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原水中均含有一定濃度的懸浮物和溶解性物質(zhì).懸浮物主要是無機(jī)鹽、膠體和微生物、藻類等生物性顆粒.溶解性物質(zhì)主要是易溶鹽（如氯化物）和難溶鹽（如碳酸鹽、硫酸鹽和硅酸鹽）金屬氧化物,酸堿等.在反滲透過程中,進(jìn)水的體積在減少,懸浮顆粒和溶解性物質(zhì)的濃度在增加.懸浮顆粒會沉積在膜上,堵塞進(jìn)水流道、增加摩擦阻力（壓力降）.難溶鹽在超過其飽和極限時,會從濃水中沉淀出來,在膜面上形成結(jié)垢,降低RO膜的通量,增加運(yùn)行壓力和壓力降,并導(dǎo)致產(chǎn)品水質(zhì)下降.這種在膜面上形成沉積層的現(xiàn)象叫做膜污染,膜污染的結(jié)果是系統(tǒng)性能的劣化.需要在原水進(jìn)入反滲透膜系統(tǒng)之前進(jìn)行預(yù)處理,去除可能對反滲透膜造成污染的懸浮物、溶解性有機(jī)物和過量難溶鹽組分,降低膜污染傾向.對進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理的目的是改善進(jìn)水水質(zhì),使RO膜獲得可靠的運(yùn)行保

對原水進(jìn)行預(yù)處理的效果反映為TSS、TOC、COD、BOD、LSI及鐵、錳、鋁、硅、鋇、鍶等污染物水質(zhì)指標(biāo)的絕對值降低,在上一章中有對于這些污染物水質(zhì)指標(biāo)的詳細(xì)描述.表征膜污染傾向的另外一個重要的水質(zhì)指標(biāo)是SDI.通過預(yù)處理,除了要將上述指標(biāo)降到反滲透膜系統(tǒng)進(jìn)水要求的范圍內(nèi),還有重要的一點(diǎn)是盡量降低SDI,理想的SDI（15分鐘）值應(yīng)小于3.

5.1化學(xué)預(yù)處理

為了改善反滲透系統(tǒng)的操作性能,在進(jìn)水中可以加入添加下列一些藥劑：酸、堿、殺菌劑、阻垢劑和分散劑.

1 加酸－防止結(jié)垢

在進(jìn)水中可以加入鹽酸（HCl）、硫酸（H2SO4）來降低pH.硫酸價格便宜、不會發(fā)煙腐蝕周圍的金屬元器件,而且膜對硫酸根離子的脫除率較氯離子高,所以硫酸比鹽酸更為常用.沒有其他添加劑的工業(yè)級硫酸即適宜于反滲透使用,商品硫酸有20％和93％兩種濃度規(guī)格.93％的硫酸也稱為66波美度硫酸.在稀釋93％硫酸時一定要小心,在稀釋到66％時發(fā)熱可將溶液的溫度提升到138℃.一定要在攪拌下緩慢地將酸加入水中,以免水溶液局部發(fā)熱沸騰.鹽酸主要在可能產(chǎn)生硫酸鈣或硫酸鍶結(jié)垢時使用.使用硫酸會增加反滲透進(jìn)水中的硫酸根離子濃度,直接導(dǎo)致硫酸鈣結(jié)垢傾向增加.工業(yè)級的鹽酸（無添加劑）購買非常方便,商品鹽酸一般含量為30－37％.降低pH的首要目的是降低RO濃水中碳酸鈣結(jié)垢的傾向,即降低朗格里爾指數(shù)（LSI）.LSI是低鹽度苦咸水中碳酸鈣的飽和度,表示碳酸鈣結(jié)垢或腐蝕的可能性.在反滲透水化學(xué)中,LSI是確定是否會發(fā)生碳酸鈣結(jié)垢的是個重要指標(biāo).當(dāng)LSI為負(fù)值時,水會腐蝕金屬管道,但不會形成碳酸鈣結(jié)垢.如果LSI為正值,水沒有腐蝕性,卻會發(fā)生碳酸鈣結(jié)垢.LSI由碳酸鈣飽和的pH減去水的實(shí)際pH.碳酸鈣的溶解度隨溫度的上升而減?。ㄋ畨刂械乃妇褪沁@樣形成的）,隨pH、鈣離子的濃度即堿度的增加而減小.LSI值可以通過向反滲透進(jìn)水中注入酸液（一般是硫酸或鹽酸）即降低pH的方法來調(diào)低.推薦的反滲透濃水的LSI值為0.2（表示濃度低于碳酸鈣飽和濃度0.2個pH單位）.還可以使用聚合物阻垢劑來防止碳酸鈣沉淀,一些阻垢劑供應(yīng)商聲稱其產(chǎn)品可以使反滲透濃水的LSI高達(dá)+2.5（比較保守的設(shè)計是LSI為＋1.8）.

