各种原水中均含有一定浓度的悬浮物和溶解性物质。悬浮物主要是无机盐、胶体和微生物、藻类等生物性颗粒。溶解性物质主要是易溶盐（如氯化物）和难溶盐（如碳酸盐、硫酸盐和硅酸盐）金属氧化物，酸碱等。在反渗透过程中，进水的体积在减少，悬浮颗粒和溶解性物质的浓度在增加。悬浮颗粒会沉积在膜上，堵塞进水流道、增加摩擦阻力（压力降）。难溶盐在超过其饱和极限时，会从浓水中沉淀出来，在膜面上形成结垢，降低RO膜的通量，增加运行压力和压力降，并导致产品水质下降。这种在膜面上形成沉积层的现象叫做膜污染，膜污染的结果是系统性能的劣化。需要在原水进入反渗透膜系统之前进行预处理，去除可能对反渗透膜造成污染的悬浮物、溶解性有机物和过量难溶盐组分，降低膜污染倾向。对进水进行预处理的目的是改善进水水质，使RO膜获得可靠的运行保证。

对原水进行预处理的效果反映为TSS、TOC、COD、BOD、LSI及铁、锰、铝、硅、钡、锶等污染物水质指标的绝对值降低，在上一章中有对于这些污染物水质指标的详细描述。表征膜污染倾向的另外一个重要的水质指标是SDI。通过预处理，除了要将上述指标降到反渗透膜系统进水要求的范围内，还有重要的一点是尽量降低SDI，理想的SDI（15分钟）值应小于3。

5.1化学预处理

为了改善反渗透系统的操作性能，在进水中可以加入添加下列一些药剂：酸、碱、杀菌剂、阻垢剂和分散剂。

1 加酸－防止结垢

在进水中可以加入盐酸（HCl）、硫酸（H2SO4）来降低pH。硫酸价格便宜、不会发烟腐蚀周围的金属元器件，而且膜对硫酸根离子的脱除率较氯离子高，所以硫酸比盐酸更为常用。没有其他添加剂的工业级硫酸即适宜于反渗透使用，商品硫酸有20％和93％两种浓度规格。93％的硫酸也称为66波美度硫酸。在稀释93％硫酸时一定要小心，在稀释到66％时发热可将溶液的温度提升到138℃。一定要在搅拌下缓慢地将酸加入水中，以免水溶液局部发热沸腾。盐酸主要在可能产生硫酸钙或硫酸锶结垢时使用。使用硫酸会增加反渗透进水中的硫酸根离子浓度，直接导致硫酸钙结垢倾向增加。工业级的盐酸（无添加剂）购买非常方便，商品盐酸一般含量为30－37％。降低pH的首要目的是降低RO浓水中碳酸钙结垢的倾向，即降低朗格里尔指数（LSI）。LSI是低盐度苦咸水中碳酸钙的饱和度，表示碳酸钙结垢或腐蚀的可能性。在反渗透水化学中，LSI是确定是否会发生碳酸钙结垢的是个重要指标。当LSI为负值时，水会腐蚀金属管道，但不会形成碳酸钙结垢。如果LSI为正值，水没有腐蚀性，却会发生碳酸钙结垢。LSI由碳酸钙饱和的pH减去水的实际pH。碳酸钙的溶解度随温度的上升而减小（水壶中的水垢就是这样形成的），随pH、钙离子的浓度即碱度的增加而减小。LSI值可以通过向反渗透进水中注入酸液（一般是硫酸或盐酸）即降低pH的方法来调低。推荐的反渗透浓水的LSI值为0.2（表示浓度低于碳酸钙饱和浓度0.2个pH单位）。还可以使用聚合物阻垢剂来防止碳酸钙沉淀，一些阻垢剂供应商声称其产品可以使反渗透浓水的LSI高达+2.5（比较保守的设计是LSI为＋1.8）。

2 加碱－提高脱除率

在一级反渗透中加碱使用较少。在反渗透进水中注入碱液用来提高pH。一般使用的碱剂只有氢氧化钠（NaOH），购买方便，而且易溶于水。一般不含其他添加剂的工业级氢氧化钠便可满足需要。商品氢氧化钠有100％的片碱，也有20％和50％的液碱。在加碱调高pH时一定要注意，pH升高会增加LSI、降低碳酸钙及铁和锰的溶解度。最常见的加碱应用是二级RO系统。在二级反渗透系统中，一级RO产水供给二级RO作为原水。二级反渗透对一级反渗透产水进行“抛光”处理，二级RO产水的水质可达到4兆欧。在二级RO进水中加碱有4个原因：

a．在pH8.2以上，二氧化碳全部转化为碳酸根离子，碳酸根离子可以被反渗透脱除。而二氧化碳本身是一种气体，会随透过液自由进入RO产水，对于下游的离子交换床抛光处理造成不当的负荷。

b．某些TOC成分在高pH下更容易脱除。

c．二氧化硅的溶解度和脱除率在高pH下更高（特别是高于9时）。

d．硼的脱除率在高pH下也较高（特别是高于9时）。

加碱应用有一个特例，通常被叫做HERO（高效反渗透系统）过程，将进水pH调到9或10。一级反渗透用来处理苦咸水，苦咸水在高pH下会有污染问题（比如硬度、碱度、铁、锰等）。预处理通常采用弱酸性阳离子树脂系统和脱气装置来除去这些污染物。

