CN201852791U - 一种基于测定pH值快速评定反渗透阻垢剂性能的装置 - Google Patents

一种基于测定pH值快速评定反渗透阻垢剂性能的装置 Download PDF

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张小霓
吴文龙
田增国
汪献忠
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Henan Relations Co Ltd
Henan Enpai High Tech Group Co Ltd
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Electric Power Research Institute of State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Henan Relations Co Ltd
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Abstract

本实用新型涉及一种基于测定pH值快速评定反渗透阻垢剂性能的装置，包括两个注射泵、电磁加热搅拌机、检测皿、pH传感器、温度传感器和控制单元，所述注射泵一端伸入检测皿内并与检测皿密闭连接，另一端连接控制单元，通过控制单元使注射泵分别自动加样；所述电磁加热搅拌机与控制单元连接，通过控制单元实现加热和搅拌；所述pH传感器和温度传感器一端分别伸入检测皿内并与检测皿密闭连接，另一端分别连接控制单元。本装置通过控制单元自动实现加样、搅拌、温控、pH测量等步骤，自动判断试验终点，计算碳酸钙的过饱和度值，快速、准确地评定反渗透阻垢剂的性能，大大提高了工作效率。

Description

一种基于测定 pH 值快速评定反渗透阻垢剂性能的装置
技术领域
本实用新型涉及一种基于测定pH值快速评定反渗透阻垢剂性能的自动装置。
背景技术
近几年来，随着水资源的日益短缺和膜技术的不断发展，反渗透技术广泛应用于电力、化工、食品、电子、制药等行业。在反渗透技术的发展过程中，结垢是影响反渗透正常运行的主要问题之一，当膜表面有垢沉积时，需要停运设备进行化学清洗，甚至更换膜元件。目前，添加阻垢剂已经成为控制反渗透膜结垢的有效手段之一。阻垢剂的性能关系到反渗透***能否安全、经济、稳定运行。因此，对阻垢剂的性能进行准确评价显得至关重要。评定方法中的动态模拟试验，可以较好地模拟现场运行状况，准确评定阻垢剂效果，但费时耗力。在进行反渗透动态模拟试验之前，对大量阻垢剂进行快速筛选评定，可以大大提高工作效率。基于测定溶液pH值的静态评定方法快速、准确、试验条件简单、可以作为动态模拟试验之前的筛选试验。但是，目前还没有专门的基于测定溶液pH值评定反渗透阻垢剂性能评定和筛选的试验装置。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种基于测定pH值快速评定反渗透阻垢剂性能的装置，该装置可以快速、准确地评定反渗透阻垢剂的性能。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于测定pH值快速评定反渗透阻垢剂性能的装置，该装置包括两个注射泵、电磁加热搅拌机、检测皿、pH传感器、温度传感器和控制单元，所述注射泵一端伸入检测皿内并与检测皿密闭连接，另一端连接控制单元，通过控制单元使注射泵自动加样；所述电磁加热搅拌机与控制单元连接，通过控制单元实现搅拌加热；所述pH传感器和温度传感器一端分别伸入检测皿内并与检测皿密闭连接，另一端分别连接控制单元。
所述检测皿置于盛有液体的容器中，容器置于电磁加热搅拌机上。
所述注射泵平行设置。
所述电磁加热搅拌机由加热器和电磁搅拌器构成。
所述控制单元为单片机构成的控制电路，该控制单元是本领域技术人员的常规设计，因此不再给出详细的电路原理图。
本实用新型的有益效果：