2 加堿－提高脫除率

在一級反滲透中加堿使用較少.在反滲透進(jìn)水中注入堿液用來提高pH.一般使用的堿劑只有氫氧化鈉（NaOH）,購買方便,而且易溶于水.一般不含其他添加劑的工業(yè)級氫氧化鈉便可滿足需要.商品氫氧化鈉有100％的片堿,也有20％和50％的液堿.在加堿調(diào)高pH時一定要注意,pH升高會增加LSI、降低碳酸鈣及鐵和錳的溶解度.最常見的加堿應(yīng)用是二級RO系統(tǒng).在二級反滲透系統(tǒng)中,一級RO產(chǎn)水供給二級RO作為原水.二級反滲透對一級反滲透產(chǎn)水進(jìn)行“拋光”處理,二級RO產(chǎn)水的水質(zhì)可達(dá)到4兆歐.在二級RO進(jìn)水中加堿有4個原因：

a．在pH8.2以上,二氧化碳全部轉(zhuǎn)化為碳酸根離子,碳酸根離子可以被反滲透脫除.而二氧化碳本身是一種氣體,會隨透過液自由進(jìn)入RO產(chǎn)水,對于下游的離子交換床拋光處理造成不當(dāng)?shù)呢?fù)荷.

b．某些TOC成分在高pH下更容易脫除.

c．二氧化硅的溶解度和脫除率在高pH下更高（特別是高于9時）.

d．硼的脫除率在高pH下也較高（特別是高于9時）.

加堿應(yīng)用有一個特例,通常被叫做HERO（高效反滲透系統(tǒng)）過程,將進(jìn)水pH調(diào)到9或10.一級反滲透用來處理苦咸水,苦咸水在高pH下會有污染問題（比如硬度、堿度、鐵、錳等）.預(yù)處理通常采用弱酸性陽離子樹脂系統(tǒng)和脫氣裝置來除去這些污染物.

3 脫氯藥劑－消除余氯

RO及NF進(jìn)水中的游離氯要降到0.05ppm以下,才能達(dá)到聚酰胺復(fù)合膜的要求.除氯的預(yù)處理方法有兩種,粒狀活性炭吸附和使用還原性藥劑如亞硫酸鈉.在小系統(tǒng)（50－100gpm）中一般采用活性碳過濾器,投資成本比較合理.推薦使用酸洗處理過的優(yōu)質(zhì)活性炭,去除硬度、金屬離子,細(xì)粉含量要非常低,否則會造成對膜的污染.新安裝的碳濾料一定要充分淋洗,直到碳粉被完全除去為止,一般要幾個小時甚至幾天.我們不能依靠5μm的保安過濾器來保護(hù)反滲透膜不受碳粉的污染.碳過濾器的好處是可以除去會造成膜污染的有機(jī)物,對于所有進(jìn)水的處理比添加藥劑更為可靠.但其缺點(diǎn)是碳會成為微生物的飼料,在碳過濾器中孳生細(xì)菌,其結(jié)果是造成反滲透膜的生物污染.

