反滲透膜阻垢劑質量檢測及對比實驗立項報告書第II-頁PAGEII-立項報告題目：反滲透膜阻垢劑質量檢測及對比實驗申請部門：技術管理部負責人：xxxxxx年xx月xx日摘要公司現運營的兩座再生水廠采用雙膜法“微濾＋反滲透”組合脫鹽工藝，將市政污水廠二級出水深度處理成為高品質工業用再生水。此工藝的核心環節是反滲透單元。反滲透技術是對含鹽水施以外界推動力以克服滲透壓而使水分子通過膜的逆向滲透過程，其過濾精度為0.1nm,經過反滲透處理后，可去除水中大部分有機及無機物，去除掉99%的鹽分、99.5%的鈣、鎂成分，最終將污水處理成為凈水進行循環使用。反滲透膜裝置的濃水極易受到沉積物的污染，如在膜的表面生成CaCo3、Ca3(PO4)2、CaSO4、BaSO4、SrSO4、金屬氧化物、硅酸化合物等沉積物，影響反滲透膜的產水效率，嚴重時導致反滲透膜的報廢。解決這一問題的最常用方法是向反滲透進水中添加阻垢劑來降低結垢風險。目前國內外反滲透阻垢劑主要成為有機膦酸鹽、聚羧酸鹽或丙烯酸、丙烯磺酸類物質。在實際運行中，不同阻垢劑品牌及型號的選擇對反滲透膜的運行產生不同效果，合理選擇阻垢劑不但能夠有效降低反滲透膜的結垢風險，延長膜的使用壽命，還能降低反滲透系統運營成本。然而，阻垢劑的質量檢測沒有統一的檢測標準，其運行效果又受到原水水質、使用環境、反滲透膜材質、反滲透系統運行工況、投藥濃度的影響，使得選型變得十分困難。因此通過本項目對反滲透膜的質量進行檢測，同時利用膜實驗平臺開展不同型號阻垢劑的篩選，對阻垢劑的采購及各水廠的運營具有非常重要的指導意義。目錄摘要 II一、立項目的 4二、研究開發內容及主要創新點 41、研究開發內容 42、項目創新點 4三、阻垢劑質量檢測實驗標準及方法 41、范圍 52、規范性引用文件 53、要求 54、試驗方法 6（1）外觀測定 6（2）固體成分的測定 6（3）pH值的測定 7（4）密度測定 7（5）總磷酸鹽含量的測定 85、檢驗規則 10四、阻垢劑選型中試實驗 101、阻垢劑選型試驗方法的選擇 10（1）靜態評定法 10（2）動態評定法 112、實驗方案 13（1）實驗設備情況 13（2）試驗方法 15五、編寫實驗報告 18六、項目的組織與管理 181、項目組織方式 182、項目研究進度計劃 193、項目驗收最終成果及成果形式 20七、項目總投資經費預算 20八、項目效益預測 22一、立項目的本項目以設立在經開再生水廠的中型膜實驗平臺為基礎，選擇不同型號的阻垢劑，利用再生水廠微濾產水為水源進行阻垢劑中試實驗，達到驗證阻垢劑質量、確定適用于再生水生產的阻垢劑型號及加藥參數的目標，實現延長反滲透膜適用壽命、降低化學清洗頻率、降低運營費用的目的。二、研究開發內容及主要創新點1、研究開發內容(1)建立并驗證阻垢劑質量檢測方法。(2)建立并驗證阻垢劑選型中試實驗方法。(3)確定不同阻垢劑的使用效果。2、項目創新點本項目的創新點是建立阻垢劑質量檢測判定標準，通過綜合比對不同阻垢劑檢測判定方法后利用搭建完成的膜實驗平臺以及真實的水源環境對阻垢劑的使用效果進行評價，實驗環境與實際運行環境保持一致，實驗結果對阻垢劑采購質量的控制以及對阻垢劑選型具有重要的意義。三、阻垢劑質量檢測實驗標準及方法行業內主要通過檢測阻垢劑的外觀、有效固體含量、PH值、密度、總膦酸含量（以膦酸為主要成分的阻垢劑）來判定阻垢劑的質量是否滿足廠家給出的技術參數，因此需對以上指標的檢測方法及標準進行約定并驗證，以形成公司阻垢劑質量檢測標準。1、范圍本實驗方案明確了反滲透膜用阻垢劑質量檢測的技術要求、試驗方法、檢驗規則，適用于兩座再生水廠所用反滲透膜用阻垢劑的檢測。