本装置通过控制单元实现自动加样、搅拌、温控、pH测量等步骤，自动判断试验终点，计算碳酸钙的过饱和度值，快速、准确地评定反渗透阻垢剂的性能，大大提高了工作效率。检测皿与注射泵、pH传感器和温度传感器密闭连接，有效避免了试验过程中空气中CO2对试验结果的影响，可以快速、准确地评定反渗透阻垢剂的性能。
附图说明 图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明，但本实用新型的保护范围不限于此。
如图1所示，一种基于测定pH值快速评定反渗透阻垢剂性能的装置，该装置包括两个平行设置的注射泵1和2、由加热器4和电磁搅拌器3构成的电磁加热搅拌机、检测皿7、pH传感器9、温度传感器8和控制单元13，注射泵1、2的一端分别伸入检测皿7内并与检测皿7密闭连接（检测皿7顶部设有孔，孔大小与伸入的注射泵1、2端口相匹配），另一端分别连接控制单元13，通过控制单元13使注射泵1、2实现自动加样；加热器4和电磁搅拌器3分别与控制单元13连接，通过控制单元13分别实现加热和搅拌；所述pH传感器9和温度传感器8的一端分别伸入检测皿7内并与检测皿7密闭连接（检测皿7顶部设有孔，孔大小与伸入的pH传感器9和温度传感器8外径相匹配），另一端分别连接控制单元13。所述检测皿7置于盛有液体5的容器10中，容器10置于电磁加热搅拌机上。
使用时，将电磁搅拌子11置于检测皿7中，再在检测皿7中加入一定浓度的CaCl2溶液，然后在容器10中加入适量恒温液5（恒温液可以为水，以高出检测液5cm为宜），检测皿7放置在固定的支架12上。通过控制单元13控制注射泵1将一定量的阻垢剂X注入检测皿7中，与CaCl2溶液混合，随后通过控制单元13启动电磁加热搅拌机开始加热（通过加热恒温液5使检测皿7中的检测液6恒温保持在25±1℃，通过温度传感器8读取温度值）和恒速搅拌。然后通过控制单元13启动注射泵2将一定量的浓度为C2的NaHCO3溶液注入检测皿7中；间隔2 min后通过pH传感器9记录pH值，同时用注射泵2再次将等量的NaHCO3溶液注入检测皿7中；重复步骤“间隔2 min后通过pH传感器9记录pH值，同时用注射泵2再次将等量的NaHCO3溶液注入检测皿7中”，直至控制单元13记录的pH曲线出现拐点（即pH值降低），记录pH最大值和加入的NaHCO3试剂量，并绘制pH值曲线，通过计算溶液的过饱和度值S来比较各阻垢剂性能。
该装置的反应原理为：
当检测液6中生成CaCO3沉淀时，发生的反应如下式（1）和式（2）。
HCO3 -↔H++CO3 2- （1）
Ca2++CO3 2-↔ CaCO3↓ （2）
在CaCl2和NaHCO3溶液充分反应但未生成CaCO3沉淀前，溶液pH值呈平缓上升趋势；一旦溶液中生成了CaCO3沉淀，由于反应（1）和（2）的平衡被打破，反应向右移动，溶液pH值会明显下降。以加入的NaHCO3溶液体积为横坐标，溶液pH值为纵坐标作图，pH值随NaHCO3溶液体积增加曲线先呈缓慢上升趋势，后突然下降（pH值比前一pH值数值降低0.03以上），曲线出现一明显拐点。
以沉淀之前溶液中CaCO3的过饱和度S作为阻垢剂性能判断的依据，S值越大，说明阻垢剂的阻碳酸钙垢效果越好。根据试验过程中记录的数据，计算过程如下式（3）—（6）：
[Ca2+] =
Figure 142511DEST_PATH_IMAGE001
(3)
[HCO3 -] = (4)
[CO3 2-] =
Figure 751664DEST_PATH_IMAGE003
(5)
S =
Figure 26788DEST_PATH_IMAGE004
(6)
式中：[Ca2+]、[HCO3 -]、[CO3 2-]—钙离子、碳酸氢根离子、碳酸根离子浓度，单位mol/L；
K2—碳酸的二级电离平衡常数；K2=10-10.33；
Ksp—CaCO3的溶度积，25℃下，Ksp为4.8×10-9。
该装置用于评定反渗透阻垢剂性能，具体操作步骤为：
①在检测皿7中加入150ml（V1）、0.009 mol/l（C1）的CaCl2溶液，剂量为1mg/L的阻垢剂TPTO-150（美国汤纳公司生产）；