亞硫酸氫鈉（SBS）是較大型RO裝置選用的典型還原劑.將固體偏亞硫酸氫鈉溶解在水中配制成溶液,商品偏亞硫酸氫鈉的純度為97.5－99％,干燥儲存期6個月.SBS溶液在空氣中不穩(wěn)定,會與氧氣發(fā)生反應(yīng),所以推薦2％的溶液的使用期為3－7天, 10％以下的溶液使用期為7－14天.從理論上講,1.47ppm的SBS（或0.70ppm偏亞硫酸氫鈉）能夠還原1.0ppm的氯.設(shè)計時考慮到工業(yè)苦咸水系統(tǒng)的安全系數(shù),設(shè)定SBS的添加量為每1.0ppm氯1.8－3.0ppm.SBS的注入口要在膜元件的上游,設(shè)置距離要保證在進(jìn)入膜元件有29秒的反應(yīng)時間.推薦使用適當(dāng)?shù)脑诰€攪拌裝置（靜態(tài)攪拌器）.

SBS脫氯反應(yīng)：

·Na2S2O5 （偏亞硫酸鈉）+ H2O ＝2 NaHSO3 （亞硫酸氫鈉）

·NaHSO3 + HOCl ＝NaHSO4 （硫酸氫鈉） + HCl （鹽酸）

·NaHSO3 + Cl2 + H2O ＝NaHSO4 + 2 HCl

采用SBS脫氯的好處是在大系統(tǒng)中比碳過濾器的投資較少,反應(yīng)副產(chǎn)物及殘余SBS易于被RO脫除.

SBS脫氯的缺點(diǎn)是需要人工混合小體積的藥劑,在脫氯系統(tǒng)沒有設(shè)計足夠的監(jiān)測控制儀器時增加了氯對膜的威脅,而且在少數(shù)情況下進(jìn)水中存在硫還原菌（SBR）,亞硫酸會成為細(xì)菌營養(yǎng)幫助細(xì)菌的繁殖.SBR通常在淺層井水厭氧環(huán)境下有發(fā)現(xiàn),硫化氫（H2S）作為SBR的代謝產(chǎn)物會同時存在.

脫氯過程的監(jiān)測可采用游離氯監(jiān)測儀,用以監(jiān)測殘余亞硫酸根的濃度,還可以采用ORP監(jiān)測儀.推薦的方法是監(jiān)測殘余亞硫酸根的濃度,以保證有足夠的亞硫酸根來還原氯.大多數(shù)商業(yè)化氯監(jiān)測儀的撿出濃度為0.1ppm,這個值是CPA膜的余氯上限.直接利用ORP監(jiān)測儀監(jiān)控亞硫酸根濃度的方法不夠可靠,這種測定水中氧化還原電位的儀器的基線變化難以預(yù)測.

CPA膜的耐氯能力大概在1000－2000ppm小時（透鹽率增加一倍）,1000ppm小時等于在0.038ppm余氯下運(yùn)行3年.需要注意的是,在一些情況下發(fā)現(xiàn)耐氯能力會因溫度升高（90華氏度以上）、pH（7以上）升高和過渡金屬存在（比如鐵、錳、鋅、銅、鋁等）而大大下降.CPA膜的耐氯胺能力約為50,000－200,000ppm小時（發(fā)生透鹽率明顯增加）,這個值相當(dāng)于在RO進(jìn)水中含有1.9－7.6ppm的氯胺,膜可以運(yùn)行3年.同樣,在溫度升高、pH降低和過渡金屬存在時,膜的耐氯胺能力會變化.

在加州的一個三級廢水處理裝置上發(fā)現(xiàn),在氯胺濃度6－8ppm進(jìn)水條件下,膜的脫鹽率在2－3年內(nèi)從98％降到了96％.設(shè)計者要注意在氯胺化之后進(jìn)行脫氯還是必要的.氯胺是混合氯和氨的產(chǎn)物,游離氯對膜的降解作用要比氯胺強(qiáng)得多,如果氨量欠缺時會有游離氯存在.因此,使用過量的氨是非常關(guān)鍵的,系統(tǒng)監(jiān)測要確保這一點(diǎn).

4 阻垢劑和分散劑

許多阻垢劑生產(chǎn)廠商可提供各種用于反滲透和納濾系統(tǒng)性能改善的阻垢劑和分散劑.阻垢劑是一系列用于阻止結(jié)晶礦物鹽的沉淀和結(jié)垢形成的化學(xué)藥劑.大多數(shù)阻垢劑是一些專用有機(jī)合成聚合物（比如聚丙烯酸、羧酸、聚馬來酸、有機(jī)金屬磷酸鹽、聚膦酸鹽、膦酸鹽、陰離子聚合物等）,這些聚合物的分子量在2000－10000道爾頓不等.反滲透系統(tǒng)阻垢劑技術(shù)由冷卻循環(huán)水和鍋爐用水化學(xué)演變而來.對為數(shù)眾多各式各樣的阻垢劑,在不同的應(yīng)用場合和所采用的有機(jī)化合物所取得的效果和效率差別很大.

