申请日2005.11.22
公开(公告)日2006.07.19
IPC分类号G01N33/00; G01N7/10; C02F1/44
摘要
本发明提供一种对反渗透膜水处理系统中使用的水处理药剂的性能进行评定的测试评价装置及其测试评价方法。是模拟反渗透过程的环境条件，在设定的的水质、运行压力、产水率等条件下，对使用的水处理药剂的阻垢性、杀菌性以及清洗效果等性能进行动态测试的评价装置及其评价方法。
权利要求书
1.一种反渗透膜用水处理药剂性能测试评价装置，其特征在于，原水或配制水从原水箱(1)通过变频高压泵(4)加压进入试验膜组件(9)后，分离出渗透水和浓缩水，渗透水和浓缩水混合后进入混合水箱(22)，并可以使一部分混合水按一定比例返回原水箱;高压泵入水口处设置加药控制单元、流量传感器(2)和水质检测器(3);试验膜组件的原水进口处设置压力传感器(7)，浓缩水出口处设置节流阀(18)和流量传感器(19)，渗透水出口处设置流量传感器(15)和水质检测器(14);试验膜组件的原水进口和浓缩水出口并联膜清洗药剂性能测试单元;原水箱内设置恒温控制装置(27)(28)。
2.一种反渗透膜用水处理药剂性能测试评价方法，其特征在于，使用原水和在原水中加入要求使用量的水处理药剂，分别进行运行条件相同的测试，运用评价装置模拟实际反渗透系统的运行条件，测试作为空白的原水和加入药剂的原水通过反渗透膜时，在反渗透膜浓水和原水之间压差以及渗透水流量、渗透水水质变化数据，进行膜水处理药剂的有机阻垢性能评价、无机阻垢性能评价和杀菌性能评价;通过评价装置中程序检测比较加药反洗前后试验膜组件进水端压力变化数据，经过洗净率的算法计算，得到膜清洗剂清洗效果评价。
3.按照权利要求1所述的评价装置，其加药控制单元的进一步特征为，在储药箱上安装数字加药计量泵(21)，其出口通过背压阀连接到高压泵(4)入水管路上，控制装置(29)将传感器(2)检测到的高压泵进水流量累加值，与传感器(24)检测到的返回原水槽的混合水流量累加值进行减运算，得到的信号作为损失后补充的原水量，控制加药计量泵按比例加药，使原水中的药剂含有量恒定。
4.按照权利要求1所述的评价装置，其膜清洗剂性能测试单元的进一步特征为，在试验膜组件的原水进水口和浓缩水出水口处分别设置电动三通阀(6)(16);反洗加药水箱(11)、反洗泵(13)、电动三通阀(6)(16)经过管路连接，与试验膜组件的浓水侧形成反洗回路;待评价的膜清洗剂按规定的加药量加入到反洗水槽中，运行中的评价测试装置经过一定时间后，试验膜组件的进水端压力逐渐升高，当压力升高到设定值时，控制装置(29)控制高压泵(4)停止、两只电动三通阀分别关闭膜的进水和出水通路、启动反洗水泵进行加药反洗过程，反洗过程由一个时间继电器控制，当达到设定的反洗时间时，反洗水泵停止、电动三通阀恢复原来位置、高压泵启动，评价装置回到正常运行状态。
5.按照权利要求2所述的评价方法，其药剂阻垢性能评价的进一步特征为，当评价装置以恒产水流量方式运行时，试验膜组件进水口处检测压力P随时间t变化;不加阻垢剂运行时，起始时间t1s对应的进水压力为P1s，结束时间t1e对应的进水压力为P1e;加入阻垢剂运行时，起始时间t2s对应的进水压力为P2s，结束时间t2e对应的进水压力为P2e;不加药与加药两次运行所用时间t1e-t1s=t2e-t2s，表示膜阻垢剂阻垢效果的参数阻垢率规定为，阻垢率
6.按照权利要求2所述的评价方法，其药剂杀菌性能评价的进一步特征为，评价使用的原水水质与阻垢性能评价不同，去除原水中结垢成分而加入细菌和菌藻，杀菌率计算方法与阻垢性能评价使用的计算公式相同。
7.按照权利要求2所述的评价方法，其膜清洗剂清洗效果评价的进一步特征为，正常运行反渗透产水过程，使反渗透膜预先结垢;在膜清洗剂性能测试单元的反洗水槽中加入规定使用量的膜清洗剂，当评价装置的产水过程结束后自动运行反洗过程;产水过程结束时刻ti对应的膜组件进水端压力为Pi，试验结束时刻te对应的膜组件进水端压力为Pe，表示膜清洗剂清洗效果的参数洗净率规定为，洗净率Vf=(Pi-Pe)/Pi×100%;te-ti为反洗结束后重新运行产水过程时间，一般取1-2小时。
说明书
一种反渗透膜用水处理药剂性能测试评价装置及其评价方法
技术领域
本发明属于液体分离膜水处理技术领域，涉及一种反渗透膜用水处理药剂性能测试评价装置及其膜用水处理药剂的阻垢分散效果、杀菌效果和清洗效果的动态评价方法。
背景技术