3 脱氯药剂－消除余氯

RO及NF进水中的游离氯要降到0.05ppm以下，才能达到聚酰胺复合膜的要求。除氯的预处理方法有两种，粒状活性炭吸附和使用还原性药剂如亚硫酸钠。在小系统（50－100gpm）中一般采用活性碳过滤器，投资成本比较合理。推荐使用酸洗处理过的优质活性炭，去除硬度、金属离子，细粉含量要非常低，否则会造成对膜的污染。新安装的碳滤料一定要充分淋洗，直到碳粉被完全除去为止，一般要几个小时甚至几天。我们不能依靠5μm的保安过滤器来保护反渗透膜不受碳粉的污染。碳过滤器的好处是可以除去会造成膜污染的有机物，对于所有进水的处理比添加药剂更为可靠。但其缺点是碳会成为微生物的饲料，在碳过滤器中孳生细菌，其结果是造成反渗透膜的生物污染。

亚硫酸氢钠（SBS）是较大型RO装置选用的典型还原剂。将固体偏亚硫酸氢钠溶解在水中配制成溶液，商品偏亚硫酸氢钠的纯度为97.5－99％，干燥储存期6个月。SBS溶液在空气中不稳定，会与氧气发生反应，所以推荐2％的溶液的使用期为3－7天， 10％以下的溶液使用期为7－14天。从理论上讲，1.47ppm的SBS（或0.70ppm偏亚硫酸氢钠）能够还原1.0ppm的氯。设计时考虑到工业苦咸水系统的安全系数，设定SBS的添加量为每1.0ppm氯1.8－3.0ppm。SBS的注入口要在膜元件的上游，设置距离要保证在进入膜元件有29秒的反应时间。推荐使用适当的在线搅拌装置（静态搅拌器）。

SBS脱氯反应：

·Na2S2O5 （偏亚硫酸钠）+ H2O ＝2 NaHSO3 （亚硫酸氢钠）

·NaHSO3 + HOCl ＝NaHSO4 （硫酸氢钠） + HCl （盐酸）

·NaHSO3 + Cl2 + H2O ＝NaHSO4 + 2 HCl

采用SBS脱氯的好处是在大系统中比碳过滤器的投资较少，反应副产物及残余SBS易于被RO脱除。

SBS脱氯的缺点是需要人工混合小体积的药剂，在脱氯系统没有设计足够的监测控制仪器时增加了氯对膜的威胁，而且在少数情况下进水中存在硫还原菌（SBR），亚硫酸会成为细菌营养帮助细菌的繁殖。SBR通常在浅层井水厌氧环境下有发现，硫化氢（H2S）作为SBR的代谢产物会同时存在。

脱氯过程的监测可采用游离氯监测仪，用以监测残余亚硫酸根的浓度，还可以采用ORP监测仪。推荐的方法是监测残余亚硫酸根的浓度，以保证有足够的亚硫酸根来还原氯。大多数商业化氯监测仪的捡出浓度为0.1ppm，这个值是CPA膜的余氯上限。直接利用ORP监测仪监控亚硫酸根浓度的方法不够可靠，这种测定水中氧化还原电位的仪器的基线变化难以预测。

CPA膜的耐氯能力大概在1000－2000ppm小时（透盐率增加一倍），1000ppm小时等于在0.038ppm余氯下运行3年。需要注意的是，在一些情况下发现耐氯能力会因温度升高（90华氏度以上）、pH（7以上）升高和过渡金属存在（比如铁、锰、锌、铜、铝等）而大大下降。CPA膜的耐氯胺能力约为50,000－200,000ppm小时（发生透盐率明显增加），这个值相当于在RO进水中含有1.9－7.6ppm的氯胺，膜可以运行3年。同样，在温度升高、pH降低和过渡金属存在时，膜的耐氯胺能力会变化。

在加州的一个三级废水处理装置上发现，在氯胺浓度6－8ppm进水条件下，膜的脱盐率在2－3年内从98％降到了96％。设计者要注意在氯胺化之后进行脱氯还是必要的。氯胺是混合氯和氨的产物，游离氯对膜的降解作用要比氯胺强得多，如果氨量欠缺时会有游离氯存在。因此，使用过量的氨是非常关键的，系统监测要确保这一点。

