主要包括以下內(nèi)容

-原水分析

-結(jié)垢控制

-預(yù)防結(jié)垢

-預(yù)防膠體和顆粒污堵-預(yù)防膜生物污染

-預(yù)防有機(jī)物污染

-預(yù)防膜本身的降解

-預(yù)防鐵和錳的污堵

-含H2S水源的處理）

序言

為了提高反滲透和系統(tǒng)效率，必須對(duì)原水進(jìn)行有效地預(yù)處理。針對(duì)原水水質(zhì)情況和系統(tǒng)回收率等主要設(shè)計(jì)參數(shù)要求，選擇適宜的預(yù)處理工藝，就可以減少污堵、結(jié)垢和膜降解，從而大幅度提高系統(tǒng)效能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水量、脫鹽率、回收率和運(yùn)行費(fèi)用的最優(yōu)化。

【污堵】定義為有機(jī)物和膠體在膜面上的沉積。

【結(jié)垢】定義為部分鹽類(lèi)的濃度超過(guò)其溶度積在膜面上的沉淀，例如碳酸鈣、硫酸鋇、硫酸鈣、硫酸鍶、氟化鈣和磷酸鈣等。

預(yù)處理必須考慮全系統(tǒng)連續(xù)可靠運(yùn)行的需要，例如，若混凝澄清池設(shè)計(jì)或操作不合理時(shí)，會(huì)對(duì)砂濾器或多介質(zhì)濾器產(chǎn)生超過(guò)其極限的負(fù)荷。這樣的不合理預(yù)處理常常造成膜的頻繁清洗，其結(jié)果是清洗費(fèi)用、停機(jī)時(shí)間和系統(tǒng)性能的衰減將會(huì)十分明顯。

適宜的預(yù)處理方案取決于水源、原水組成和應(yīng)用條件，而且主要取決于原水的水源，例如對(duì)井水、地表水和市政廢水要區(qū)別對(duì)待。通常情況下，井水水質(zhì)穩(wěn)定，污染可能性低，僅需簡(jiǎn)單的預(yù)處理，如設(shè)置加酸或加阻垢劑和5µm保安濾器即可。相反，地表水是一種直接受季節(jié)影響的水源，有發(fā)生微生物和膠體兩方面高度污染的可能性。所需的預(yù)處理應(yīng)比井水復(fù)雜，需要其它的預(yù)處理步驟包括氯消毒、絮凝/助凝、澄清、多介質(zhì)過(guò)濾、脫氯、加酸或加阻垢劑等。工業(yè)和市政廢水含有更加復(fù)雜的有機(jī)和無(wú)機(jī)成份，某些有機(jī)物可能會(huì)嚴(yán)重影響RO膜，引起產(chǎn)水量嚴(yán)重下降或膜的降解，因而必須有設(shè)計(jì)更加周全的預(yù)處理。

一旦確定了所選用的進(jìn)水水源，就須進(jìn)行全面而準(zhǔn)確的原水全分析。它是確立合適預(yù)處理方案和RO/NF系統(tǒng)排列設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的依據(jù)。
最后，行業(yè)的不同也往往決定了RO/NF預(yù)處理的類(lèi)型或復(fù)雜程度，例如在電子行業(yè)，其預(yù)處理要比以市政膜法水處理行業(yè)復(fù)雜和嚴(yán)格得多。

原水分析

進(jìn)入RO/NF預(yù)處理系統(tǒng)的原水類(lèi)型可按如下規(guī)定劃分：

☆ 來(lái)自一級(jí)RO產(chǎn)水的低鹽度高純度產(chǎn)水或超純水系統(tǒng)中的拋光階段的給水，總可溶性固體含量TDS，最高為50mg/L；

