膜法水處理的預(yù)處理
來源：銀海潔(北京）水處理技術(shù)有限公司 閱讀：2311 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(shù)都是由高分子材料制成，其對進(jìn)水水質(zhì)有比較嚴(yán)格的要求，合理的預(yù)處理是保障系統(tǒng)正常運行和降低運行成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一旦預(yù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)問題，污染物可能會在膜表面堆積，給膜系統(tǒng)帶來不可逆轉(zhuǎn)的危害。
微生物造成很難逆轉(zhuǎn)的污染
細(xì)菌、真菌和藻類進(jìn)入膜系統(tǒng)后，會粘附在膜表面時生長繁殖，微生物及其代謝產(chǎn)物可能使膜孔完全堵塞，甚至使中空纖維內(nèi)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(zhuǎn)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(fù)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(dāng)?shù)念A(yù)處理不僅能夠提高殺菌劑的效果，比如介質(zhì)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(chǎn)水率
當(dāng)水中含有懸浮物、膠體、微生物和其他雜質(zhì)時，都會使水產(chǎn)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(shù)量和形狀均影響測量結(jié)果。因此，濁度與懸浮物的關(guān)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(yù)測顆粒物的污染傾向。
降低渾濁度傳統(tǒng)采用的方法是絮凝加介質(zhì)過濾器，由于介質(zhì)過濾器過濾效果受水質(zhì)波動影響較大，近年來廣泛使用超濾或者微濾取代介質(zhì)過濾器作為膜法水處理工藝的預(yù)處理設(shè)備。
為了濾除細(xì)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(diào)節(jié)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(zhì)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(jìn)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(xué)氧化法是利用水及溶解物質(zhì)在電解條件下的氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生氧化性的物質(zhì)來去除有機物。也可以配合傳統(tǒng)的吸附工藝聯(lián)合處理。
供水水質(zhì)調(diào)整
供水溫度的調(diào)整 ：膜的透水性能與溫度高低有直接的關(guān)系，膜組件標(biāo)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(dāng)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(dāng)溫度過高時，同樣對膜不利，會導(dǎo)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(diào)整：用不同材料制成的膜對pH值的適應(yīng)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(nèi)使用，如果進(jìn)水超過使用范圍，需要加以調(diào)整，目前常用的PH調(diào)節(jié)劑主要有酸（HCl 和H2SO4）等和堿（NaOH等）。
結(jié)垢的防治
結(jié)垢是難溶性鹽類的結(jié)晶析出，以固體形式的沉積物。
在反滲透和納濾系統(tǒng)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(wěn)定傾向可以用LSI（當(dāng)TDS < 4 000 mg/L 時）或SDSI（當(dāng)TDS > 4 000 mg/L 時）進(jìn)行估算。
回收率
反滲透以及納濾系統(tǒng)的回收率和原水中總?cè)芙馕镔|(zhì)的濃縮倍率有直接關(guān)系，回收率50%的系統(tǒng)，濃縮倍數(shù)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(dá)到90%時，相當(dāng)于濃縮10倍。
膜系統(tǒng)內(nèi)由于濃差極化現(xiàn)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(yuǎn)大于這個濃縮倍數(shù)。因此，原水由于被濃縮，膜表面的污染會比想象中發(fā)生的更快。系統(tǒng)的運行條件、原水的特性狀態(tài)等因素會影響回收率，一旦選擇過高的回收率，就會面臨結(jié)垢的形成和急速的污染的風(fēng)險。
因此，按照實際情況適當(dāng)?shù)脑O(shè)定回收率就顯得尤為重要。基于原水的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)結(jié)合把握其四季變動范圍，考慮前處理和產(chǎn)水的回收率、運行溫度等相關(guān)的膜系統(tǒng)設(shè)計方式，設(shè)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?nèi)，最終導(dǎo)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(xué)作用（金屬氫氧化物的溶解度）。多數(shù)常用絮凝劑（表4.4 所示）與水中的堿性成分反應(yīng)，生成金屬氫氧化物。然而如果加入絮凝劑的量過多，會導(dǎo)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(zhì)變化