4 阻垢剂和分散剂

许多阻垢剂生产厂商可提供各种用于反渗透和纳滤系统性能改善的阻垢剂和分散剂。阻垢剂是一系列用于阻止结晶矿物盐的沉淀和结垢形成的化学药剂。大多数阻垢剂是一些专用有机合成聚合物（比如聚丙烯酸、羧酸、聚马来酸、有机金属磷酸盐、聚膦酸盐、膦酸盐、阴离子聚合物等），这些聚合物的分子量在2000－道尔顿不等。反渗透系统阻垢剂技术由冷却循环水和锅炉用水化学演变而来。对为数众多各式各样的阻垢剂，在不同的应用场合和所采用的有机化合物所取得的效果和效率差别很大。

采用聚丙烯酸类阻垢剂时要特别小心，在铁含量较高时可能会引起膜污染，这种污染会增加膜的操作压力，有效清除这类污染要进行酸洗。

如果在预处理中使用了阳离子混凝剂或助滤剂，在使用阴离子性阻垢剂时要特别注意。会产生一种粘稠的粘性污染物，污染会造成操作压力增加，而且这种污染物清洗非常困难。

六偏磷酸钠（SHMP）是早期在反渗透中使用的一种普通阻垢剂，但随着专用阻垢剂的出现，用量已经大大减少了。SHMP的使用有一些限制。每2－3天要配制一次溶液，因为暴露在空气中会水解，发生水解后不仅会降低阻垢效果，而且还会造成磷酸钙结垢的可能性。使用SHMP可减少碳酸钙结垢，LSI可达到＋1.0。

阻垢剂阻碍了RO进水和浓水中盐结晶的生长，因而可以容许难溶盐在浓水中超过饱和溶解度。阻垢剂的使用可代替加酸，也可以配合加酸使用。有许多因素会影响矿物质结垢的形成。温度降低会减小结垢矿物质的溶解度（碳酸钙除外，与大多数物质相反，它的溶解度随温度升高而降低），TDS的升高会增加难溶盐的溶解度（这是因为高离子强度干扰了晶种的形成）。

最常见的结垢性无机盐有：相比看80后创业故事视频。

不太常见的结垢性矿物质有：

分散剂是一系列合成聚合物用来阻止膜面上污染物的聚集和沉积。分散剂有时也叫抗污染剂，通常也有阻垢性能。对于不同的污染物，不同的分散剂的效率区别很大，所以要知道所对付的污染物是什么。

需要分散剂处理的污染物有：

● 矿物质结垢

● 金属氧化物和氢氧化物（铁、锰和铝）

● 聚合硅酸

● 胶体物质（指那些无定型悬浮颗粒，可能含有土、铁、铝、硅、硫和有机物）

● 生物性污染物

硅酸的超饱和溶解度难以预测，在水中有铁存在时，会形成硅酸铁，硅酸的最大饱和浓度会大大降低。其他的因素还有温度和pH值。预测金属氧化物（如铁、锰和铝）也非常困难。金属离子的可溶解形式容许较高饱和度，不溶性离子形式更像是颗粒或胶体。

理想的添加量和结垢物质及污染物最大饱和度最好通过药剂供应商提供的专用软件包来确定。在海德能反渗透设计软件中采用的是较为保守的难溶盐超饱和度估算。过量添加阻垢剂/分散剂会导致在膜面上形成沉积，造成新的污染问题。在设备停机时一定要将阻垢剂及分散剂彻底冲洗出来，否则会留在膜上产生污染问题。在用RO进水进行低压冲洗时要停止向系统注入阻垢剂及分散剂。

阻垢剂/分散剂注入系统的设计应该保证在进入反渗透元件之前能够充分混合，静态搅拌器是一个非常有效的混合方法。大多数系统的注入点设在RO进水保安过滤器之前，通过在过滤器中的缓冲时间及RO进水泵的搅拌作用来促进混合。如果系统采用加酸调节pH，推荐加酸点要在上游足够远的地方，在到达阻垢剂/分散剂注入点之前已经完全混合均匀。

注入阻垢剂/分散剂的加药泵要调到最高注射频率，建议的注射频率是最少5秒钟一次。阻垢剂/分散剂的典型添加量为2－5ppm。为了让加药泵以最高频率工作，需要对药剂进行稀释。阻垢剂/分散剂商品有浓缩液，也有固体粉末。稀释了的阻垢剂/分散剂在储槽中会被生物污染，污染的程度取决于室温和稀释的倍数。推荐稀释液的保留时间在7－10天左右。正常情况下，未经稀释的阻垢剂/分散剂不会受到生物污染。