2、規范性引用文件GB/T601-1988化學試劑滴定分析（容量分析）用標準溶液的制備GB/T603-1988化學試劑試驗方法中所用制劑及制品的制備（neqISO6353-1：1982）GB/T1250-1989極限數值的表示方法和判定方法GB/T4472-1984化學試劑化工產品密度、相對密度測定通則GB/T6678-1986化工產品采樣總則GB/T6682-1992分析試驗室用水規格和試驗方法GB/T9724-1988化學試劑pH值測定通則HG/T2430-1993水處理劑阻垢緩蝕劑Ⅱ3、要求（1）外觀：淡黃色或無色透明液體。（2）技術要求：符合表1反滲透膜用阻垢劑技術要求項目指標（以下指標為示例，具體以廠家提供指標為準）有效固體含量%≥50pH值(1%水溶液)2±0.5密度(20℃)g/cm31.35±0.05總膦酸含量(以PO43-計)%30-454、試驗方法本實驗所用試劑和水，在沒有注明其他要求時，均指分析純試劑和GB/T6682規定的三級水。試驗中所需標準溶液、制劑和制品，在沒有注明其他要求時，均按GB/T601、GB/T603規定制備。（1）外觀測定目測（2）固體成分的測定a原理在一定溫度下，將一定的試樣放在烘箱中烘干，直至恒重，從而測定固體成分含量。b儀器和設備一般實驗所用儀器和稱量瓶Ф50×30mmc測量步驟稱取約1.0g試樣，精確至0.002g，置于已恒重的稱量瓶（Ф50×30mm）中，小心搖動，使試樣自然流動，于瓶底形成一層均勻的薄膜。然后放入電熱干燥箱中，從室溫開始加熱，在120±2℃下烘4h，取出后置于干燥器中冷卻至室溫，然后稱量，直至恒重。d結果的表示與計算：以質量百分比表示固體份含量（X1）按式（1）計算：………（1）式中：m2——干燥后的試樣和稱量瓶的重量，g；m1——稱量瓶的凈重，g；m——稱取試樣的質量，g；f精密度：兩次平行測量結果的絕對值差≤0.4%，取其算數平均值為測定結果。（3）pH值的測定a試樣溶液的制備：稱取（1.00±0.01）g試樣，全部轉移到100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。b儀器、設備酸度計：精度0.02pH單位，配有飽和甘汞參比電極、玻璃測量電極或復合電極。c分析步驟將該試液倒入燒杯中，在已定位的酸度計上讀出pH值。或用精密pH試紙來測定試樣溶液pH值。（4）密度測定a儀器、設備①密度計：分度值為0.001g/cm3；②恒溫水浴：溫度控制在（20±1）℃；③玻璃量筒：500mL；④溫度計：0～50℃，分度值為1℃。b原理由密度計在液體中達到平衡狀態時所浸沒的深度，讀出該液體的密度。c測定步驟：將試樣注入清潔干燥的量筒內，不能有氣泡，將量筒置于20℃的恒溫水浴中，等溫度恒定后，將清潔干燥的密度計緩慢放入試液中，其下端應離筒底2cm以上，不能與筒壁接觸，密度計在試樣中穩定后，讀密度計彎月向下緣的刻度即為20℃試樣的密度。（5）總磷酸鹽含量的測定a方法提要：在酸性介質中，有機膦酸鹽和亞磷酸鹽與過硫酸銨在加熱條件下，均轉變成正磷酸鹽，利用鉬酸銨和磷酸反應生成銻磷鉬酸絡合物，用抗壞血酸還原成“銻磷鉬藍”，用吸光光度法來測定總磷酸鹽（PO43-）含量。b試劑和材料①磷酸鹽的標準貯備液：1mL溶液含0.500mg（PO43-）：稱量0.7165g預先在100—105℃干燥至恒重的磷酸二氫鉀（GB1274），精確0.0002g。置于燒杯中，加水溶解，移入1000mL容量瓶中，用水稀釋到刻度，搖勻。