☆ TDS小于500mg/L的低鹽度自來(lái)水；

☆ 天然有機(jī)物含量低，TDS小于5,000mg/L的中等含鹽量地下水；

☆ TDS小于5,000mg/L的中等含鹽量苦咸水；

☆ TOC和BOD含量高，TDS小于5,000mg/L的中等含鹽量三級(jí)廢水；

☆ TDS介于5,000~15,000mg/L的高含鹽量苦咸水；

☆ TDS在35,000mg/L左右的海水。

含鹽量為35,000mg/L的海水稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)海水，這是因?yàn)槭澜缟辖^大多數(shù)的海水具有上述的含鹽量，其中的離子組成比例全世界也十分相近，但是實(shí)際總TDS變化范圍很寬，從波羅的海的海水含鹽量為7,000mg/L到紅海和波斯灣的海水含鹽量為45,000mg/L。由于土壤影響和內(nèi)陸水的滲入，近海岸井水的含鹽量及組成卻變化極大。

表1 標(biāo)準(zhǔn)海水組成，查表可知

海水淡化系統(tǒng)其制約因素是物理性質(zhì)，即高TDS所導(dǎo)致的極高滲透壓；苦咸水處理系統(tǒng)的制約因素主要是化學(xué)性質(zhì)，即碳酸鈣或硫酸鈣等化合物因進(jìn)水不斷被濃縮，當(dāng)超過(guò)其溶度積時(shí)，會(huì)在膜面上發(fā)生沉淀或結(jié)垢；工業(yè)或市政廢水處理系統(tǒng)存在大量有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、病毒與細(xì)菌等微生物和藻類(lèi)，這樣其制約因素不僅僅是物理與化學(xué)因素，還有微生物指數(shù)，即與膜有親和反應(yīng)的有機(jī)碳或生物可降解的溶解性有機(jī)碳?？嘞趟淖兓秶鷺O寬，為了提出較佳的工藝設(shè)計(jì)方案，必須進(jìn)行水質(zhì)全分析。

所需原水分析報(bào)告如下

原水分析單位：______________________________________________分析者：____________________
水源概況： _________________________________________________日期：____________________
電導(dǎo)率：____________________　　 pH值：________________________水樣溫度：________________oC
 
組成分析(分析項(xiàng)目請(qǐng)標(biāo)注單位，如mg/L，ppm，meq/L，以CaCO3 計(jì)等)：
銨離子(NH4+)　 _______________　　　　　　　　二氧化碳(CO2)　　　_______________
鉀離子(K+)　　 _______________　　　　　　　　碳酸根(CO32-)　　　 _______________
鈉離子(Na+)　　 _______________　　　　　　　　碳酸氫根(HCO3-)　　_______________
鎂離子(Mg2+)　　_______________　　　　　　　　亞硝酸根(NO2-)　　_______________
鈣離子(Ca2+)　_______________　　　　　　　　　硝酸根(NO3-)　　　_______________
鋇離子(Ba2+)　_______________　　　　　　　　　氯離子(Cl-)　　　_______________
鍶離子(Sr2+)　_______________ 　　　　　　　　　氟離子(F-)　　　_______________
亞鐵離子(Fe2+)　______________　　　　　　　　　硫酸根(SO42-)　　______________
總鐵(Fe2+/Fe3+) _______________ 　　　　　　　　磷酸根(PO43-)　 _______________
錳離子(Mn2+)　 _______________　　　　　　　　　硫化氫(H2S)　　______________
銅離子(Cu2+)　_______________　　　　　　　　活性二氧化硅(SiO2) _______________
鋅離子(Zn2+)　 _______________　　　　　　　　膠體二氧化硅(SiO2) ______________
鋁離子(Al3+)　_______________　　　　　　　游離氯(Cl－)　　______________
其它離子(如硼離子)：____________________________
總固體含量(TDS) _____________　　　　　　　　　生物耗氧量(BOD)_______________
總有機(jī)碳(TOC)_____________　　　　　　　　　　化學(xué)耗氧量(COD)　_______________

