當(dāng)難溶鹽類在膜元件內(nèi)不斷被濃縮且超過其溶解度極限時(shí)，它們就會(huì)在反滲透或納濾膜膜面上發(fā)生結(jié)垢，如果反滲透水處理系統(tǒng)采用50%回收率操作時(shí)，其濃水中的鹽濃度就會(huì)增加到進(jìn)水濃度的兩倍，回收率越高，產(chǎn)生結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)性就越大。 目前出于水源短缺或?qū)Νh(huán)境影響的考慮，設(shè)置反滲透濃水回收系統(tǒng)以提高回收率成為一種習(xí)慣做法，在這種情況下，采取精心設(shè)計(jì)、考慮周全的結(jié)垢控制措施和防止微溶性鹽類超過其溶解度而引發(fā)沉淀與結(jié)垢尤為重要，RO/NF系統(tǒng)中，常見的難溶 鹽為CaSO4、CaCO3和SiO2，其它可能會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢的化合物為CaF2、BaSO4、SrSO4和Ca3(PO4)2。

為了防止膜面上發(fā)生無機(jī)鹽結(jié)垢，應(yīng)采用如下措施:

加酸

大多數(shù)地表水和地下水中的CaCO3幾乎呈飽和狀態(tài)，由下式可知CaCO3的溶解度取決于pH值：

Ca2+ + HCO3- — H+ + CaCOa

因此，通過加入酸中的H+,化學(xué)平衡可以向左側(cè)轉(zhuǎn)移，使碳酸鈣維持溶解狀態(tài)，所用酸的品質(zhì)必須是食品級(jí)。在大多 數(shù)國家和地區(qū)，硫酸比鹽酸更易于使用，但是另一方面，進(jìn)水中硫酸根的含量增加了，就硫酸鹽垢而言，問題會(huì)嚴(yán)重。

CaCO3在濃水中更具有溶解的傾向，而不是沉淀，對(duì)于苦咸水而言，可根據(jù)朗格利爾指數(shù)(LSI),對(duì)于海水可根據(jù)斯蒂夫 和大衛(wèi)飽和指數(shù)(S&DSI),表示這種趨于溶解的傾向。在飽和pHs的條件下，水中CaCO3處于溶解與沉淀之間的平衡狀態(tài)。

LSI和S&DSI的定為:

LSI = pH - pHs (TDS < 10,000 mg/L)

S&DSI = pH - pHs (TDS > 10,000 mg/L)

僅采用加酸控制碳酸鈣結(jié)垢時(shí)，要求濃水中的LSI或S&DSI指數(shù)必須為負(fù)數(shù)，加酸僅對(duì)控制碳酸鹽垢有效。

加阻垢劑

阻垢劑可以用于控制碳酸鹽垢、硫酸鹽垢以及氟化鈣垢，通常有三類阻垢劑：六偏磷酸鈉(SHMP)、有機(jī)磷酸鹽和多聚丙 烯酸鹽。

相對(duì)聚合有機(jī)阻垢劑而言，六偏磷酸鈉價(jià)廉但不太穩(wěn)定，它能少量的吸附于微晶體的表面，阻止結(jié)垢晶體的進(jìn)一步生長 和沉淀。但須使用食品級(jí)六偏磷酸鈉，還應(yīng)防止SHMP在計(jì)量箱中發(fā)生水解，一旦水解，不僅會(huì)降低阻垢效率，同時(shí)也有產(chǎn) 生磷酸鈣沉淀的危險(xiǎn)。因此，目前極少使用SHMP,有機(jī)磷酸鹽效果更好也更穩(wěn)定，適應(yīng)于防止不溶性的鋁和鐵的結(jié)垢，高分子量的多聚丙烯酸鹽通過分散作用可以減少SiO2結(jié)垢的形成。

但是聚合有機(jī)阻垢劑遇到陽離子聚電解質(zhì)或多價(jià)陽離子時(shí)，可能會(huì)發(fā)生沉淀反應(yīng)，例如鋁或鐵，所產(chǎn)生的膠狀反應(yīng)物， 非常難以從膜面上除去。對(duì)于阻垢劑的加入量，請(qǐng)咨詢阻垢劑供應(yīng)商。必須避免過量加入，因?yàn)檫^量的阻垢劑對(duì)膜而言也是 污染物。

在含鹽量為35,000mg/L的海水反滲透系統(tǒng)中，結(jié)垢問題沒有苦咸水中那樣突出，海水受濃水滲透壓所困，其系統(tǒng)回收率 在30~45%之間，但為安全起見，當(dāng)運(yùn)行回收率高于35%時(shí)，推薦使用阻垢劑。