②磷酸鹽標準液：1mL溶液含0.020mg(PO43-)：吸取20.00mL磷酸鹽標準貯備液（4.5.2a）于500mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻；③鉬酸銨溶液：稱量6.0g鉬酸銨（GB/T657）溶于約500mL水中，加入1.2g酒石酸銻鉀和83mL濃硫酸（GB/T625），冷卻后稀釋至1L，混勻，貯于棕色瓶中，貯存期6個月；④抗壞血酸溶液：稱量17.6g抗壞血酸溶于適量的水中，加入0.2g乙二胺四乙酸二鈉(GB/T1401)和8mL甲酸，用水稀釋至1L，混勻。貯存在棕色瓶中，貯存期15天。⑤硫酸（GB/T625）標準滴定液：C（H2SO4）=0.5mol/L⑥過硫酸銨（GB/T656）：24g/L，貯存期7天。c儀器和設備：一般實驗用儀器①分光光度計：波長范圍400nm—800nm.②可調電爐：0—2000Wd分析步驟①試料試樣溶液的制備：稱量約1.0g試樣，精確到0.0002g，置于500mL容量瓶中，用水稀釋到刻度，搖勻。吸取上述溶液10.00mL于1000mL容量瓶中，用水稀釋到刻度，搖勻，該溶液供測定總磷酸鹽含量用。②測定吸取20mL試液（4.5.4.1b)于100mL錐形瓶中，加入1mL硫酸溶液和5mL過硫酸銨溶液，在可調電爐中加熱至沸，保持10—15min（使溶液的體積為原來的一半）。取下冷卻至室溫，移入50mL容量瓶中（或比色管），再加入5mL鉬酸銨溶液，3mL抗壞血酸溶液，用水稀釋至刻度，搖勻。在25—30℃下放置10min，在710nm處，用1cm比色皿，以試劑空白為參比，測量其吸光度。③工作曲線的繪制：在一系列50mL容量瓶（或比色管）中，分別加入0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL磷酸鹽標準溶液（4.5.2b），加水約20mL，再加入5mL鉬酸銨溶液，3mL抗壞血酸溶液用水稀釋到刻度，搖勻。在25—30℃下放置10min，在710nm處，用1cm比色皿，以試劑空白為參比，測量其吸光度。以磷酸鹽的毫克數為橫坐標，相對應的吸光度為縱坐標，繪制工作曲線。e總磷酸鹽含量表述以質量百分數表示（PO43-）含量（X2）………………（2）式中：m2——由工作曲線可得試料測定中總磷酸鹽的量，mg；m——試料的質量，g；f允許差：取平行測定結果的算數平均值為測定結果，兩次平行測定結果的絕對值不大于0.3%。5、檢驗規則（1）按GB/T6678中6.6的規定，確定采樣單元數。采樣時先充分攪勻，用玻璃管或聚乙烯塑料管插入桶深的2/3處采樣。總量不少于1000mL；充分混勻，分裝入兩個清潔、干燥、帶磨口塞的瓶中，密封。瓶上貼標簽，注明：生產廠名、產品名稱、批號、采樣日期和采樣者姓名。一瓶供檢驗用，另一瓶保存六個月備查。（2）檢驗結果中如有一項指標不符合本標準要求時，應重新自兩倍量的包裝單元中采樣核驗。（3）采用GB/T1250規定的修約值比較法判定檢驗結果是否符合要求.四、阻垢劑選型中試實驗1、阻垢劑選型試驗方法的選擇通過對現有文獻的檢索，目前國內外對反滲透阻垢劑的評定方法分為靜態評定法和動態評定法兩大類。（1）靜態評定法a碳酸鈣沉積法碳酸鈣沉積法原理為：配制含一定濃度的鈣離子和碳酸氫根離子的水樣．加人一定劑量的阻垢劑．在加熱條件下，促使水樣中碳酸氫根加速分解為碳酸鈣。加熱一段時間后測定鈣離子的濃度。鈣離子濃度愈大，則阻垢劑的阻垢性能越好。碳酸鈣沉積法是目前國內最常使用的一種阻垢劑靜態阻垢性能評定方法。b鼓泡法鼓泡法是通過模擬循環冷卻水在換熱器中受熱和冷卻塔中的曝氣兩個過程，來評價阻垢劑的阻垢性能。