下面的表-2给出一些药剂厂商提供的加阻垢剂后，RO浓水中难溶盐最大饱和度，以及海德能设计软件所采用的保守警戒值。这些数值基于浓水的情况，以正常未加药时的饱和度为100％计算。海德能一直推荐用户要向厂商确证其产品的实际效率。

选择阻垢剂/分散剂的另外一个主要问题是要保证与反渗透膜完全兼容。不兼容药剂会造成膜的不可逆损坏。海德能相信供应商会进行药剂的RO膜兼容性测试和效率测试。我们建议用户向阻垢剂和分散剂厂商咨询下列一些问题：

● 与相关RO膜的兼容性如何？

● 有没有成功运行1000小时以上的最终用户列表？

● 与反渗透进水中的任何成分（比如铁、重金属、阳离子聚电解质等）有没有不可逆反应？

● 推荐添加量和最大添加量是多少？

● 有没有特殊的排放问题？

● 是否适于饮用水应用（有必要时）？

● 该厂商还供应与阻垢剂相容的混凝剂、杀菌剂和清洗剂等其他反渗透药剂吗？

表-2 加阻垢剂后难溶盐最大饱和度

5.2软化预处理

原水中含有过量的结垢阳离子，如Ca2+、Ba2+和Sr2+等，需要进行软化预处理。软化处理的方法有石灰软化和树脂软化。

1石灰软化

在水中加入熟石灰即氢氧化钙可去除碳酸氢钙，反应式为：

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钠（纯碱）得到进一步降低：

CaCl2 + NaCO3→2NaCl + Ca(CO3)↓

石灰－纯碱软化处理还可降低二氧化硅的含量，在加入铝酸钠和三氯化铁时会形成碳酸钙以及硅酸、氧化铝和铁的复合物沉淀。通过加入多孔氧化镁和石灰的混合物，采用60－70℃热石灰脱硅酸工艺，能将硅酸浓度降低到1mg/L以下。

通过石灰软化也可显著去除钡、锶和有机物，但石灰软化处理的问题是需要使用反应器以便在高浓度下形成沉淀晶种，通常要采用上升流固体接触澄清器。过程出水还需要设置多介质过滤器，并在进入膜单元之前要调节pH。使用含铁混凝剂，无论是否同时使用聚合物絮凝剂（阴离子型和非离子型），均可提高石灰软化的固液分离效果。

只有大型苦咸水/废水系统（大于200m3/H）才会考虑选择石灰软化工艺。

2树脂软化

a．强酸型树脂软化

使用钠离子置换除去结垢型阳离子，如Ca2＋、Ba2＋、Sr2＋，树脂交换饱和后用盐水再生。钠离子软化法在常压锅炉水处理中广泛应用。这种处理方法的弊端是耗盐量高，增加了运行费用，另外还有废水排放问题。

b．弱酸型树脂脱碱度

主要在大型苦咸水处理系统中采用弱酸阳离子交换树脂脱碱度，脱碱度处理是一种部分软化工艺，可以节约再生剂。通过弱酸性树脂处理，用氢离子交换除去与碳酸氢根相同当量（暂时硬度）的Ca2+、Ba2+和Sr2+等，这样原水的pH值会降低到4-5。由于树脂的酸性基团为羧基，当pH达到4.2时，羧基不再解离，离子交换过程也就停止了。因此，仅能实现部分软化，即与碳酸氢根相结合的结垢阳离子可以被除去。因此这一过程对于碳酸氢根含量高的水源较为理想，碳酸氢根也可转化为CO2。

HCO3-+H+=H2O+CO2

一般不希望水中有二氧化碳，必要时要对原水或产水进行脱气，在有生物污染可能时（地表水，高TOC或高菌落总数），对产水脱气更为合适。在膜系统中高CO2浓度可以抑制细菌的生长。当希望系统运行在较高的脱盐率时，采用原水脱气较为合适，脱除CO2将会引起pH的增高，进水pH＞6时，膜系统的脱除率比进水pH＜5时要高。

● 再生所需要的酸量不大于105％的理论耗酸量，这样会降低操作费用和对环境的影响；

● 通过脱除碳酸氢根，降低了水中的TDS，这样产水TDS也较低；

弱酸型树脂处理的缺点是：

● 残余硬度

如果需要完全软化，可以增设强酸阳树脂的交换过程，甚至放置在弱酸树脂同一交换柱中，这样再生剂的耗量仍比单独使用强酸树脂时低，但是初期投入较高，这一组合仅当系统容量很大时才有意义。

另一种克服这一缺点的方法是在脱碱度的水中加阻垢剂，虽然迄今为止，人们单独使用弱酸树脂脱碱时，还未出现过结垢问题，但是我们仍极力建议你计算残留难溶盐的溶解度，并采取相应的措施。

