反滲透膜結(jié)垢是指溶解性差的物質(zhì)CaCO3、CaSO4、BaSO4、Ca3(PO4)2等在膜表面產(chǎn)生沉淀，當(dāng)這些物質(zhì)在反滲透系統(tǒng)中濃縮時，就會變得過飽和。比如在pH=7.5、水溫為25℃時，水中鈣硬度（以CaCO3計）為200 mg/L、總堿度（以CaCO3計）為150 mg/L時，CaCO3就會接近過飽和；再比如在pH=7.5、水溫為25℃時，水中鋇離子僅為0.01 mg/L、硫酸根離子為4.5 mg/L時，BaSO4就會出現(xiàn)過飽和而析出。
反滲透阻垢劑的阻垢機理主要是對上述溶解性差的物質(zhì)產(chǎn)生絡(luò)合增溶、凝聚分散、晶格畸變和閾值效應(yīng)。絡(luò)合增溶指的是阻垢劑能與水中 鈣離子、鎂離子、鋇離子等成垢陽離子作用形成可溶性絡(luò)合物，抑制了CaCO3、CaSO4、BaSO4、Ca3(PO4)2等生成；凝聚分散是指阻垢劑在水中解離出的陰離子附著在CaCO3晶體上，而工業(yè)污水中的污垢一般都帶負(fù)電荷，同種電荷互相排斥，產(chǎn)生的靜電排斥作用，使CaCO3晶體無法聚集生長成較大顆粒，均勻分散于溶液中，從而達(dá)到抑制CaCO3垢形成的目的；晶格畸變是指在CaCO3微晶聚集長大過程中，阻垢劑摻雜在晶格點陣中或晶體界面上，使晶體發(fā)生畸變，直接抑制或扭曲晶體生長，如CaCO3是帶正電的鈣離子與帶負(fù)電的碳酸氫根離子共同按照特定的方向發(fā)展，在二者發(fā)展壯大的過程中， 阻垢劑會摻雜在它們構(gòu)建的晶格點陣中，使晶體內(nèi)部應(yīng)力增大，當(dāng)其增大到一定程度時會讓晶體最終破裂，從而達(dá)到抑制晶體形成的目的。閾值效應(yīng)是指用阻垢劑破壞CaCO3、CaSO4、BaSO4、Ca3(PO4)2等微晶的聚集和排序過程，從而防止產(chǎn)生沉淀。
二、阻垢方法選擇
評價反滲透是否存在結(jié)垢風(fēng)險的主要指標(biāo)是朗格利爾指數(shù)（LSI），當(dāng)LSI＜0時，水體無結(jié)垢傾向（但具有一定的腐蝕性）；當(dāng)LSI≥0時，水體呈結(jié)垢傾向。調(diào)節(jié)pH法阻垢是通過降低水的pH使LSI從大于0向小于0轉(zhuǎn)變；投加阻垢劑阻垢是即使LSI≥0，但水中的難溶性物質(zhì)微晶仍無法生長聚集而沉積，主要機理即為上述四種。目前，國內(nèi)阻垢劑產(chǎn)品可以保證在LSI=3時，難溶性物質(zhì)仍不沉積結(jié)垢；國際一線品牌的阻垢劑產(chǎn)品可以保證在LSI=5時，難溶性物質(zhì)仍不沉積結(jié)垢，但在采購阻垢劑時應(yīng)注意國內(nèi)部分商家進(jìn)口國際一線品牌阻垢劑原液，而后大量兌水稀釋，導(dǎo)致采購方雖然使用著LSI=5的阻垢產(chǎn)品，但實際阻垢效能卻大相徑庭。
1.調(diào)節(jié)pH法
為了獲得合格的產(chǎn)水，我們通常把反滲透進(jìn)水pH控制在6~9之間，一些管理精細(xì)化的企業(yè)控制在范圍更窄，如7.0~8.5之間。過低或過高的進(jìn)水pH都會使反滲透產(chǎn)水pH達(dá)不到回用水的要求。所以，采用調(diào)節(jié)pH的方法阻垢前提是要保證反滲透產(chǎn)水pH達(dá)標(biāo)。并且，需要注意的是調(diào)節(jié)pH法控制反滲透結(jié)垢主要是針對CaCO3結(jié)垢，對于其它結(jié)垢類物質(zhì)無效。
2.投加阻垢劑法
如前所述，投加阻垢劑可以使反滲透膜適應(yīng)更高的LSI，但是反滲透阻垢劑價格較高，國內(nèi)產(chǎn)品在0.008~0.012 元/g之間、國際一線品牌原液產(chǎn)品在0.055~0.075 元/g之間，這使得使用成本較高。