采用聚丙烯酸類阻垢劑時要特別小心,在鐵含量較高時可能會引起膜污染,這種污染會增加膜的操作壓力,有效清除這類污染要進(jìn)行酸洗.

如果在預(yù)處理中使用了陽離子混凝劑或助濾劑,在使用陰離子性阻垢劑時要特別注意.會產(chǎn)生一種粘稠的粘性污染物,污染會造成操作壓力增加,而且這種污染物清洗非常困難.

六偏磷酸鈉（SHMP）是早期在反滲透中使用的一種普通阻垢劑,但隨著專用阻垢劑的出現(xiàn),用量已經(jīng)大大減少了.SHMP的使用有一些限制.每2－3天要配制一次溶液,因?yàn)楸┞对诳諝庵袝?發(fā)生水解后不僅會降低阻垢效果,而且還會造成磷酸鈣結(jié)垢的可能性.使用SHMP可減少碳酸鈣結(jié)垢,LSI可達(dá)到＋1.0.

阻垢劑阻礙了RO進(jìn)水和濃水中鹽結(jié)晶的生長,因而可以容許難溶鹽在濃水中超過飽和溶解度.阻垢劑的使用可代替加酸,也可以配合加酸使用.有許多因素會影響礦物質(zhì)結(jié)垢的形成.溫度降低會減小結(jié)垢礦物質(zhì)的溶解度（碳酸鈣除外,與大多數(shù)物質(zhì)相反,它的溶解度隨溫度升高而降低）,TDS的升高會增加難溶鹽的溶解度（這是因?yàn)楦唠x子強(qiáng)度干擾了晶種的形成）.

最常見的結(jié)垢性無機(jī)鹽有：

◆ 碳酸鈣（CaCO3）

◆ 硫酸鈣（CaSO4）

◆ 硫酸鍶（SrSO4）

◆ 硫酸鋇（BaSO4）

不太常見的結(jié)垢性礦物質(zhì)有：

磷酸鈣（Ca3(PO4)2）

氟化鈣（CaF2）

分散劑是一系列合成聚合物用來阻止膜面上污染物的聚集和沉積.分散劑有時也叫抗污染劑,通常也有阻垢性能.對于不同的污染物,不同的分散劑的效率區(qū)別很大,所以要知道所對付的污染物是什么.

需要分散劑處理的污染物有：

● 礦物質(zhì)結(jié)垢

● 金屬氧化物和氫氧化物（鐵、錳和鋁）

● 聚合硅酸

● 膠體物質(zhì)（指那些無定型懸浮顆粒,可能含有土、鐵、鋁、硅、硫和有機(jī)物）

● 生物性污染物

硅酸的超飽和溶解度難以預(yù)測,在水中有鐵存在時,會形成硅酸鐵,硅酸的最大飽和濃度會大大降低.其他的因素還有溫度和pH值.預(yù)測金屬氧化物（如鐵、錳和鋁）也非常困難.金屬離子的可溶解形式容許較高飽和度,不溶性離子形式更像是顆?；蚰z體.

理想的添加量和結(jié)垢物質(zhì)及污染物最大飽和度最好通過藥劑供應(yīng)商提供的專用軟件包來確定.在海德能反滲透設(shè)計軟件中采用的是較為保守的難溶鹽超飽和度估算.過量添加阻垢劑/分散劑會導(dǎo)致在膜面上形成沉積,造成新的污染問題.在設(shè)備停機(jī)時一定要將阻垢劑及分散劑徹底沖洗出來,否則會留在膜上產(chǎn)生污染問題.在用RO進(jìn)水進(jìn)行低壓沖洗時要停止向系統(tǒng)注入阻垢劑及分散劑.