即在升高試驗溫度的條件下，向含一定濃度鈣離子和碳酸氫根離子的試液中鼓入一定流量的空氣．帶走二氧化碳．促使碳酸氫鈣分解為碳酸鈣，試液迅速達到自然平衡pH，然后測定溶液中的鈣離子濃度。鈣離子的濃度愈大，阻垢劑的阻垢性能越好。c濁度法配制一定濃度含有成垢離子的水樣于恒溫裝置中，加入一定量的阻垢劑，以恒定的速度攪拌溶液，并滴加NaOH溶液。沒有沉淀生成時。溶液的濁度保持不變；隨著NaOH的加入，pH升高，達到臨界pH時，大量晶體析出．溶液濁度增大。濁度曲線上濁度開始增加的點就是成垢離子開始生成的臨界點。濁度法主要是評定阻垢劑阻CaCO3垢性能的試驗方法。d電導率法試驗中將裝有一定濃度CaC1和阻垢劑水樣的燒杯放人恒溫槽中．用電磁攪拌器以恒定速率攪拌該溶液．溫度控制在25℃．向其中滴加已知濃度的Na2CO3溶液。穩定后讀取溶液的電導率值。當溶液中有沉淀析出時．電導率會急劇下降，由電導率急劇下降的點可計算出碳酸鈣的過飽和度。過飽和度愈大，阻垢劑阻垢效果愈佳。（2）動態評定法a給水一次通過法設定系統運行的回收率，給水通過膜元件的分離作用產生的濃水和產品水直接排放。在給水濃度不變的情況下，通過運行參數和水質分析判斷系統是否結垢。b全循環法設定好運行的回收率．給水通過膜的分離作用產生的濃水和產品水全部循環至給水。給水采用配制的溶液，并添加一定的阻垢劑，在不同溶液過飽和度和不同阻垢劑的情況下，通過監測操作壓力、產品水流量、溶液組成、溶液濁度等變化來評價阻垢劑的阻垢效果。c部分循環法給水通過膜后，產生的濃水循環至給水箱．產品水連續排放，提高給水的濃度，提高系統的結垢趨勢。通過不斷提高結垢趨勢，在膜表面累積足夠的垢量，通過測定結垢速率和阻垢劑對結垢速率的影響來評定阻垢劑的效果。d間歇循環法間歇循環法是指運行的第一個周期內，在設定的時間段內以全循環的模式運行，即濃水和產品水都循環至給水箱。第二個運行周期，排放部分產品水，使給水中各離子組分濃度得到相應的提高，從而達到提高系統運行的回收率，增加溶液中成垢離子的結垢趨勢的目的。系統在提高結垢趨勢后再在設定的時間段內以全循環的模式操作。重復以上操作，膜元件周期性接觸過飽和度不斷增加的溶液．通過產品水流量的下降和溶液的組分變化來評價阻垢劑的效果。經綜合比選，目前反滲透阻垢劑常用的評定方法中，給水一次通過法可以最大限度地模擬現場運行工況，阻垢劑的濃度在試驗過程中保持恒定。試驗中，可以通過改變濃水流量來調整試驗的回收率，通過改變阻垢劑的加入量來調整試驗運行工況。因此本次阻垢劑選型實驗采用一次通過法，利用膜實驗平臺來進行阻垢劑性能測試。2、實驗方案（1）實驗設備情況a設計參數產水能力：工況1：62m3/d（25℃）（回收率70%）工況2：106m3/d（25℃）（回收率27%）進水水質：微濾/MBR膜系統的出水水質（SDI<3）產水要求脫鹽率：≥97%出水電導率：≤80μs/cm設計膜通量：≤20L/（m2·h）反滲透膜數量：6支（3支膜殼，每支膜殼內3支模芯）組合方式：一級并列。b工作條件：介質：微濾膜系統出水水溫：15～25℃水中PH值：6～8設備位置：經開再生水廠微濾二期預留平臺室內氣溫：5～40℃濕度：≤95%c膜實驗平臺工況選擇本次膜試驗平臺是用來進行不同型號阻垢劑的使用效果評價，考慮到反滲透膜系統結垢風險最高的區域為二段末端區域，因此模試驗平臺的運行工況設定為工況1，即模擬經開再生水廠反滲透系統二段最后三支膜的運行狀態，具體參數如下：原水TDS1200.03mg/l系統回收率%(7/1)70.27%原水類型三級廢水（超濾預處理），SDI<3污堵因子(第1級)0.85給水溫度25.0C級#第1級第1級段1水流流量