|
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(shè)計中，必須預(yù)先對這些絮凝條件進(jìn)行預(yù)測。
介質(zhì)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(zhì)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(dǎo)致反滲透和納濾膜污染。因此需要做小型實驗，以確認(rèn)藥劑的添加是否對反滲透和納濾系統(tǒng)有影響。
在選擇濾速時，依據(jù)原水水質(zhì)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(yán)重的地表水，濾速的設(shè)定一定不能太高，以免對反滲透和納濾系統(tǒng)造成嚴(yán)重污染（通過多年的實際經(jīng)驗，對于受污染的地表水，過濾速度應(yīng)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(zhì)過濾的特征
|
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(tǒng)的預(yù)處理已經(jīng)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
|
微濾和超濾
微濾（MF）和超濾（UF）是近幾年才大規(guī)模應(yīng)用的反滲透和納濾預(yù)處理工藝。同絮凝、沉淀以及砂濾比較，其過濾的水質(zhì)穩(wěn)定、設(shè)備管理比較簡單，也不會產(chǎn)生過濾殘渣或絮凝污泥等廢棄物。
作為預(yù)處理，微濾和超濾膜的使用可以完全去除不溶解的物質(zhì)，降低顆粒物的污染風(fēng)險，使得反滲透的設(shè)計水通量可以適當(dāng)增加約10 – 20%。在選擇微濾和超濾作為預(yù)處理時，一定要嚴(yán)格控制藥劑的投加量、嚴(yán)格按照微濾和超濾制造商提供的設(shè)計參數(shù)設(shè)計，雖然微濾和超濾系統(tǒng)自動化程度高、運行操作簡單，但也同樣要做好維護(hù)工作，確保系統(tǒng)穩(wěn)定的運行。
保安過濾器
通過預(yù)處理的水在進(jìn)入反滲透和納濾系統(tǒng)之前通常會設(shè)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(fā)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(tài)的Fe2+和Mn2+。這種水在氧化后或者當(dāng)水中的氫氧根超過5 mg/L 時，F(xiàn)e2+會轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3 ，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(tǒng)來處理這樣的水時，重要的是不要接觸空氣。在進(jìn)入反滲透裝置前對原水進(jìn)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(xué)作用發(fā)生不可逆的細(xì)微構(gòu)造或分子構(gòu)造變化，導(dǎo)致膜性能下降的現(xiàn)象。
物理劣化：已知物理劣化的顯著事例是從水泵發(fā)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(dǎo)致水通量下降。
化學(xué)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(dǎo)致膜分離性能的衰減。
醋酸纖維素反滲透膜會受到來自細(xì)菌分解影響導(dǎo)致高分子聚合鏈斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致脫鹽率下降。
反滲透進(jìn)水的水質(zhì)允許值檢查表
|
導(dǎo)致膜污染的指標(biāo)
|
允許值
|
解決方法
|
||||||
|
懸浮物等
|
濁度
|
< 1 NTU
|
過濾，絮凝沉淀，微濾，超濾
|
|||||
|
SDI15
|
< 5.0
|
N/A
|
||||||
|
顆粒物
|
< 100個/ml
|
過濾，絮凝沉淀，微濾，超濾
|
||||||
|
微生物
|
< 1個/ml
|
殺菌，微濾，超濾
|
||||||
|
金屬氧化物
|
鐵，F(xiàn)e3+
|
< 50μg/L
|
氧化+沉淀或過濾
|
|||||
|
錳，Mn
|
< 50μg/L
|
使用分散劑
|
||||||
|
結(jié)垢物質(zhì)
|
CaCO3
|
LSI<0
|
回收率，pH值，阻垢劑
|
|||||
|
CaSO4
|
< 230%
|
回收率，阻垢劑
|
||||||
|
BaSO4
|
< 6 000%
|
回收率，阻垢劑
|
||||||
|
SrSO4
|
< 800%
|
回收率，阻垢劑
|
||||||
|
CaF2
|
濃水< 1.7 mg/L
|
回收率
|
||||||
|
Ca3(PO4)2
|
濃水側(cè)濃度不能超過溶解度
|
回收率
|
||||||
|
SiO2
|
< 100 %
|
回收率
|
||||||
|
有機物3
|
油
|
0
|
氣浮、吸附
|
|||||
|
TOC
|
< 10 mg/L
|
活性炭，過濾，吸附樹脂
|
||||||
|
COD
|
< 10 mg/L
|
活性炭，過濾，吸附樹脂
|
||||||
|
BOD
|
< 5 mg/L
|
活性炭，過濾，吸附樹脂
|
||||||
|
導(dǎo)致膜劣化的指標(biāo)
|
允許值
|
去除方法
|
||||||
|
pH值4
|
3 – 10
|
加入酸或堿調(diào)節(jié)
|
||||||
|
溫度
|
5 – 45℃
|
換熱器
|
||||||
|
氧化劑
|
余氯
|
< 0.1 mg/L
|
還原劑，活性炭吸附
|
|||||
|
臭氧
|
0
|
|||||||
|
其他
|
0
|
|||||||
|
表面活性劑
|
選擇陽離子或兩性表面活性劑時要注意
|
|||||||
|
酒精
|
< 10%
|
N/A
|
||||||