阻垢劑/分散劑注入系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該保證在進(jìn)入反滲透元件之前能夠充分混合,靜態(tài)攪拌器是一個非常有效的混合方法.大多數(shù)系統(tǒng)的注入點(diǎn)設(shè)在RO進(jìn)水保安過濾器之前,通過在過濾器中的緩沖時間及RO進(jìn)水泵的攪拌作用來促進(jìn)混合.如果系統(tǒng)采用加酸調(diào)節(jié)pH,推薦加酸點(diǎn)要在上游足夠遠(yuǎn)的地方,在到達(dá)阻垢劑/分散劑注入點(diǎn)之前已經(jīng)完全混合均勻.

注入阻垢劑/分散劑的加藥泵要調(diào)到最高注射頻率,建議的注射頻率是最少5秒鐘一次.阻垢劑/分散劑的典型添加量為2－5ppm.為了讓加藥泵以最高頻率工作,需要對藥劑進(jìn)行稀釋.阻垢劑/分散劑商品有濃縮液,也有固體粉末.稀釋了的阻垢劑/分散劑在儲槽中會被生物污染,污染的程度取決于室溫和稀釋的倍數(shù).推薦稀釋液的保留時間在7－10天左右.正常情況下,未經(jīng)稀釋的阻垢劑/分散劑不會受到生物污染.

下面的表-2給出一些藥劑廠商提供的加阻垢劑后,RO濃水中難溶鹽最大飽和度,以及海德能設(shè)計軟件所采用的保守警戒值.這些數(shù)值基于濃水的情況,以正常未加藥時的飽和度為100％計算.海德能一直推薦用戶要向廠商確證其產(chǎn)品的實(shí)際效率.

選擇阻垢劑/分散劑的另外一個主要問題是要保證與反滲透膜完全兼容.不兼容藥劑會造成膜的不可逆損壞.海德能相信供應(yīng)商會進(jìn)行藥劑的RO膜兼容性測試和效率測試.我們建議用戶向阻垢劑和分散劑廠商咨詢下列一些問題：

● 與相關(guān)RO膜的兼容性如何?

● 有沒有成功運(yùn)行1000小時以上的最終用戶列表?

● 與反滲透進(jìn)水中的任何成分（比如鐵、重金屬、陽離子聚電解質(zhì)等）有沒有不可逆反應(yīng)?

● 推薦添加量和最大添加量是多少?

● 有沒有特殊的排放問題?

● 是否適于飲用水應(yīng)用（有必要時）?

● 該廠商還供應(yīng)與阻垢劑相容的混凝劑、殺菌劑和清洗劑等其他反滲透藥劑嗎?

● 該廠商是否提供膜解剖或元件清洗一類的現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)?

表-2 加阻垢劑后難溶鹽最大飽和度

垢物或污染物

藥劑廠商推薦值

海德能推薦的保守值

碳酸鈣LSI 值

+ 2.9

+ 1.8

硫酸鈣

400%

230%

硫酸鍶

1,200%

800%

硫酸鋇

8,000%

6,000%

氟化鈣

12,000%

未給出

硅酸

300 ppm 或更高

100%

鐵

5 ppm

未給出

鋁

4 ppm

未給出

5.2軟化預(yù)處理

原水中含有過量的結(jié)垢陽離子,如Ca2+、Ba2+和Sr2+等,需要進(jìn)行軟化預(yù)處理.軟化處理的方法有石灰軟化和樹脂軟化.

1石灰軟化

在水中加入熟石灰即氫氧化鈣可去除碳酸氫鈣,反應(yīng)式為：

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2→2CaCO3↓＋2H2O

Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2→2CaCO3↓ ＋Mg(OH)2＋2H2O

非碳酸硬度可加入碳酸鈉（純堿）得到進(jìn)一步降低：

CaCl2 + NaCO3→2NaCl + Ca(CO3)↓

石灰－純堿軟化處理還可降低二氧化硅的含量,在加入鋁酸鈉和三氯化鐵時會形成碳酸鈣以及硅酸、氧化鋁和鐵的復(fù)合物沉淀.通過加入多孔氧化鎂和石灰的混合物,采用60－70℃熱石灰脫硅酸工藝,能將硅酸濃度降低到1mg/L以下.