(m3/h)壓力

(bar)總溶解固形物

(mg/l)元件類型BW30FR-36511.850.001200.03每段壓力容器數136.007.623082.86每支容器元件數344.157.003920.63元件總數354.707.003920.63級平均通量12.78lmh60.557.003920.63段平均通量12.78lmh71.30-54.00產水側背壓0.00bar7/1回收率%70.27段間升壓0.00bar化學加藥量-能耗1.22kWh/m3系統細節第1段進水流量6.00m3/h第1級產水流量1.30m3/h滲透壓:進系統的原水流量1.85m3/h第1級回收率70.27%給水0.98bar給水壓力7.62bar給水溫度25.0C濃水3.12bar污堵因子0.85給水TDS1200.03mg/l平均2.05bar化學加藥無元件數量3平均驅動壓4.39bar總有效膜面積101.73M2第1級平均通量12.78lmh功率1.59kW原水類型:三級廢水（超濾預處理），SDI<3能耗1.22kWh/m3段元件位置PV數量元件數量給水流量

(m3/h)給水壓力

(bar)再循環流量

(m3/h)濃水流量

(m3/h)濃水壓力

(bar)產水流量

(m3/h)平均通量

(lmh)產水壓力

(bar)升壓壓力

(bar)產品水TDS

(mg/l)1BW30FR-365136.007.274.154.707.001.3012.780.000.0054.00段細節第1段元件位置回收率產水流量(m3/h)產水TDS(mg/l)給水流量(m3/h)給水TDS(mg/l)給水壓力(bar)10.080.4746.126.003082.867.2720.080.4353.895.533338.677.1730.080.4063.285.103617.867.08（2）試驗方法第一步：阻垢劑型號匹配及有效成分檢測a阻垢劑型號選擇通過對微濾系統產水水質進行檢測，要求阻垢劑廠家根據水質檢測結果通過計算確認匹配的阻垢劑型號及建議投藥量。b阻垢劑質量檢測確定阻垢劑的有效成分是進行阻垢劑對比測試的前提，依據據本立項第四條中阻垢劑質量檢測方法對待測阻垢劑進行質量檢測，并記錄檢測數據，以此進行藥劑稀釋配比計算，記錄數據填入下表：阻垢劑質量檢測記錄表樣品編號有效固體含量%pH值(1%水溶液)密度(20℃)g/cm3總膦酸含量(以PO43-計)%其他12345第二步：膜試驗平臺設備調試運行a按照工況1對膜實驗平臺參數進行調整，測試用反滲透膜為全新的反滲透膜。b控制好產水量、濃水循環比例，確保設備運行穩定。c檢查流量、壓力數據記錄是否正常.d校準加藥泵，確保加藥量準確。第三步：阻垢劑測試方案a測試原理阻垢劑測試采用一次通過法，其中產水流量、濃水流量、系統產水率、進水水質保持一定，反滲透進水高壓泵采用變頻控制，變頻器跟蹤產水流量計的水量變化，通過頻率調整增加供水壓力來維持產水流量的恒定。在一個化學清洗周期內，通過記錄反滲透進水壓力的變化率來驗證阻垢劑的運行效果。在此期間內，阻垢劑的投加量選用常用投加量范圍內的三個定量即2mg/L、/3mg/L、/5mg/L分別投加測試，每個定量分別測試不同型號的樣品，以進行同樣投加量不同品牌藥劑的使用效果及同一品牌不同投加量下使用效果的綜合對比。