● 处理过程中水会发生pH变化

因树脂的饱和程度在运行时发生变化，经弱酸脱碱处理的出水其pH值将在3.5-6.5范围内变化，这种周期性的pH变化，使工厂脱盐率的控制变的很困难。当pH＜4.2时，无机酸将透过膜，可能会增加产水的TDS，加气块的规格 。因此，我们推荐用户增加一个并联弱酸软化器，控制在不同时间进行再生，以便均匀弱酸处理出水pH,其它防止极低pH值出水的方法是脱除CO2或通过投加NaOH调节弱酸软化后出水的pH值。

5.3去除胶体和颗粒物

1介质过滤

从水中去除悬浮固体普遍的方法是多介质过滤。多介质过滤器以成层状的无烟煤、石英砂、细碎的石榴石或其他材料为床层。床的顶层由质轻和质粗品级的材料组成，而最重和最细品级的材料放在床的底部。其原理为按深度过滤——水中较大的顾粒在顶层被除去，较小的颗粒在过滤器介质的较深处被除去。

在单一介质过滤器中，最细的颗粒材料反洗至床的顶部。大多数过滤发生在床顶部5cm区域内，其余作为支撑介质。有一泥浆层形成。虽然单一介质过滤器的滤速限制为81.5—163L／(min.m2)过滤面积，多介质过滤器的水力过程流速可高达815L/(min.m2)，但因高水质的要求，通常在RO预处理中流速限制在306L／(min.m2)。

由于胶体悬浮物既很细小又由于介质电荷之间的排斥，所以单独过滤不起作用。在这些情况下，在过滤前必须加絮凝剂或絮凝化学药品。常用的絮凝剂有三氯化铁、矾和阳离子聚合物。因为阳离子聚合物在低剂量下就有效果，且不明显地增加过滤器介质的固体负荷，所以最常用。另一方面，如果阳离子聚合物进入现在采用的某些最通用的膜上，则它们却是非常强的污染物。很少量的阳离子聚合物就能堵塞这些膜，且往往难以去除。务须谨记当用阳离子聚合物作为过滤助剂时，必须小心使用。

2除铁、锰——氧化过滤

通常含盐量为苦咸水范围的某些井水呈还原态，典型特点是含有二价的铁和锰，有时还会存在硫化氢和氨。如果对这类水源进行氯化处理，或当水中含氧量超过5mg/L时，Fe2+将转化为Fe3+形成难溶解性的胶体氢氧化物颗粒。铁和锰的氧化反应如下：

4Fe（HCO3）2+O2+2H2O→4Fe（OH）3+8CO2

4Mn（HCO3）2+O2+2H2O→4Mn（OH）3+8CO2

由于铁的氧化在很低的pH值时就会发生，因而出现铁污染的情况要比锰污染的情况要多，即使SDI小于5，RO进水的铁含量低于0.1mg/L，仍会产生铁污染的问题。碱度低的进水铁离子含量要高，这是因为FeCO3的溶解度会限制Fe2+的浓度。

处理这类水源的一种方法时防止整个RO过程中与空气和任何氧化剂如氯的接触。低pH值有利于延缓Fe2+的氧化，当pH＜6，氧含量＜0.5mg/L时，最大允许Fe2+浓度4mg/L,另一种是用空气、Cl2或KMnO4氧化铁和锰，将所形成的氧化物通过介质过滤器除去，但需要主要的是，由硫化氢氧化形成的胶体硫可能难以由过滤器除去，在介质过滤器内添加氧化剂通过电子转移氧化Fe2+，即可一步同时完成氧化和过滤。

海绿石就是这样一种粒状过滤介质，当其氧化能力耗尽时，它可通过KMnO4的氧化来再生，再生后必须将残留的KMnO4完全冲洗掉，以防止对膜的破坏。当原水中含Fe2+的量小于2mg/L时，可以采用这一处理方法，如原水中含更高的Fe2+的量小于2mg/L时，可以采用这一处理方法，如原水中含更高的Fe2+时，可在过滤器进水前连续投加KMnO4,但是在这种情况下，必须采取措施例如安装活性炭滤器以保证没有高锰酸钾进入膜元件内。

Birm过滤也可以有效地用于从RO/NF进水中去除Fe2+，学会小本创业故事。Birm是一种硅酸铝基体上涂有二氧化锰形成沉淀，并且通过滤器反洗可将这些沉淀冲出滤器。由于该过程pH将升高，可能会发生LSI值变化，因而要预防滤器和RO/NF系统内出现CaCO3沉淀。

3 微絮凝

如果过滤前对原水中的胶体进行絮凝或混凝处理，可以大幅度地提高介质过滤器效率，使出水的SDI降低到5左右。硫酸铁和三氯化铁可以用于对胶体表面的负电荷进行失稳处理，将胶体捕捉到新生态的氢氧化铁微小絮状物上，使用含铝絮凝剂其原理相似，但因其可能有残留铝离子污染问题，并不推荐使用，除非使用高分子聚合铝。迅速的分散和混合絮凝剂十分重要，建议采用静态混合器或将注入点设在增压泵的吸入段，通常最佳加药量为10－30mg/L，但应针对具体的项目确定加药量。