近年来膜分离技术作为一种简单有效、低能耗的物理分离手段，在纯净水制备、工业水处理、污水处理以及海水淡化等水处理领域得到广泛应用。2003年全球用于水处理方面的反渗透(Reverse Osmosis，RO)、纳滤(Nano Filtration，NF)、超滤(UltraFiltration，UF)、微滤(Micro Filtration，MF)膜装置合计装机生产能力达到了20兆立方米/天，近5年平均增长率约为9%水平。科研机构、膜设备用户为了保证膜装置高效稳定运行，开发膜用新型阻垢剂、分散剂、杀菌剂、清洗剂等膜专用化学品以及调整运行工艺，使膜装置保持最佳效率、延长膜的使用寿命。要使膜装置安全、高效、稳定运行，需要对膜过程以及相关条件进行科学、深入地研究。其中主要包括(A)膜材料及工艺;(B)膜组件及装置;(C)进水水质及膜用化学品开发。
研究膜行为，检测手段是极其重要的。对于反渗透装置使用的进水水质，国际上通常采用一个间接替代参数-污染指数SDI(Silt Density Index)来定量确定水质状况;而对于膜用水处理药剂性能的检测，国际国内尚无一种公认、可操作的评价方法和评价装置，在很大程度上使研究无法深入进行。因此，建立一种科学的、能够反映膜药剂真实性能的评价方法和评价装置，对于开展膜材料、膜行为研究以及开发新型高效膜用化学品具有重要意义。
发明内容
本发明提供一种对反渗透膜水处理系统中使用的水处理药剂的性能进行评定的测试评价装置及其测试评价方法。是模拟反渗透过程的环境条件，在设定的的水质、运行压力、产水率等条件下，对使用的水处理药剂的阻垢性、杀菌性以及清洗效果等性能进行动态测试的评价装置及其评价方法。
反渗透是渗透的逆过程。在原水侧施加一个大于渗透压的压力时，借助半透膜的选择截留作用，将溶液中的溶质与溶剂分开。由于反渗透与其他化学的或物理的水处理方法比较，具有分离效率高、方法简单和比能耗低等特点，因此已广泛应用于各种液体的提纯与浓缩，其中最普遍和最成熟的应用是在水处理工艺中。利用反渗透技术将原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除，以获得高质量的纯净水。
影响反渗透技术在水处理领域应用的最主要因素是膜的污染问题。膜污染是指原水中存在的溶质，如无机盐类、有机的或无机胶体以及微生物等，与膜元件发生物理、化学反应，以及生物繁殖附着，从而导致膜孔径变小或堵塞，使膜的通量、选择性能下降、压差增高和能耗增加的现象。污染一部分是可逆的，如浓差极化作用使溶质浓度超过其溶度积产生的析出、大的颗粒沉积、生物附着等，可通过物理、化学加药以及生物方法调整和改善污垢生成的条件来解决;而不合理的进水性质使微小颗粒浸入到膜的内层，或是膜受到腐蚀造成膜性能不可回复的污染，就是不可逆膜污染。膜污染直接决定膜的分离性能和使用寿命。
根据污染的性质，可以将其分为三种类型：即无机污染、有机污染和生物污染。
(A)无机污染又称化学结晶(结垢)污染，是指溶解在原水中的无机化学物质，如碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、凝胶无机胶体等，在水中的溶度积产生变化和浓差极化作用下，在反渗透膜表面结晶而产生的结垢现象。随着原水在分离过程中浓水侧浓缩倍数的提高，浓缩水中溶质的浓度也在增加。当浓缩水中某种溶质的溶度积Kspr超过其在水中的固有溶度积Ksp，即Kspr/Ksp>1时，结晶盐就会析出。无机污染生成硬垢沉积在膜的表面使通量下降。
(B)有机污染又称吸附污染，是指水中的有机物，如蛋白质、脂肪、多聚糖、聚合物胶体微粒等在膜表面的粘附和浸入。有机物及微细胶体在膜表面的吸附通常是影响膜性能的主要因素。污染物在膜孔内的吸附，累积到一定程度会导致孔径减少和跨膜压差增大，这种原因造成的膜性能劣化恢复是困难的。腐殖酸和其他天然有机物即使在较低浓度下，对渗透率的影响也大大超过了无机盐结晶以及无机胶粒。
(C)生物污染，是指细菌、真菌和其它微生物菌群的繁殖、生长，在膜的表面及内部生成生物膜，从而影响膜组件性能的现象。生物污染通过菌群生长、排泄、死亡产生酶的作用，或使局部pH、氧化还原电势(ORP)产生变化降解膜元件，使膜的性能和寿命大为降低。膜组件内部潮湿阴暗，是一个微生物生长的理想环境，一旦原水中生物活性水平较高，极易发生膜的生物污染。