通過石灰軟化也可顯著去除鋇、鍶和有機(jī)物,但石灰軟化處理的問題是需要使用反應(yīng)器以便在高濃度下形成沉淀晶種,通常要采用上升流固體接觸澄清器.過程出水還需要設(shè)置多介質(zhì)過濾器,并在進(jìn)入膜單元之前要調(diào)節(jié)pH.使用含鐵混凝劑,無論是否同時使用聚合物絮凝劑（陰離子型和非離子型）,均可提高石灰軟化的固液分離效果.

只有大型苦咸水/廢水系統(tǒng)（大于200m3/H）才會考慮選擇石灰軟化工藝.

2樹脂軟化

a．強(qiáng)酸型樹脂軟化

使用鈉離子置換除去結(jié)垢型陽離子,如Ca2＋、Ba2＋、Sr2＋,樹脂交換飽和后用鹽水再生.鈉離子軟化法在常壓鍋爐水處理中廣泛應(yīng)用.這種處理方法的弊端是耗鹽量高,增加了運(yùn)行費(fèi)用,另外還有廢水排放問題.

b．弱酸型樹脂脫堿度

主要在大型苦咸水處理系統(tǒng)中采用弱酸陽離子交換樹脂脫堿度,脫堿度處理是一種部分軟化工藝,可以節(jié)約再生劑.通過弱酸性樹脂處理,用氫離子交換除去與碳酸氫根相同當(dāng)量（暫時硬度）的Ca2+、Ba2+和Sr2+等,這樣原水的pH值會降低到4-5.由于樹脂的酸性基團(tuán)為羧基,當(dāng)pH達(dá)到4.2時,羧基不再解離,離子交換過程也就停止了.因此,僅能實(shí)現(xiàn)部分軟化,即與碳酸氫根相結(jié)合的結(jié)垢陽離子可以被除去.因此這一過程對于碳酸氫根含量高的水源較為理想,碳酸氫根也可轉(zhuǎn)化為CO2.

HCO3-+H+=H2O+CO2

一般不希望水中有二氧化碳,必要時要對原水或產(chǎn)水進(jìn)行脫氣,在有生物污染可能時（地表水,高TOC或高菌落總數(shù)）,對產(chǎn)水脫氣更為合適.在膜系統(tǒng)中高CO2濃度可以抑制細(xì)菌的生長.當(dāng)希望系統(tǒng)運(yùn)行在較高的脫鹽率時,采用原水脫氣較為合適,脫除CO2將會引起pH的增高,進(jìn)水pH＞6時,膜系統(tǒng)的脫除率比進(jìn)水pH＜5時要高.

● 再生所需要的酸量不大于105％的理論耗酸量,這樣會降低操作費(fèi)用和對環(huán)境的影響；

● 通過脫除碳酸氫根,降低了水中的TDS,這樣產(chǎn)水TDS也較低；

弱酸型樹脂處理的缺點(diǎn)是：

● 殘余硬度

如果需要完全軟化,可以增設(shè)強(qiáng)酸陽樹脂的交換過程,甚至放置在弱酸樹脂同一交換柱中,這樣再生劑的耗量仍比單獨(dú)使用強(qiáng)酸樹脂時低,但是初期投入較高,這一組合僅當(dāng)系統(tǒng)容量很大時才有意義.

另一種克服這一缺點(diǎn)的方法是在脫堿度的水中加阻垢劑,雖然迄今為止,人們單獨(dú)使用弱酸樹脂脫堿時,還未出現(xiàn)過結(jié)垢問題,但是我們?nèi)詷O力建議你計算殘留難溶鹽的溶解度,并采取相應(yīng)的措施.

● 處理過程中水會發(fā)生pH變化

因樹脂的飽和程度在運(yùn)行時發(fā)生變化,經(jīng)弱酸脫堿處理的出水其pH值將在3.5-6.5范圍內(nèi)變化,這種周期性的pH變化,使工廠脫鹽率的控制變的很困難.當(dāng)pH＜4.2時,無機(jī)酸將透過膜,可能會增加產(chǎn)水的TDS,因此,我們推薦用戶增加一個并聯(lián)弱酸軟化器,控制在不同時間進(jìn)行再生,以便均勻弱酸處理出水pH,其它防止極低pH值出水的方法是脫除CO2或通過投加NaOH調(diào)節(jié)弱酸軟化后出水的pH值.