b主要參數控制主要參數控制表參數項目控制標準固定參數進水水質經開再生水廠MF產水系統產水量2.6m3/h系統產水率70%還原劑投加量控制ORP<200非氧化性殺菌劑100ppm每周3次每次60分鐘變化參數阻垢劑投加量樣品1：2mg/L,/3mg/L,/5mg/L樣品2：2mg/L,/3mg/L,/5mg/L樣品3：2mg/L,/3mg/L,/5mg/L樣品4：2mg/L,/3mg/L,/5mg/L進水壓力進水壓力由變頻器控制水泵自動調整，需定時記錄進水壓力來判定膜的運行狀態。c運行數據記錄膜實驗平臺具有自動記錄主要數據的功能，但還需要人工巡視并記錄以下參數來確保實驗設備運轉正常：運行數據記錄表項目位置數據/時間數據/時間備注壓力供水泵進水壓力供水泵出水壓力同保安過濾器進水壓力高壓泵進水壓力同保安過濾器出水壓力高壓泵出水壓力同RO膜前壓力濃水壓力同RO膜后壓力流量產水流量濃水流量濃水回流流量參數進水ＰＨ進水ＯＲＰ進水ＳＤＩ進水余氯化學清洗時間及方法以上數據的記錄頻次為一天兩次第四步：數據處理方法a數據校對膜實驗平臺具有自動記錄運行數據的功能，數據將記錄在膜實驗平臺控制柜內，通過定期下載記錄數據來取得相關參數，在進行數據使用前，應將自動記錄數據與人工記錄數據進行比對，以判定兩者數據是否一致。b數據處理方法本次實驗數據的特點是進水壓力數據雖時間的變化而增加，因此使用二位坐標作圖更能直接體現數據變化的特性，本實驗以excel軟件進行編輯,以橫軸代表自變量（本實驗方案為時間），以縱軸代表因變量（本實驗方案為RO進水壓力）。在比對同一加藥量下不同品牌阻垢劑使用效果時，應在同一坐標軸內同時體現不同品牌阻垢劑使用時的RO進水壓力變化曲線，以便于進行對比分析。在比對同一品牌阻垢劑在不同加藥量的使用效果時，應在同一坐標軸內同時體現不同加藥量下的RO進水壓力變化曲線，以便于進行對比分析。c初步分析結果在每組坐標圖下方簡要寫出初步的實驗結論，以便于實驗報告的編寫。五、編寫實驗報告1、通過對不同品牌阻垢劑的檢測，首先驗證阻垢劑檢測方法及標準是否適用于現有阻垢劑，檢測數據是否準確，能否體現阻垢劑的真實質量標準，通過實際操作對檢測方法及標準進行優化，形成標準檢測文件，為后續阻垢劑的測試及實際生產中采購驗收提供檢測標準。2、通過對阻垢劑實際運行效果的測試，驗本項目中阻垢劑對比實驗方案是否合理，測試效果是否能夠真實體現阻垢劑的適用性，通過實際操作不斷優化實驗方案，建立阻垢劑標準測試方法，為阻垢劑選型提供技術基礎。3、通過不同品牌阻垢劑在不同加藥量下的實際運行效果，給出一個適用于現有生產的阻垢劑型號及加藥量設置，為再生水廠實際生產提供指導意見。六、項目的組織與管理1、項目組織方式本項目由技術管理部牽頭實施，其中阻垢劑質量檢測以研發中心實驗室為主，東區實驗室配合，膜實驗平臺設置在經開再生水廠廠房內，運行調試、數據整理、標準制定、實驗報告等由技術管理部負責，運行及數據記錄由經開再生水廠配合進行，相關人員分工如下：姓名專業部門在項目中分工xx給排水技術管理部項目負責人張子瀟給排水技術管理部膜實驗平臺參數控制裴超贏質量技術管理部設備調試/阻垢劑檢測標準優化/實驗報告編寫趙清波環境工程技術管理部阻垢劑對比實驗標準優化/實驗報告編寫王云環境工程經開廠指導生產運行人員運行膜實驗平臺及記錄數據謝俊浩環境工程東區污水化驗檢測協助2、項目研究進度計劃該項目計劃從2014年1月開始實施，到2015年1月完畢，具體時間安排見下表：時間安排