膜法水處理的預處理
來源：銀海潔(北京）水處理技術有限公司 閱讀：2290 更新時間：2011-07-21 14:36由于超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）膜絕大多數都是由高分子材料制成，其對進水水質有比較嚴格的要求，合理的預處理是保障系統正常運行和降低運行成本的關鍵環節。一旦預處理系統出現問題，污染物可能會在膜表面堆積，給膜系統帶來不可逆轉的危害。
微生物造成很難逆轉的污染
細菌、真菌和藻類進入膜系統后，會粘附在膜表面時生長繁殖，微生物及其代謝產物可能使膜孔完全堵塞，甚至使中空纖維內腔完全堵塞，對無論是超濾膜，還是納濾和反滲透膜都會造成不可逆轉的污染。
水處理工程中通常加入次氯酸難（NaClO）、臭氧（O3）等氧化劑，也可以配合紫外殺菌。這些措施只是防止微生物滋生，但并不能從水中去除微生物，殺滅不徹底的微生物還會復活。尤其是芽孢，由于耐受一定的殺菌劑，成為膜生物污染的潛在威脅。
適當的預處理不僅能夠提高殺菌劑的效果，比如介質過濾，同時也可以濾除一部分微生物甚至芽孢，降低膜的微生物污染。
渾濁度降低產水率
當水中含有懸浮物、膠體、微生物和其他雜質時，都會使水產生一定程度的混濁。由于濁度是測量被水中顆粒物反射的光線強度得來的，所以原水的顏色、不透明性、顆粒的大小、數量和形狀均影響測量結果。因此，濁度與懸浮物的關系是隨機的。對于較小的微粒，濁度并不能反映。
在膜法處理中，用濁度來反映渾濁度明顯是不精確的，實踐中使用SDI來預測顆粒物的污染傾向。
降低渾濁度傳統采用的方法是絮凝加介質過濾器，由于介質過濾器過濾效果受水質波動影響較大，近年來廣泛使用超濾或者微濾取代介質過濾器作為膜法水處理工藝的預處理設備。
為了濾除細小的顆粒，一般需要向原水中添加一定量的絮凝劑來提高去除效率。在絮凝劑加入的同時，可加入助聚劑，如pH調節劑（石灰、碳酸鈉）、氧化劑（氯和漂白粉），加助聚劑（聚丙稀酰胺）等，提高混凝效果。
溶解性有機物的去除
溶解性有機物用絮凝沉降、多介質過濾以及超濾均無法徹底去除。目前多采用氧化法或者吸咐法。
（1） 氧化法利用氯或次氯酸鈉（NaClO）進行氧化，對除去溶解性有機物效果比較好，另外臭氧（O3）和高錳酸鉀（KMnO4）也是比較好的氧化劑，但成本略高。
（2） 吸附法利用活性炭或大孔吸附樹脂可以有效除去溶解性有機物。但對于難以吸附的醇、酚等仍需采用氧化法處理。
（3） 電化學氧化法是利用水及溶解物質在電解條件下的氧化還原反應，產生氧化性的物質來去除有機物。也可以配合傳統的吸附工藝聯合處理。
供水水質調整
供水溫度的調整 ：膜的透水性能與溫度高低有直接的關系，膜組件標定的透水速率一般是用純水在25℃條件下測試的，膜的透水速率與溫度成正比。因此當供水溫度較低時（如＜5℃），可采用某種升溫措施，使其在較高溫度下運行，以提高工作效率。但當溫度過高時，同樣對膜不利，會導致膜性能的變化，對此，可采用冷卻措施，降低供水溫度。
供水PH值的調整：用不同材料制成的膜對pH值的適應范圍不同，例如醋酸纖維素適合pH=4～6，PAN和PVDF等膜，可在pH=2～12的范圍內使用，如果進水超過使用范圍，需要加以調整，目前常用的PH調節劑主要有酸（HCl 和H2SO4）等和堿（NaOH等）。
結垢的防治
結垢是難溶性鹽類的結晶析出，以固體形式的沉積物。
在反滲透和納濾系統中析出的垢主要是無機成分，以碳酸鈣為主。在天然的水源中存有的主要難溶性鹽類主要有：碳酸鈣（CaCO3）、硫酸鋇（BaSO4）、硫酸鈣（CaSO4）、氟化鈣（CaF2）、硫酸鍶（SrSO4）和二氧化硅（SiO2）。一般來說，鹽的溶解度受各種在水中成分的濃度、pH 值、溫度以及共存的其它鹽分濃度影響，難溶鹽的溶解度通常用溶度積（Ksp）來表示，溶度積越小溶解度就越低。
碳酸鈣穩定傾向可以用LSI（當TDS < 4 000 mg/L 時）或SDSI（當TDS > 4 000 mg/L 時）進行估算。
回收率
反滲透以及納濾系統的回收率和原水中總溶解物質的濃縮倍率有直接關系，回收率50%的系統，濃縮倍數是2倍；回收率75%時，濃縮4倍；回收率80%時，則濃縮5倍；回收率達到90%時，相當于濃縮10倍。
膜系統內由于濃差極化現象的存在，膜表面附近的料液含鹽量會變得很高，其濃縮程度遠大于這個濃縮倍數。因此，原水由于被濃縮，膜表面的污染會比想象中發生的更快。系統的運行條件、原水的特性狀態等因素會影響回收率，一旦選擇過高的回收率，就會面臨結垢的形成和急速的污染的風險。
因此，按照實際情況適當的設定回收率就顯得尤為重要。基于原水的水質分析數據結合把握其四季變動范圍，考慮前處理和產水的回收率、運行溫度等相關的膜系統設計方式，設定運行條件。
絮凝
絮凝是向水中加入絮凝劑，中和膠體粒子表面的電荷，使得膠體粒子間的排斥力變弱，最終導致微粒子之間變的更容易聚集。絮凝通過以下三個方式起作用：（1）膠體間的引力和反作用力；（2）粒子和粒子的接觸、碰撞；（3）化學作用（金屬氫氧化物的溶解度）。多數常用絮凝劑（表4.4 所示）與水中的堿性成分反應，生成金屬氫氧化物。然而如果加入絮凝劑的量過多，會導致生成的氫氧化物析出并對膜元件造成污染。
絮凝劑的種類以及添加1mg/L引起的水質變化
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影響絮凝的因素，除了絮凝劑的注入量以外，還有pH 值、攪拌條件、共存離子以及水溫等。在實際設計中，必須預先對這些絮凝條件進行預測。
介質過濾
按照過濾的速度可分為慢速過濾和快速過濾兩個大類。介質過濾可以有效的去除給水中的懸浮物，降低濁度和SDI 值。僅靠絮凝、砂濾無法把原水中的粒子有效捕捉時，還可以配合使用絮凝沉淀和氣浮組合。但是，添加過濾輔助藥劑或者絮凝劑，有可能會導致反滲透和納濾膜污染。因此需要做小型實驗，以確認藥劑的添加是否對反滲透和納濾系統有影響。
在選擇濾速時，依據原水水質的不同可以有所變化。通常對于地下水水源，由于水中的膠體、懸浮物含量較少，可以選擇較高的濾速；對于污染較嚴重的地表水，濾速的設定一定不能太高，以免對反滲透和納濾系統造成嚴重污染（通過多年的實際經驗，對于受污染的地表水，過濾速度應盡量小于8 米/小時，有條件的可以接近6 米/ 小時，最高也不要超過10 米/小時）。
介質過濾的特征
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活性炭
活性炭可以用來吸附溶解性有機物以及游離氯和臭氧等氧化劑，用活性炭作為反滲透和納濾膜系統的預處理已經被廣泛使用。通常被采用的活性炭有兩種類型：顆粒活性炭和粉末活性炭。
活性炭的特征
