文 献 综 述

1.阻垢剂的历史和发展

反渗透是20世纪60年代发展起来的一种膜分离技术。由于它与传统的离子交换脱盐技术相比，操作简单，几乎没有废水排放，运行费用低。因此得到了迅速发展。但是反渗透装置的浓水极易受到沉积物的污染。如在膜表面生成CaCO₃、Ca₃(PO₄)₂、CaSO₄、BaSO₄、SrSO₄、金属氧化物、硅酸化合物等沉积物，影响反渗透装置的正常运行，严重时导致反渗透膜的报废。解决这一问题的最常用方法是往反渗透进水中加阻垢剂。因此反渗透阻垢剂的开发一直都是人们竞相研究的热点。

2.反渗透膜阻垢剂的种类和特点

2.1无机聚磷酸盐类

聚磷酸盐类阻垢剂是最早在RO系统中应用的阻垢剂，最常用的是六偏磷酸钠（SHMP）和三聚磷酸钠。 其阻垢机理主要是通过分子中的部分官能团或静电力吸附在晶体(晶核)表面的活性点上，以此减缓晶体的生长，使许多晶体保持在微晶状态增加其溶解度，正是由于这种阻垢机理使得这种药剂具有阈值效应。但许多资料报导这类阻垢剂磷浓度高，又易水解为正磷酸盐，产生Ca₃(PO₄)₂沉淀^[1,2,4]。另一方面聚磷酸盐是微生物的营养源，能促进菌藻的滋生，加速膜污染。且此类药剂使用时，必须额外加酸。目前通过不加酸控制反渗透膜结垢已成为水处理工作者研究的热点^[5,6]。据报道，此类药剂对阻CaSO₄垢无效。因此这类阻垢剂正日益被其他的阻垢剂所代替，目前的应用已经很少^[3,7]。

2.2有机磷酸（盐）、聚羧酸类^[8,9,10]

与无机聚磷酸盐类阻垢剂相比，有机磷酸（盐）类、聚羧酸类阻垢剂（如聚丙烯酸、聚马来酸）具有良好的化学稳定性、不易水解、能耐较高的水温及高碱度，对CaCO₃类垢有很好的抑制作用。在聚合物阻垢剂中，带羧酸基团的聚合物可有效抑制钙垢的生成，而酞胺类的聚合物对硅垢的阻垢效果很好，磺酸基则对沉积物有很好的分散性，能有效分散金属氧化物，对Ca₃(PO₄)₂也有很好的抑制作用。因此目前人们对这类阻垢剂的研究主要集中于其共聚物的开发或者引入其他的基团(如在聚丙烯酸中引入磷酞基)，因共聚物带有多种功能基团，更能有效抑制各类垢的产生，而不像那些单纯的阻垢剂只能对某些沉积物起抑制作用。但是有机磷酸类阻垢剂易与钙离子形成不溶性的有机磷酸#8212;#8212;钙离子复合物；有机磷酸类阻垢剂降解物也可与钙离子形成磷酸钙沉淀；在高钙离子浓度下，聚丙烯酸也能与钙离子形成不溶性的聚丙烯酸#8212;#8212;钙离子复合物，这些不溶性的复合物和磷酸钙沉淀不仅降低阻垢剂本身的阻垢效果，而且还诱导其它垢的形成。

3.阻垢剂的阻垢机理

阻垢剂的阻垢机理比较复杂，随着沉淀过程动力学、成垢预测模型和各种阻垢技术的大量研究，使成垢机理的研究和结垢的控制有了很大的进展^[11~14]。结垢是由过饱和度，成核作用，晶体生长三个相互作用的因素导致的，阻垢剂可以影响每一个过程。成核是沉淀的第一步，成核速率主要受过饱和度的影响，虽然成核作用在过饱和度大于 1 的任何条件下都是可能的，但是只有当饱和度超过了某个特定值时，结晶速率才会骤然增大，此值称为临界过饱和度。低于临界值时，成核速率几乎为零，大多数化合物在水溶液中结晶的临界过饱和度很大，可达百分之102～103。一般认为成垢物质和溶液之间存在着动态平衡，阻垢剂能够吸附到成垢物质上，并影响垢的生长和溶解的动态平衡。工业生产中最常见的垢是CaCO₃垢，因此要有效解决现实中的结垢问题，必须对CaCO₃的析出过程以及阻垢剂的阻垢机理进行深入的研究，归纳起来主要有以下几种观点：