陽離子聚電介質(zhì)可能會(huì)與負(fù)電性的阻垢劑發(fā)生協(xié)同沉淀反應(yīng)并污染膜表面，必須保證當(dāng)添加陰離子阻垢劑時(shí)，水中不存 在明顯的陽離子聚合物。

強(qiáng)酸陽樹脂軟化

可以使用Na+離子置換和除去水中結(jié)垢陽離子如Ca2+、Ba2+和Sr2+。交換飽和后的離子交換樹脂用NaCl再生，這一過程稱為原水軟化處理。在這種處理過程中，進(jìn)水pH不會(huì)改變。因此，不需要采取脫氣操作，但原水中的溶解氣體CO2能透過 膜進(jìn)入產(chǎn)品側(cè)，引起電導(dǎo)率的增加，操作者仍可以在軟化后的水中加入一定量NaOH (直到pH8.2)以便將水中殘留CO2轉(zhuǎn)化 成重碳酸根，重碳酸根能被膜所脫除，使反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率降低，F(xiàn)T30膜的脫鹽率在中性pH范圍內(nèi)較高。

選用DOWEXTM離子交換樹脂Ca2+、Ba2+和Sr2+的脫除效率大于99.5%,可消除各種碳酸鹽或硫酸鹽垢的危險(xiǎn)。如果及時(shí)進(jìn) 行再生的話，采用強(qiáng)酸陽離子交換樹指進(jìn)行軟化是非常有效和保險(xiǎn)的阻垢方法，但主要用于中小型苦咸水系統(tǒng)中，而海水淡 化中不會(huì)使用軟化法。

這一過程的主要缺點(diǎn)是相當(dāng)高的NaCl消耗，存在環(huán)境問題，也不經(jīng)濟(jì)。選用DOWEX? MONOSPHERE?均粒樹指和逆流 再生工藝，如UPCORE?工藝，可以減少NaCl的耗量到110%的理論再生劑所需用量。

采用弱酸陽離子交換樹脂脫堿度主要是大型苦咸水處理系統(tǒng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)部分軟化以達(dá)到節(jié)約再生劑的目的。在這一過 程中，僅僅與重碳酸根相同量的暫時(shí)硬度中的Ca2+、Ba2+和Sr2+等為H+所取代而被除去，這樣原水的pH值會(huì)降低到4~5。由 于樹脂的酸性基團(tuán)為羧基，當(dāng)pH達(dá)到4.2時(shí)，羧基不再解離，離子交換過程也就停止了。因此，僅能實(shí)現(xiàn)部分軟化，即與重 碳酸根相結(jié)合的結(jié)垢陽離子可以被除去。因此這一過程對(duì)于重碳酸根含量高的水源較為理想，重碳酸根也可轉(zhuǎn)化為CO2

HCO3- + H+ — H2O + CO2

在大多數(shù)情況下，并不希望產(chǎn)水中出現(xiàn)CO2,這時(shí)可以對(duì)原水或產(chǎn)水進(jìn)行脫氣來實(shí)現(xiàn)，但當(dāng)存在生物污染嫌疑時(shí)（地表 水，高TOC或高菌落總數(shù)），對(duì)產(chǎn)水脫氣更為合適。在膜系統(tǒng)中高CO2濃度可以抑制細(xì)菌的生長，當(dāng)希望系統(tǒng)運(yùn)行在較高的 脫鹽率時(shí)，采用原水脫氣較合適，脫除CO2將會(huì)引起pH的增高，進(jìn)水pH>6時(shí)，膜系統(tǒng)的脫除率比進(jìn)水pH<5時(shí)要高。

采用弱酸脫堿度的優(yōu)點(diǎn)如下：

?再生所需要的酸量不大于105%的理論耗酸量，這樣會(huì)降低操作費(fèi)用和對(duì)環(huán)境的影響；

?通過脫除重碳酸根，水中的TDS減低，這樣產(chǎn)水TDS也較低；

本法的缺點(diǎn)是：

?殘余硬度

如果需要完全軟化，可以增設(shè)強(qiáng)酸陽樹脂的鈉交換過程，甚至可放置在弱酸樹脂同一交換柱內(nèi)，這樣再生劑的耗量 仍比單獨(dú)使用強(qiáng)酸樹脂時(shí)低，但是初期投資較高，這一種組合僅當(dāng)系統(tǒng)容量很大時(shí)才有意義。

另一種克服這一缺點(diǎn)的方法是在脫堿度的水中加阻垢劑，雖然迄今為止，人們單獨(dú)使用弱酸陽樹脂脫堿時(shí)，還從未 出現(xiàn)過結(jié)垢問題，但是我們?nèi)詷O力建議你計(jì)算殘留難溶鹽的溶解度，并采取相應(yīng)的措施。