为了提高混凝剂絮体的强度进而改进它们的过滤性能，或促进胶体颗粒间的架桥，絮凝剂与混凝剂一起或单独使用，絮凝剂为可溶性的高分子有机化合物，如线性的聚丙烯酰胺，通过不同的活性功能团，它们可能表现为阳离子性、阴离子性或中性非离子性。混凝剂和絮凝剂可能直接或间接地影响RO膜，间接的影响如它们的反应产物形成沉淀并覆盖在膜面上，例如当过滤器发生沟流而使混凝剂絮体穿过滤器并发生沉淀；当使用铁或铝混凝剂，但没有立即降低pH值时，在RO阶段或因进水浓缩诱发过饱和现象，就会出现沉淀，还有在多介质滤器后加入化合物也会产生沉淀反应，最常见的是投加阻垢剂，几乎所有的阻垢剂都是荷负电的，将会与水中阳离子性的絮凝剂或助凝剂反应而污染RO膜。

当添加的聚合物本身影响膜导致通量的下降，这属于直接影响。为了消除RO/NF膜直接和间接的影响，阴离子和非离子的絮凝剂比阳离子的絮凝剂合适，同时还须避免过量添加。

4微滤/超滤

采用超滤/微滤预处理工艺的反渗透/纳滤系统叫做集成膜系统（IMS）。与采用传统预处理工艺的反渗透系统相比，IMS设计具有一些明显的优势。

● MF/UF透过液水质更好。SDI和浊度更低，明显降低了对反渗透的胶体和有机物、微生物污染负荷。

● 由于膜在这里是污染物的绝对屏障，MF/UF滤液的高质量可以保持稳定。即便是地表水和废水等水质波动异常频繁的水源，这种稳定性也不会改变。

● 由于胶体污染减少，反渗透系统的清洗频率明显降低。

● 与一些传统过滤工艺相比，MF/UF系统操作更容易，耗时更少。

● 与采用大量化学品的传统工艺相比，MF/UF浓缩废液的处置比较容易。

● 占地面积更小，在一些大系统中，有时只相当于传统工艺的1/5。

● 有利于系统的扩大增容。

● 运行费用基本相当，在一些情况下会较少。

● 设备投资基本相当，在一些情况下会较少。

（1）MF/UF膜的特性

市场销售的微滤膜的孔径一般在0.1－0.35mm。用于反渗透预处理的超滤膜的切割分子量一般在

20,000到750,000道尔顿（0.002－0.05mm）。

常见的操作跨膜压差(TMP)在3－30psi。膜材料有聚砜、聚烯烃、聚醚砜、聚丙烯、纤维素类和其他专有配方。大多数膜材料具有相当宽的pH范围，以便于在低和高pH条件下进行化学清洗。大多数膜还具有耐游离氯的性能，可以进行周期性或连续消毒处理。聚合物膜的最大运行温度为40℃，但陶瓷膜可以在较高温度下使用。

MF/UF膜有许多构型：卷式平板膜、管式、中空纤维和板框式。用于RO预处理比较普遍的是中空纤维和卷式，这主要是由于考虑到投资、能耗、耐污染以及在冲洗和化学清洗的情况下的通量恢复性能。

（2）MF/UF运行特性

MF/UF膜有两种不同的运行模式：全量过滤和错流过滤。全量过滤操作模式（也叫做死端过滤）与筒式滤器相类似，即只有料液流和滤液流（没有浓缩液流）。全量过滤方式可以实现水回收率的最大化，达到95－98％，但一般限于原水的悬浮固体含量较低的情况（比如浊度<10NTU）。错流操作模式的典型水回收率为90－95％。

在一些情况下，MF/UF系统的原水回收率可以达到99％以上，需要将浓缩水和周期性反冲洗水进行收集和处理。二次处理可以通过采用传统固体沉降或另外一套MF/UF系统。

如果MF/UF系统需要预处理，只是简单的筛网过滤器，精度在100到150μm。有时添加铁盐一类的混凝剂，以获得最好的悬浮固体去除效果。

MF/UF膜的典型通量在36－110gfd之间（60－183l/m2hr）。悬浮物浓度较高或污染倾向较强的料液系统，运行通量也较低；高通量用于处理低悬浮物负载的料液系统（比如地表水的通量可以是70gfd）。MF/UF透过液的水质在浊度或SDI等指标上明显好于传统预处理水。一般MF/UF的产水浊度在0.04－0.1 NTU之间，而且不随原水浊度波动。运行良好的传统预处理水的浊度为0.2—1.0NTU。典型的MF/UF产水的SDI为0.3－2，而运行良好的传统预处理水的SDI为2－6。更低的SDI降低了对反渗透膜的胶体物料沉积污染。