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微濾和超濾
微濾（MF）和超濾（UF）是近幾年才大規模應用的反滲透和納濾預處理工藝。同絮凝、沉淀以及砂濾比較，其過濾的水質穩定、設備管理比較簡單，也不會產生過濾殘渣或絮凝污泥等廢棄物。
作為預處理，微濾和超濾膜的使用可以完全去除不溶解的物質，降低顆粒物的污染風險，使得反滲透的設計水通量可以適當增加約10 – 20%。在選擇微濾和超濾作為預處理時，一定要嚴格控制藥劑的投加量、嚴格按照微濾和超濾制造商提供的設計參數設計，雖然微濾和超濾系統自動化程度高、運行操作簡單，但也同樣要做好維護工作，確保系統穩定的運行。
保安過濾器
通過預處理的水在進入反滲透和納濾系統之前通常會設置5 μm 左右的保安過濾器，這是為了防止管路和中間水箱帶入污染物。需要注意的是保安過濾器可能會成為微生物污染的發生源，保安過濾器同樣需要定期清洗和殺菌。
除鐵和除錳
在有的井水中含有還原態的Fe2+和Mn2+。這種水在氧化后或者當水中的氫氧根超過5 mg/L 時，Fe2+會轉變為Fe3 ，生成膠體的氫氧化物。
4 Fe（HCO3）2 + O2 + H2O → 4 Fe（OH）3 + 8 CO2
鐵比錳更容易造成反滲透和納濾膜的污染。用反滲透系統來處理這樣的水時，重要的是不要接觸空氣。在進入反滲透裝置前對原水進行氧化，然后使用過濾器脫除，也可以防止鐵和錳帶來的污染。
膜劣化的防止
膜的劣化，主要是受物理或化學作用發生不可逆的細微構造或分子構造變化，導致膜性能下降的現象。
物理劣化：已知物理劣化的顯著事例是從水泵發出的超聲波會造成膜破損（脫鹽率下降），超過允許的壓力或超過上限溫度（45℃）的運行，也都會造成膜劣化導致水通量下降。
化學劣化：是指反滲透和納濾膜受氧化劑影響，芳香聚酰胺的聚合鏈被切斷，或者因過量酸、堿等藥劑清洗，導致膜分離性能的衰減。
醋酸纖維素反滲透膜會受到來自細菌分解影響導致高分子聚合鏈斷裂，進而導致脫鹽率下降。
反滲透進水的水質允許值檢查表
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導致膜污染的指標
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允許值
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解決方法
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懸浮物等
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濁度
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< 1 NTU
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過濾，絮凝沉淀，微濾，超濾
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SDI15
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< 5.0
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N/A
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顆粒物
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< 100個/ml
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過濾，絮凝沉淀，微濾，超濾
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微生物
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< 1個/ml
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殺菌，微濾，超濾
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金屬氧化物
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鐵，Fe3+
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< 50μg/L
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氧化+沉淀或過濾
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錳，Mn
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< 50μg/L
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使用分散劑
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結垢物質
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CaCO3
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LSI<0
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回收率，pH值，阻垢劑
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CaSO4
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< 230%
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回收率，阻垢劑
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BaSO4
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< 6 000%
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回收率，阻垢劑
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SrSO4
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< 800%
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回收率，阻垢劑
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CaF2
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濃水< 1.7 mg/L
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回收率
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Ca3(PO4)2
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濃水側濃度不能超過溶解度
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回收率
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SiO2
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< 100 %
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回收率
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有機物3
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油
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0
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氣浮、吸附
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TOC
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< 10 mg/L
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活性炭，過濾，吸附樹脂
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COD
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< 10 mg/L
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活性炭，過濾，吸附樹脂
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BOD
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< 5 mg/L
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活性炭，過濾，吸附樹脂
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導致膜劣化的指標
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允許值
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去除方法
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pH值4
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3 – 10
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加入酸或堿調節
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溫度
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5 – 45℃
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換熱器
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氧化劑
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余氯
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< 0.1 mg/L
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還原劑，活性炭吸附
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臭氧
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0
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其他
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0
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表面活性劑
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選擇陽離子或兩性表面活性劑時要注意
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酒精
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< 10%
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N/A
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