?處理過程中水的會(huì)發(fā)生pH變化

因樹脂的飽和程度在運(yùn)行時(shí)發(fā)生變化，經(jīng)弱酸脫堿處理的出水其pH值將在3.5?6.5范圍內(nèi)變化，這種周期性的pH 變化，使工廠脫鹽率的控制變得很困難。當(dāng)pH<4.2時(shí)，無機(jī)酸將透過膜，可能會(huì)增加產(chǎn)水的TDS,因此，我們推薦 用戶增加一個(gè)并聯(lián)弱酸軟化器，控制在不同時(shí)間進(jìn)行再生，以便均勻弱酸處理出水pH,其它防止極低pH值出水的 方法是脫除CO2或通過投加NaOH調(diào)節(jié)弱酸軟化后出水的pH值。

石灰軟化

通過水中加入氫氧化鈣可除去碳酸鹽硬度。

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 — 2 CaCO3 + 2 H2O

Mg(HCO3)2 + 2 Ca (OH)2 — Mg(OH)2 + 2 CaCO3 + 2H2O

非碳酸鈣度可以能過加入碳酸鈉（純堿）得到進(jìn)一步地降低。

CaCl2 + Na2CO3 — 2 NaCl + CaCO3

石灰一純堿處理也可以降低二氧化硅的濃度，當(dāng)加入鋁酸鈉和三氯化鐵時(shí)，將會(huì)形成CaCO3以及硅酸、氧化鋁和鐵的復(fù) 合物。通過加入石灰和多孔氧化鎂的混合物，采用60~70°C熱石灰硅酸脫除工藝，可將硅酸濃度降低到1mg/L以下。

采用石灰軟化，也可以顯著地降低鋇、鍶和有機(jī)物，但是石灰軟化處理需要使用反應(yīng)器，以便形成高濃度作晶核的可沉 淀顆粒，通常需要采用上升流動(dòng)方式的固體接觸澄清器，本過程的出水還需設(shè)置多介質(zhì)過濾器，并在進(jìn)入RO/NF之前應(yīng)調(diào)節(jié) pH值，使用含鐵絮凝劑，不論是否同時(shí)使用或不使用高分子助凝劑（陰離子或非離子型），均可提高石灰軟化的固一液分 離作用。僅當(dāng)產(chǎn)水量大于200m3/hr的苦咸水系統(tǒng)才會(huì)考慮選擇石灰軟化預(yù)處理工藝。

預(yù)防性清洗

在某些場合下，可以通過對(duì)膜進(jìn)行預(yù)防性清洗來控制結(jié)垢問題，此時(shí)系統(tǒng)可不需要進(jìn)行軟化或加化學(xué)品阻垢。通常這類 系統(tǒng)的運(yùn)行回收率很低，約25%左右，而且1~2年左右就考慮更換膜元件。這些系統(tǒng)通常是以自來水或海水作水源，制造飲 用水的單元件不重要的小型系統(tǒng)，其最簡單的清洗方式是打開濃水閥門作低壓沖洗，設(shè)置清洗間隔短的模式要比長的模式有 效，例如常用每運(yùn)行30分鐘低壓沖洗30秒。

也可以采用類似于廢水處理中的批操作模式，即在每批操作之后清洗一次膜元件。清洗步驟、清洗化學(xué)品和清洗頻率等 需要作個(gè)案處理和優(yōu)化。特別要注意采取措施不讓結(jié)垢層隨運(yùn)行時(shí)間的延長進(jìn)一步的加劇。

調(diào)整操作參數(shù)

當(dāng)其它結(jié)垢控制措施不起作用時(shí)，必須調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，以防止產(chǎn)生結(jié)垢問題，因?yàn)楸ＷC濃水中難溶鹽濃度低于溶 度積，就不會(huì)出現(xiàn)沉淀，這需要通過降低系統(tǒng)回收率來降低濃水中的濃度。

溶解度還取決于溫度和pH值，水中含硅時(shí)，提高溫度和pH可以增加其溶解度，二氧化硅常常是唯一考慮需要調(diào)節(jié)這些 運(yùn)行參數(shù)以防止結(jié)垢的原因，因?yàn)檫@些參數(shù)的調(diào)節(jié)存在一些缺點(diǎn)，如能耗高或其它結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)（如高pH下易發(fā)生CaCO3沉淀）。

對(duì)于小型系統(tǒng)，選擇低回收率并結(jié)合預(yù)防性清洗操作模式是控制結(jié)垢最簡便的手段之一。