（3）MF/UF改善反渗透的经济性

利用浊度和SDI都非常低的MF/UF产水，反渗透设计通量会大大提高。采用MF/UF的反渗透系统通量可设计为12到20gfd。采用传统预处理的反渗透系统的典型设计通量为：废水处理8－12gfd，地表水10－15gfd。采用了更高的通量，需要的膜元件、膜壳和管线都减少了，系统的固定资产投资便降低了。而且提高通量还有一个好处，可以将产水透盐量减少20－50％。

5 气浮

在水中注入大量的微小气泡，气泡黏附在悬浮颗粒表面将其夹带浮上水面，从而实现固液分离。气浮主要用于油污、水藻等难以沉淀的污染物去除。在工业废水、地表水和海水预处理中应用较多。

实现气浮分离的必要条件有两个：首先要向水中注入足够数量的微细气泡，15～30微米的气泡尺寸比较理想；其次，疏水性悬浮颗粒有利于气泡粘附。影响气浮效果的因素有：微气泡尺寸，决定于溶气方式和释放器构造；气固比，取决于空气加注量；进水浓度、工作压力和上浮停留时间；药剂的作用。

目前应用较多的是溶气气浮（DAF）,有加压溶气和真空产气两种工艺。

6 保安过滤器

所有RO/NF装置上都配有筒式保安过滤器，滤器的过滤孔径要求至少为10mm。保安过滤器是膜和高压泵的保护装置，防止可能存在的颗粒物引起的破坏，是最后一道预处理手续。推荐保安过滤器的孔径不大于5mm。当浓水中硅的浓度超饱和时，宜使用1mm的滤芯，用来降低硅与铁和铝胶体的相互作用。

5.4生物污染的控制和预防

1反渗透膜的生物污染

微生物污染的主要来源是进水，预处理也可能是生物污染源。http://www.hnfzb.gov.cn/a/zhuanji/jiaqikuai/2012/0307/648366.html。通常，生物污染是一个缓慢的过程，在许多情况下，它是一个难以发现的隐藏问题，有时和其他因素有关。生物污染的标志和症状：

◆ 膜通量下降；

◆ 进水压力和系统压差逐渐增大；

◆ 脱盐率逐渐下降。

膜的微生物污染会导致：

◆ RO系统清洗与维护费用增加；

◆ 产品水水质明显变差(水可能要后处理）；

◆ 膜寿命明显下降。

2生物污染的鉴别

被微生物污染的膜经过碱性化学清洗和杀菌清洗，膜性能会有显著的恢复。在膜元件中产生的微生物粘泥非常像膜表面带上生物薄膜。检验沉积微生物特性的一个简单的现场方法是从表面上刮取一小部分，放在火焰上燃烧，其气味与毛发燃挠的气味十分接近。粘泥的稠度、气味及目测的结果都能证明膜受到了微生物污染。

生物膜的特点如下：

◆ 水含量高（70％－95％）；

◆ 有机物含量高（70－95％）；

◆ 菌落形成单元(CFU)和细胞数高（显微镜计数）；

◆ 碳水化合物及蛋白质含量高；

◆ 三磷酸腺苷(ATP)含量高；

◆ 无机物含量低。

不同类型污染之间的相互作用会使情况变得复杂。如氧化铁或生物膜等污染物在膜面上聚积，会促使难溶盐（如石膏）产生过饱和结垢，从而形成复合污染层。铁垢和生物膜均易清洗，石膏垢则不易洗去。在极恶劣的情况中、上游的泥沙污染能够在单元的下游部分形成低流量区。这使膜起到作为深层过滤区而不是错流过滤器的作用，并当诸如钡、钙或镁的硫酸盐，氟化钙，或二氧化硅等的浓度超过它们在横过膜表面的低流速区域中的饱和度时就会产生不溶物的沉淀，便能导致次级污染。

3污染倾向的检测和评价

有效地控制和预防生物污染的首要前提是要知道生物污染问题发生的可能性。许多生物污染问题在长时间不加注意后才逐渐引起注意。以下是一些可能增加生物污染危险的因素：

◆ 装置设计：管道系统过长，光照、死水端、龟裂、未消毒的水槽等。

◆ 进水特性：高温（＞25℃），大量的细菌（＞10 CUF／mL），高SDI，有机物含量过高等。

◆ 操作特性：不经常性地监控操作参数，使用被微生物污染的预处理药剂，较低的错流流速，贮存周期过长等。

假若生物污染有可能发生，则通常用培养法检验水中的微生物数量。建议为了评价进料水的生物污染的可能，要监控原水(在氯化前)、RO进水、浓水水及产水的生物学质量。可通过显微镜观察计数和培养的方法来监测系统的生物污染倾向。

