考虑时效、成本和现场工程的实际应用等因素，采用专用清洗剂进行定期清洗仍是必要的手段。

针对硫酸钙垢可采用实验室溶解实验对清洗剂性能进行静态评价，此方法可在一定程度上对不同清洗剂溶解硫酸钙垢的性能进行横向对比，但与反渗透膜的实际运行工况仍有一定差距。此外，静态方法只能评价清洗剂对硫酸钙的溶解性能，而无法评价其对反渗透膜性能(如膜通量、脱盐率等)的影响。目前，针对反渗透膜硫酸钙清洗剂性能的动态评价方法尚未见有公开报道，从而使得硫酸钙清洗剂的高效、精准筛选及应用成为困难。

发明内容

本发明提供一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置以解决现有技术中针对反渗透膜硫酸钙清洗剂性能的动态评价方法尚未见有公开报道，从而使得硫酸钙清洗剂的高效、精准筛选及应用成为困难的技术问题。

一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置，包括：试验水箱、热交换器、高压泵、保安过滤器、反渗透膜组件、压力表、流量计、管路阀门、温度计、电导率仪；

所述热交换器设置于所述试验水箱内，所述温度计设置于试验水箱上，试验水箱上还设置有第一电导率仪，反渗透膜组件设置有进水口、浓水口、产水口，所述进水口通过第一管路与试验水箱连通，所述浓水口通过第二管路与试验水箱连通，第一管路上沿试验水箱至反渗透膜组件的方向依次设置有第一管路阀门、高压泵、第一流量计、保安过滤器、第四管路阀门以及第一压力表，第一流量计与第一压力表之间还设置有第四管路，第四管路上设置有第二管路阀门，第二管路上沿反渗透膜组件至试验水箱方向依次设置有第二压力表以及第三管路阀门，所述产水口还连接有第三管路，第三管路上依次设置有第二流量计、第二电导率仪。

优选为，所述试验水箱的材质设置为塑料。

优选为，所述热交换器的材质设置为耐海水腐蚀金属材料。

优选为，所述热交换器设置为螺旋状管道包括进水端及出水端。

优选为，所述高压泵设置为柱塞式高压泵或离心式高压泵。

优选为，所述保安过滤器包括外壳与安装于外壳内部的滤芯，所述外壳的材质设置为耐海水腐蚀材料。

优选为，所述滤芯的过滤精度设置为50-100μm。

优选为，所述反渗透膜组件包括反渗透膜、膜支撑体。

本发明还提供一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价方法，所述方法基于所述的一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置，包括以下步骤：

反渗透膜初始运行；

反渗透膜硫酸钙污染；

反渗透膜清洗；

反渗透膜清洗后再运行；

其中，反渗透膜初始运行具体为：开启所述的一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置，使海水由水箱经由高压泵、保安过滤器，进入反渗透膜组件，通过温度计、电导率仪和流量计进行检测，使系统在稳定条件下，检测、采集反渗透膜初始运行状态下的参数，计算膜通量和脱盐率；所述膜通量的计算方式为：系统稳定后，检测产水管路瞬时产水流量，通过单位面积产水流量计算得到膜通量，所述脱盐率的计算公式为：

所述反渗透膜硫酸钙污染具体为：试验水箱中配制硫酸钙的饱和溶液，开启所述的一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置，关闭第四管路阀门，打开第二管路阀门，使得硫酸钙溶液由水箱经由第四管路进入反渗透膜组件；

所述反渗透膜清洗具体为：向试验水箱中注入反渗透产品水或其他同等离子浓度水，开启所述的一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置，使得反渗透产品水或其他同等离子浓度水由水箱经由高压泵、保安过滤器，进入反渗透膜组件；在试验水箱内加入反渗透膜硫酸钙清洗剂，开启所述的一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置，使得反渗透膜硫酸钙清洗剂由水箱经由高压泵、保安过滤器，进入反渗透膜组件；

再次向试验水箱中注入反渗透产品水或其他同等离子浓度水，开启所述的一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置，使得反渗透产品水或其他同等离子浓度水由水箱经由高压泵、保安过滤器，进入反渗透膜组件；

反渗透膜清洗后再运行具体为：向试验水箱中注入海水，开启所述的一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置，稳定运行装置24h，检测膜通量及脱盐率。

优选为，所述方法还包括钙离子监测，所述钙离子监测具体为：定期取样，采用滴定法或其离子色谱方法检测水箱中钙离子浓度。

本发明一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置最大程度还原反渗透膜工作条件，并在该条件下对硫酸钙清洗剂性能进行动态评价，填补了此项空白，并极大提高了反渗透膜硫酸钙清洗剂性能评价的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置示意图。

其中附图标记说明为：

1：试验水箱；2：热交换器；3：高压泵；4：保安过滤器；5：反渗透膜组件；6-1：第一压力表；6-2：第二压力表；7-1：第一流量计；7-2：第二流量计；8-1：第一管路阀门；8-2：第二管路阀门；8-3：第三管路阀门；8-4：第四管路阀门；9—温度计；10：第一管路；11：第二管路；12：第三管路；13：第四管路；14-1：第一电导率仪；14-2：第二电导率仪。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置包括：试验水箱1、热交换器2、高压泵3、保安过滤器4、反渗透膜组件5、压力表、流量计、管路阀门、温度计9以及电导率仪。