②将检测皿7处于密闭、（25±1）℃恒温状态、恒定电磁搅拌速度条件下，滴加2ml（V2）、0.3 mol/l（C2）的NaHCO3溶液。记为第1次；
③2 min后用pH传感器9测量检测皿7中溶液的pH值，同时再次滴加2ml、0.3 mol/l的NaHCO3溶液，记为第2次；
④重复步骤③，共11次（滴加次数n），此时检测皿7中溶液pH值降低（溶液中生成CaCO3沉淀），记录第10次（即n-1次）滴加NaHCO3后溶液pH值为8.23，此时累计消耗的NaHCO3溶液体积为20ml；
⑤计算沉淀生成之前检测皿7溶液中CaCO3的过饱和度S，根据S大小判断阻垢剂阻垢性能。
此外，将阻垢剂TPTO-150分别更换为美国GE-Betz公司Argo反渗透阻垢剂MDC220、美国清力的PTP-0100、氨基三亚甲基膦酸（ATMP）或聚马来酸酐（HPMA），加入量均为1mg/L，其它条件不变，按照前述①至③的步骤进行试验，并重复步骤③直至溶液pH值降低，记录所需的各数据。同时做空白试验（即检测皿7中不添加阻垢剂）来对比效果。记录第n-1次（即pH值降低前）累计加入的NaHCO3体积和溶液的pH值，结果见表1。
表1 阻垢剂不同时记录的试验结果
阻垢剂 TPTO-150 MDC220 PTP-0100 ATMP HPMA 空白
滴加次数n 11 17 7 13 7 4
NaHCO3体积（n-1）V2（ml） 20 32 12 24 12 6
第（n-1）次加入NaHCO3时溶液pH 8.23 8.17 8.28 8.11 8.11 8.18
不同阻垢剂阻垢性能的比较：
以加入1mg/L的阻垢剂TPTO-150为例，pH值降低前加入的NaHCO3体积为20ml，pH值为8.23。计算过程如下：
[Ca2+] =
Figure 607942DEST_PATH_IMAGE001
=
Figure 943108DEST_PATH_IMAGE005
[HCO3 -] =
Figure 672030DEST_PATH_IMAGE002
=
Figure 688527DEST_PATH_IMAGE006
0.035 mol/L
[CO3 2-] =
Figure 186505DEST_PATH_IMAGE003
=
Figure 895835DEST_PATH_IMAGE007
=2.80×10-4
S =
Figure 846473DEST_PATH_IMAGE008
=
Figure 666662DEST_PATH_IMAGE009
根据表1中的试验数据，计算出加入上述阻垢剂及空白试验的过饱和度值S，见表2。
表2阻垢剂不同时计算的过饱和度值S
阻垢剂 TPTO-150 MDC220 PTP-0100 ATMP HPMA 空白
过饱和度值S 461 563 346 405 232 148
以沉淀之前水样中CaCO3的过饱和度S作为阻垢剂性能的判断依据，S值越大，说明阻垢剂的阻碳酸盐垢效果越好。从表2可以看出，阻垢剂的阻垢性能排序为：MDC220 ＞TPTO-150 ＞ATMP ＞PTP-0100 ＞HPMA ＞空白。

Claims (5)

1.一种基于测定pH值快速评定反渗透阻垢剂性能的装置，其特征在于，包括两个注射泵、电磁加热搅拌机、检测皿、pH传感器、温度传感器和控制单元，所述注射泵一端伸入检测皿内并与检测皿密闭连接，另一端连接控制单元，通过控制单元使注射泵自动加样；所述电磁加热搅拌机与控制单元连接，通过控制单元实现搅拌加热；所述pH传感器和温度传感器一端分别伸入检测皿内并与检测皿密闭连接，另一端分别连接控制单元。
2.如权利要求1所述评定反渗透阻垢剂性能的装置，其特征在于，所述检测皿置于盛有液体的容器中，容器置于电磁加热搅拌机上。
3.如权利要求1所述评定反渗透阻垢剂性能的装置，其特征在于，所述注射泵平行设置。
4.如权利要求1至3任一所述评定反渗透阻垢剂性能的装置，其特征在于，所述电磁加热搅拌机由加热器和电磁搅拌器构成。
5.如权利要求4所述评定反渗透阻垢剂性能的装置，其特征在于，所述控制单元为单片机。
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