生物污染也能通过淤泥密度指数（SDI）反应出来。SDI是污染预测的唯一较广泛接受的检验方法。

4预处理与消毒

为了控制生物污染，要在管线上尽量减少死水区，避免使用活性碳过滤器。在装膜之前要对预处理系统以及RO装置进行系统消毒，启动后保持连续运行，停机时会滋生生物膜。

控制微生物污染的方法有：

● 以在线或离线的方式连续或周期性使用消杀剂。

● 在RO发生生物污染后要采用有效的消毒和清洗手段。

到目前为止，对于LFC膜和PA膜来说，还没有什么完全有效的消杀剂。对于这些膜的消杀剂要具有以下性质：

● 不损坏膜；

● 能够控制和杀灭所有种类的细菌和生物膜；

● 在物理上摧毁已经形成的生物膜；

● 无毒且易于操作；

● 可生物降解，易于处置；

● 易于监测和加注；

● 能够对产水侧进行消毒；

● 价格便宜。

余氯

LFC膜与PA膜类似，耐余氯极限约为1000 ppm·hr，要求进水的脱余氯处理达到余氯0.1ppm以下。余氯对膜的损坏可以通过脱盐率的衰减和产水通量的增加来进行监测，也可以采用染料试验。氯的存在会使膜的保证寿命大打折扣。但近年来有用户在发生严重生物污染时使用余氯的情况。用户必须评估采用余氯作为杀菌剂的风险。余氯的好处是便宜、高效，能够控制生物膜的数量，并且在透过膜时会对产水侧进行消毒。由于减少了不可逆污染和苛刻的化学清洗和消毒，所以也能延长膜的使用寿命。有用户报告了“化学疗法”，每天加余氯0.25 ppm·hr，将清洗周期延长到了15个月，与未加余氯的平行试验证明，没有发生脱盐率的损失。余氯的透过率随系统不同有所变化，一般在20－50％之间。

氯胺

氯胺是一种非氧化性杀菌剂。LFC膜和PA膜的耐氯胺能力为15－30万 ppm·hr。30万ppm×hr意味着可在11.4ppm的浓度下操作3年。但使用氯胺时要注意，膜的耐氯胺能力会在低pH、高温和有过渡金属存在时明显下降。氯胺是由氨水和氯混合产生的，如果混合不好，余氯要进行脱氯处理，一般采用加入过量氨水的做法来避免余氯。在增加SBS或氨时要小心，这些成分在除去氯胺时会刺激生物膜的生长。氨对于下游的不锈钢金属元器件都会造成腐蚀。氯胺的透过性相对较高，大约80％。氨是一种气体，透过率为100％。

异噻唑啉

非氧化性的异噻唑啉作为长期或间歇性的杀菌剂（或杀粘菌剂），不会引起LFC膜和PA膜的降解，如Kathon、Slimicide C-68和Rogun 781等。这种杀菌剂是有毒的，所以一定要小心使用，特别不能在饮用水中使用。一般的添加量是3－5ppm活性成分，实际操作过程中要考虑在浓水中没有残余。间歇使用时浓度可高达15－25ppm，杀菌效果在1－2小时可见到效果，但如果使用不当会造成生物膜的快速生长。这类物质的分子量较大，不会透过膜。这一类杀菌剂比较昂贵，但考虑到会节约清洗成本、延长膜的寿命以及稳定的反渗透系统性能会补偿药剂的费用。

过氧化氢和过氧乙酸

过氧化物类消杀剂是氧化性物质，用于PA膜离线使用，特别是要求RO系统达到FDA和饮用水标准时使用。单独使用过氧化氢可添加到2,000ppm的浓度，450ppm过氧乙酸在1小时之内既能杀菌，4小时完全破坏生物膜。温度保持在20－25℃，既能有效杀菌，对保护膜也有利。一定要小心在进水中不要有过渡金属（铁、锰等），否则这些离子会催化氧化损坏膜。

5.5 预处理工艺设计举例

地表水含有不同浓度的各种悬浮颗粒，有无机物、也有生物性颗粒物。地表水通常需要进行消毒以控制生物活动和介质过滤中去除悬浮物。过滤过程的加入絮凝剂和混凝剂等过滤助剂会明显促进过滤效率。地表水会含有高浓度的溶解性有机物，可通过活性炭过滤器处理。根据水质的不同，需要加酸和阻垢剂。下图是一个地表水预处理流程简图。

由于含水层的过滤作用，地下水通常悬浮物含量很低。井水的预处理比较简单，一般采用各种快速过滤器阻挡沙粒、添加阻垢剂以及筒式滤器。

表—3预处理方法一览表

▲非常有效 △有效