5.3去除膠體和顆粒物

1介質(zhì)過濾

從水中去除懸浮固體普遍的方法是多介質(zhì)過濾.多介質(zhì)過濾器以成層狀的無煙煤、石英砂、細(xì)碎的石榴石或其他材料為床層.床的頂層由質(zhì)輕和質(zhì)粗品級的材料組成,而最重和最細(xì)品級的材料放在床的底部.其原理為按深度過濾——水中較大的顧粒在頂層被除去,較小的顆粒在過濾器介質(zhì)的較深處被除去.

在單一介質(zhì)過濾器中,最細(xì)的顆粒材料反洗至床的頂部.大多數(shù)過濾發(fā)生在床頂部5cm區(qū)域內(nèi),其余作為支撐介質(zhì).有一泥漿層形成.雖然單一介質(zhì)過濾器的濾速限制為81.5—163L／(min.m2)過濾面積,多介質(zhì)過濾器的水力過程流速可高達(dá)815L/(min.m2),但因高水質(zhì)的要求,通常在RO預(yù)處理中流速限制在306L／(min.m2).

由于膠體懸浮物既很細(xì)小又由于介質(zhì)電荷之間的排斥,所以單獨(dú)過濾不起作用.在這些情況下,在過濾前必須加絮凝劑或絮凝化學(xué)藥品.常用的絮凝劑有三氯化鐵、礬和陽離子聚合物.因?yàn)殛栯x子聚合物在低劑量下就有效果,且不明顯地增加過濾器介質(zhì)的固體負(fù)荷,所以最常用.另一方面,如果陽離子聚合物進(jìn)入現(xiàn)在采用的某些最通用的膜上,則它們卻是非常強(qiáng)的污染物.很少量的陽離子聚合物就能堵塞這些膜,且往往難以去除.務(wù)須謹(jǐn)記當(dāng)用陽離子聚合物作為過濾助劑時,必須小心使用.

2除鐵、錳——氧化過濾

通常含鹽量為苦咸水范圍的某些井水呈還原態(tài),典型特點(diǎn)是含有二價的鐵和錳,有時還會存在硫化氫和氨.如果對這類水源進(jìn)行氯化處理,或當(dāng)水中含氧量超過5mg/L時,Fe2+將轉(zhuǎn)化為Fe3+形成難溶解性的膠體氫氧化物顆粒.鐵和錳的氧化反應(yīng)如下：

4Fe（HCO3）2+O2+2H2O→4Fe（OH）3+8CO2

4Mn（HCO3）2+O2+2H2O→4Mn（OH）3+8CO2

由于鐵的氧化在很低的pH值時就會發(fā)生,因而出現(xiàn)鐵污染的情況要比錳污染的情況要多,即使SDI小于5,RO進(jìn)水的鐵含量低于0.1mg/L,仍會產(chǎn)生鐵污染的問題.堿度低的進(jìn)水鐵離子含量要高,這是因?yàn)镕eCO3的溶解度會限制Fe2+的濃度.

處理這類水源的一種方法時防止整個RO過程中與空氣和任何氧化劑如氯的接觸.低pH值有利于延緩Fe2+的氧化,當(dāng)pH＜6,氧含量＜0.5mg/L時,最大允許Fe2+濃度4mg/L,另一種是用空氣、Cl2或KMnO4氧化鐵和錳,將所形成的氧化物通過介質(zhì)過濾器除去,但需要主要的是,由硫化氫氧化形成的膠體硫可能難以由過濾器除去,在介質(zhì)過濾器內(nèi)添加氧化劑通過電子轉(zhuǎn)移氧化Fe2+,即可一步同時完成氧化和過濾.

海綠石就是這樣一種粒狀過濾介質(zhì),當(dāng)其氧化能力耗盡時,它可通過KMnO4的氧化來再生,再生后必須將殘留的KMnO4完全沖洗掉,以防止對膜的破壞.當(dāng)原水中含F(xiàn)e2+的量小于2mg/L時,可以采用這一處理方法,如原水中含更高的Fe2+的量小于2mg/L時,可以采用這一處理方法,如原水中含更高的Fe2+時,可在過濾器進(jìn)水前連續(xù)投加KMnO4,但是在這種情況下,必須采取措施例如安裝活性炭濾器以保證沒有高錳酸鉀進(jìn)入膜元件內(nèi).