其中，热交换器2设置于试验水箱1内，温度计9设置于试验水箱1上，试验水箱上还设置有第一电导率仪14-1，反渗透膜组件5设置有进水口、浓水口、产水口，反渗透膜组件5的进水口通过第一管路10与试验水箱1连通，浓水口通过第二管路11与试验水箱1连通，第一管路10上沿试验水箱1至反渗透膜组件5的方向依次设置有第一管路阀门8-1、高压泵3、第一流量计7-1、保安过滤器4、第四管路阀门8-4以及第一压力表6-1，第一流量计7-1与第一压力表6-1之间还设置有第四管路13，第四管路13上设置有第二管路阀门8-2，第二管路11上沿反渗透膜组件5至试验水箱1方向依次设置有第二压力表6-2以及第三管路阀门8-3，反渗透膜组件5的产水口还连接有第三管路12，第三管路12上依次设置有第二电导率仪14-2、第二流量计7-2。

本实施例中试验水箱1的材质为塑料，避免与海水长时间接触而产生腐蚀。试验水箱在本装置中有三个用途：(1)反渗透膜污染过程中盛放硫酸钙溶液；(2)反渗透膜清洗过程中盛放清洗剂；(3)反渗透膜冲洗过程中盛放反渗透产水或去离子水。

本实施例中热交换器2的材质为耐海水腐蚀金属材质，优选钛合金，其形式为螺旋状金属管道，包括进水端及出水端，通过外接不同温度水源对试验水箱内液体介质进行保温或冷却。

本实施例中高压泵3形式为柱塞式高压泵或离心式高压泵，用于为反渗透膜组件进水端提供动力。

本实施例中保安过滤器4包括外壳与安装于外壳内部的滤芯，外壳优选不锈钢材质制造，滤芯的过滤精度设置为50-100μm，用于在液体介质进入后进行过滤。

本实施例中反渗透膜组件5包括反渗透膜、膜支撑体，用于对液体介质进行反渗透处理，反渗透膜可采用市场成熟的品牌膜组件，例如：陶氏SW30-2540型反渗透海水膜。

本实施例中，压力表用于测量管路压力，流量计用于测量液体介质的流量，管路阀门用于开启或者关闭管路实现液体介质的流动与断流，温度计9用于测量试验水箱1中液体介质的温度。

本实施例中，第一管路10设置为进水管路，其将试验水箱1中的介质导入至反渗透膜组件5；第二管路11设置为浓水管路，其将经过反渗透膜组件5处理后的浓水导入至试验水箱1；第三管路12设置为产水管路，其将经过反渗透膜组件5处理后的纯水导出以供使用；第四管路13设置为进水旁路，其设置为在反渗透膜硫酸钙污染阶段开启以实现反渗透膜硫酸钙污染。

本发明一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置的一个实施例的反渗透膜组件选用陶氏SW30-2540型反渗透海水膜，其基本参数见表1，试验用水为海水，经二级砂滤预处理。

表1 SW30-2540反渗透膜主要规格

反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价方法通过下述技术方案实现：

(1)初始运行

安装新的陶氏SW30-2540反渗透膜并用海水进行冲洗(0.2-0.4MPa)，冲洗过程中检查是否有漏点，紧固或修补漏水点。低压冲洗至少30分钟之后开启高压泵，通过第三管路阀门缓慢提升进水压力至4.6MPa，连续运行1小时，试验温度为25℃～30℃，待产水电导稳定后开始记录系统初始参数。连续运行反渗透装置24h，每间隔1h记录产水流量并通过电导率仪测试进水电导率G1及产水电导率D2，进而计算反渗透膜初始运行状态下的膜通量及脱盐率，计算24h内的平均膜通量F1和平均脱盐率D1，膜通量F1计算方式为：系统稳定后，每间隔1小时，检测产水管路瞬时产水流量，通过单位面积产水流量计算得到膜通量，平均脱盐率D1的计算公式为：

(2)反渗透膜硫酸钙污染

在温度为25℃时，硫酸钙在水中的饱和溶解度约为2000mg/L，考虑到浓差极化的影响，浓度为2000mg/L的硫酸钙溶液到达膜表面已经达到饱和状态，进而发生硫酸钙沉积。试验开始前清空试验水箱并注入约100L去离子水，加入200g硫酸钙分析纯试剂混合均匀，则水箱内硫酸钙的浓度约为2000mg/L，相应钙离子浓度为800mg/L。

开启反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置，关闭第四管路阀门，打开第二管路阀门，使得硫酸钙溶液由水箱经由第四管路进入反渗透膜组件；定期取样检测水箱中钙离子浓度从而推测硫酸钙在膜表面的沉积量，同时记录膜通量随试验时间的变化。当产水量下降10～15％时停止硫酸钙污染过程，此时得到反渗透膜通量F2，之后对反渗透膜进行清洗。

(3)反渗透膜清洗

清洗试验流程如下：①采用反渗透产品水进行循环冲洗1h；②采用清洗剂循环清洗1h并静态浸泡2h，此步骤循环运行5个周期；③再次采用反渗透产品水进行循环冲洗，间隔1h记录至反渗透膜水通量达到稳定。

(4)反渗透膜清洗后再运行

清洗结束后继续采用海水为进水水源运行反渗透装置24h，运行期间的间隔1h记录膜通量及脱盐率，计算24h内的平均膜通量F3和平均脱盐率D2。

本发明采用膜通量恢复率及膜损伤两个指标评价硫酸钙清洗剂的性能。

本发明一种反渗透膜硫酸钙清洗剂性能动态评价装置最大程度还原反渗透膜工作条件，并在该条件下对硫酸钙清洗剂性能进行动态评价，填补了此项空白，并极大提高了反渗透膜硫酸钙清洗剂性能评价的准确性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：说明书中的其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。