上述三种污染在条件具备时可能会同时发生，且一种污染的存在激发或加速另一种污染的生成。膜的污染问题严重影响膜效率和使用寿命，也阳碍了膜分离水处理技术的推广应用。使用膜水处理药剂，可以改变污垢生成条件，减轻或避免膜污染造成的影响。在实际反渗透水处理系统中，应根据不同的原水水质，使用相应的水处理阻垢剂、杀菌剂、清洗剂等水处理药剂。因此，膜水处理药剂的性能，直接影响到反渗透水处理系统的正常运行。
本发明提供一种反渗透膜用水处理药剂性能测试评价装置，其特征在于，原水或配制水从原水箱1通过变频高压泵4加压进入试验膜组件9后，分离出渗透水和浓缩水。渗透水和浓缩水混合后进入混合水箱22，并可以使一部分混合水按一定比例返回原水箱。高压泵入水口处设置加药控制单元、流量传感器2和水质检测器3;试验膜组件的原水进口处设置压力传感器7，浓缩水出口处设置节流阀18和流量传感器19，渗透水出口处设置流量传感器15和水质检测器14;试验膜组件的原水进口和浓缩水出口并联膜清洗药剂性能测试单元;原水箱内设置恒温控制装置27、28。
以上所述的评价装置，其加药控制单元的进一步特征为，在储药箱上安装数字加药计量泵21，其出口通过背压阀连接到高压泵4入水管路上。控制装置29将传感器2检测到的高压泵进水流量累加值，与传感器24检测到的返回原水槽的混合水流量累加值进行减运算，得到的信号作为损失后补充的原水量，控制加药计量泵按比例加药，使原水中的药剂含有量恒定。
以上所述的评价装置，其膜清洗剂性能测试单元的进一步特征为，在试验膜组件的原水进水口和浓缩水出水口处分别设置电动三通阀6、16。反洗加药水箱11、反洗泵13、电动三通阀6、16经过管路连接，与试验膜组件的浓水侧形成反洗回路。待评价的膜清洗剂按规定的加药量加入到反洗水槽中。运行中的评价测试装置经过一定时间后，试验膜组件的进水端压力逐渐升高，当压力升高到设定值时，控制装置29控制高压泵4停止、两只电动三通阀分别关闭膜的进水和出水通路、启动反洗水泵进行加药反洗过程。反洗过程由一个时间继电器控制，当达到设定的反洗时间时，反洗水泵停止、电动三通阀恢复原来位置、高压泵启动，评价装置回到正常运行状态。
本发明还涉及一种使用上述评价装置对反渗透膜用水处理药剂性能测试的评价方法，其特征在于，使用原水和在原水中加入要求使用量的水处理药剂，分别进行运行条件相同的测试，运用评价装置模拟实际反渗透系统的运行条件，测试空白原水和加药原水在反渗透过程中的压差、渗透水流量、渗透水水质等参数，得到膜水处理药剂对实际原水的阻垢、杀菌和清洗性能;使用特定水质的配制水，模拟实际运行条件，进行膜水处理药剂的有机阻垢性能评价、无机阻垢性能评价和杀菌性能评价;通过评价装置中程序检测比较加药反洗前后试验膜组件进水端压力变化数据，经过洗净率的算法计算，得到膜清洗剂清洗效果评价。
以上所述的的评价方法，其药剂阻垢性能评价的进一步特征为，当评价装置以恒产水流量方式运行时，试验膜组件进水口处检测压力P随时间t变化。不加阻垢剂运行时，起始时间t1s对应的进水压力为P1s，结束时间t1e对应的进水压力为P1e;加入阻垢剂运行时，起始时间t2s对应的进水压力为P2s，结束时间t2e对应的进水压力为P2e。不加药与加药两次运行所用时间t1e-t1s=t2e-t2s，表示膜阻垢剂阻垢效果的参数阻垢率规定为，阻垢率
以上所述的评价方法，其药剂杀菌性能评价的进一步特征为，评价使用的原水水质与阻垢性能评价不同，去除原水中结垢成分而加入细菌和菌藻。杀菌率计算方法与阻垢性能评价使用的计算公式相同。
以上所述的评价方法，其膜清洗剂清洗效果评价的进一步特征为，正常运行反渗透产水过程，使反渗透膜预先结垢;膜清洗剂性能测试单元的反洗水槽中加入规定使用量的膜清洗剂，评价装置的产水过程结束后自动运行反洗过程;产水过程结束时刻ti对应的膜组件进水端压力为Pj，试验结束时刻te对应的膜组件进水端压力为Pe，表示膜清洗剂清洗效果的参数洗净率规定为，洗净率Vfp=(Pi-Pe)/Pi×100%。te-ti为反洗结束后重新运行产水过程时间，一般取1-2小时。
以上所述的评价方法中，由变频高压泵提供试验膜组件进水所需的原水压力。根据不同的测试要求，可以选择恒压方式或恒流量控制方式，由压力传感器或流量传感器检测到的信号控制高压泵运行。原水经过加药和未经加药处理，在试验膜组件中进水和渗透水端产生的压差、渗透水流量、渗透水水质是不同的。原水水质确定后，在评价装置运行过程中检测比较上述的压差、渗透水流量、渗透水水质等参数，经过适当的算法计算，还可以得到膜水处理药剂的无机阻垢率、有机阻垢率、生物抑制率等膜水处理药剂性能参数。