另外，反滲透阻垢劑種類層出不窮，甚至一些生產(chǎn)商不斷炒作并不成熟的新概念，使得使用方在選擇阻垢劑時出現(xiàn)困惑?？偨Y(jié)市售較為成熟的阻垢劑產(chǎn)品，主要分為含磷阻垢劑、聚合物阻垢劑、環(huán)保阻垢劑三種。
含磷阻垢劑包括無機磷阻垢劑和有機膦阻垢劑，其中無機磷阻垢劑的主要成分是三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉，這些含有無機磷的物質(zhì)主要分子結(jié)構(gòu)特征是具有長鏈狀的陰離子，這種結(jié)構(gòu)存在著性質(zhì)不穩(wěn)定的缺點，容易水解成磷酸根，尤其是水溫較高時，水解速度更快，水解后的產(chǎn)物正磷酸鹽很容易和水體中的鈣離子反應(yīng)生成比CaCO3溶度積更小的Ca3(PO4)2水垢，所以無機磷阻垢劑不適用于溫度高或鈣離子含量高的水中；有機膦阻垢劑主要成分是羥基乙叉二膦酸、氨基三亞甲基膦酸、膦酸基丁烷等一種或幾種，這些含有機膦的物質(zhì)主要分子結(jié)構(gòu)特征是都含有C-O-P鍵，當(dāng)處于溫度較高和堿性較強的環(huán)境中時，容易水解成為正磷酸酯和相應(yīng)的醇，此時它的阻垢功能也會很大程度的減弱，因此，有機膦類阻垢劑不適用于溫度高或pH偏堿性的水中。
聚合物阻垢劑主要分為陰離子聚合物阻垢劑和陽離子聚合物阻垢劑。前者主要用于抑制金屬離子結(jié)垢，后者主要用于抑制硅垢。聚合物阻垢劑的主要成分是丙烯酸和馬來酸，研制時是將多種功能性的官能團(tuán)引入到分子中，因此這一類的阻垢劑具有多種配方。應(yīng)用時除了需要考慮水質(zhì)的條件，還需要分析水垢的種類。例如帶羧酸基團(tuán)的聚合物阻垢劑主要是針對鈣結(jié)垢、磺酸基的聚合物阻垢劑主要針對金屬氧化物、酸胺類的聚合物阻垢劑主要針對硅結(jié)垢。所以，聚合物類阻垢劑并不是廣譜類的阻垢藥劑，其主要是用于彌補廣譜類阻垢劑的不足；同時，由于其主要成分是聚合物，容易被氯等氧化性殺菌劑氧化而失效，所以，在投加這類阻垢劑前，應(yīng)先投加還原劑中和掉水中的余氯。
環(huán)保阻垢劑的有效成分主要包括聚天冬氨酸、聚環(huán)氧琥珀酸及其衍生物。這類阻垢劑主要是針對鈣結(jié)垢，如CaCO3、CaSO4、CaF2，其優(yōu)點是可以適應(yīng)較高的鈣離子濃度，當(dāng)鈣離子濃度達(dá)到500 mg/L時仍有80%以上阻斷鈣垢的效果；但其投加量大，對水的pH改變較大，且其在40℃以下時，阻垢效率較低，而反滲透膜進(jìn)水最高允許溫度為35~40℃，所以這種阻垢劑并不適合在反滲透上使用，而更多用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。
三、加藥量計算
前文已經(jīng)敘述水是否處于結(jié)垢傾向取決于LSI的值，因此，無論是采用加酸調(diào)節(jié)pH，還是采用投加阻垢劑的方法來防止反滲透膜結(jié)垢，其本質(zhì)是把握水的LSI，LSI的計算方式如下式所示。
這與前文所述在該條件下，CaCO3已接近飽和相吻合。并且我們可以發(fā)現(xiàn)，加藥量的衡量可表達(dá)為以下三個公式。
綜上所述，我們在防止反滲透膜結(jié)垢時，首先，我們應(yīng)該按照本文給出公式計算反滲透濃水的LSI，以判斷反滲透是否存在結(jié)垢的傾向；其次，要分析出水中主要結(jié)垢物質(zhì)是什么，這可以通過檢測Ca2+、Mg2+、HCO3-、Ba2+、SiO2等指標(biāo)來分析判斷，這樣我們可以有針對性的選擇是加酸調(diào)節(jié)pH、還是投加阻垢劑，如果投加足夠加，要投加何種阻垢劑。
【文章轉(zhuǎn)載自： 水處理科技學(xué)報】