Birm過濾也可以有效地用于從RO/NF進(jìn)水中去除Fe2+,Birm是一種硅酸鋁基體上涂有二氧化錳形成沉淀,并且通過濾器反洗可將這些沉淀沖出濾器.由于該過程pH將升高,可能會發(fā)生LSI值變化,因而要預(yù)防濾器和RO/NF系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)CaCO3沉淀.

3 微絮凝

如果過濾前對原水中的膠體進(jìn)行絮凝或混凝處理,可以大幅度地提高介質(zhì)過濾器效率,使出水的SDI降低到5左右.硫酸鐵和三氯化鐵可以用于對膠體表面的負(fù)電荷進(jìn)行失穩(wěn)處理,將膠體捕捉到新生態(tài)的氫氧化鐵微小絮狀物上,使用含鋁絮凝劑其原理相似,但因其可能有殘留鋁離子污染問題,并不推薦使用,除非使用高分子聚合鋁.迅速的分散和混合絮凝劑十分重要,建議采用靜態(tài)混合器或?qū)⒆⑷朦c(diǎn)設(shè)在增壓泵的吸入段,通常最佳加藥量為10－30mg/L,但應(yīng)針對具體的項(xiàng)目確定加藥量.

為了提高混凝劑絮體的強(qiáng)度進(jìn)而改進(jìn)它們的過濾性能,或促進(jìn)膠體顆粒間的架橋,絮凝劑與混凝劑一起或單獨(dú)使用,絮凝劑為可溶性的高分子有機(jī)化合物,如線性的聚丙烯酰胺,通過不同的活性功能團(tuán),它們可能表現(xiàn)為陽離子性、陰離子性或中性非離子性.混凝劑和絮凝劑可能直接或間接地影響RO膜,間接的影響如它們的反應(yīng)產(chǎn)物形成沉淀并覆蓋在膜面上,例如當(dāng)過濾器發(fā)生溝流而使混凝劑絮體穿過濾器并發(fā)生沉淀；當(dāng)使用鐵或鋁混凝劑,但沒有立即降低pH值時,在RO階段或因進(jìn)水濃縮誘發(fā)過飽和現(xiàn)象,就會出現(xiàn)沉淀,還有在多介質(zhì)濾器后加入化合物也會產(chǎn)生沉淀反應(yīng),最常見的是投加阻垢劑,幾乎所有的阻垢劑都是荷負(fù)電的,將會與水中陽離子性的絮凝劑或助凝劑反應(yīng)而污染RO膜.

當(dāng)添加的聚合物本身影響膜導(dǎo)致通量的下降,這屬于直接影響.為了消除RO/NF膜直接和間接的影響,陰離子和非離子的絮凝劑比陽離子的絮凝劑合適,同時還須避免過量添加.

4微濾/超濾

采用超濾/微濾預(yù)處理工藝的反滲透/納濾系統(tǒng)叫做集成膜系統(tǒng)（IMS）.與采用傳統(tǒng)預(yù)處理工藝的反滲透系統(tǒng)相比,IMS設(shè)計具有一些明顯的優(yōu)勢.

● MF/UF透過液水質(zhì)更好.SDI和濁度更低,明顯降低了對反滲透的膠體和有機(jī)物、微生物污染負(fù)荷.

● 由于膜在這里是污染物的絕對屏障,MF/UF濾液的高質(zhì)量可以保持穩(wěn)定.即便是地表水和廢水等水質(zhì)波動異常頻繁的水源,這種穩(wěn)定性也不會改變.

● 由于膠體污染減少,反滲透系統(tǒng)的清洗頻率明顯降低.

● 與一些傳統(tǒng)過濾工藝相比,MF/UF系統(tǒng)操作更容易,耗時更少.

● 與采用大量化學(xué)品的傳統(tǒng)工藝相比,MF/UF濃縮廢液的處置比較容易.