總堿度(甲基橙堿度)：
碳酸根堿度(酚酞堿度)：
總硬度：
濁度(NTU)：
污染指數(shù)(SDI15)：
細(xì)菌(個(gè)數(shù)/mL)：
備注(異味、顏色、生物活性等)：
 

注： 當(dāng)陰陽(yáng)離子存在較大不平衡時(shí)，應(yīng)重新分析測(cè)試，相差不大時(shí)，可添加鈉離子或氯離子進(jìn)行人工平衡。

Ba2+和Sr2+必須分別檢測(cè)到1mg/L(ppb)和1mg/L(ppm)數(shù)量級(jí)，同時(shí)還要考慮到溫度在一定范圍內(nèi)變化的可能，因?yàn)闇囟茸兓矔?huì)引起系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)垢的危險(xiǎn)，特別是在原水中硅和碳酸氫根含量較高時(shí)更應(yīng)注意這一點(diǎn)。

一旦系統(tǒng)投入運(yùn)行，原水還應(yīng)該定期進(jìn)行分析，以便能隨時(shí)掌握原水水質(zhì)的波動(dòng)情況，并及時(shí)調(diào)整預(yù)處理運(yùn)行工藝參數(shù)和整個(gè)水處理工廠的運(yùn)行條件。

結(jié)垢控制

引言

當(dāng)難溶鹽類(lèi)在膜元件內(nèi)不斷被濃縮且超過(guò)其溶解度極限時(shí)，它們就會(huì)在反滲透膜膜面上發(fā)生結(jié)垢，如果反滲透水處理系統(tǒng)采用50%回收率操作時(shí)，其濃水中的鹽濃度就會(huì)增加到進(jìn)水濃度的兩倍，回收率越高，產(chǎn)生結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)性就越大。
目前出于水源短缺或?qū)Νh(huán)境影響的考慮，設(shè)置反滲透濃水回收系統(tǒng)以提高回收率成為一種習(xí)慣做法，在這種情況下，采取精心設(shè)計(jì)、考慮周全的結(jié)垢控制措施和防止微溶性鹽類(lèi)超過(guò)其溶解度而引發(fā)沉淀與結(jié)垢尤為重要，RO系統(tǒng)中，常見(jiàn)的難溶鹽為CaSO4、CaCO3和SiO2，其它可能會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢的化合物為CaF2、BaSO4、SrSO4和Ca3(PO4)2，下表列舉了難溶無(wú)機(jī)鹽的溶度積數(shù)據(jù)。

表2　難溶鹽溶度積（查表）

為了防止膜面上發(fā)生無(wú)機(jī)鹽結(jié)垢，應(yīng)采用如下措施：

3.2　加酸

大多數(shù)地表水和地下水中的CaCO3幾乎呈飽和狀態(tài)，由下式可知CaCO3的溶解度取決于pH值：Ca2+ + HCO3–→H+ + CaCO3
 因此，通過(guò)加入酸中的 H+，化學(xué)平衡可以向左側(cè)轉(zhuǎn)移，使碳酸鈣維持溶解狀態(tài)，所用酸的品質(zhì)必須是食品級(jí)。 在大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)，硫酸比鹽酸更易于使用，但是另一方面，進(jìn)水中硫酸根的含量增加了，就硫酸鹽垢而言，問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重。

CaCO3在濃水中更具有溶解的傾向，而不是沉淀，對(duì)于苦咸水而言，可根據(jù)朗格利爾指數(shù)(LSI)，對(duì)于海水可根據(jù)斯蒂夫和大衛(wèi)飽和指數(shù)(S&DSI)，表示這種趨于溶解的傾向。在飽和pHs的條件下，水中CaCO3處于溶解與沉淀之間的平衡狀態(tài)。
LSI和S&DSI的定為：
LSI = pH – pHs (TDS ≤ 10,000 mg/L)
S&DSI = pH – pHs (TDS > 10,000 mg/L)
 
僅采用加酸控制碳酸鈣結(jié)垢時(shí)，要求濃水中的LSI或S&DSI指數(shù)必須為負(fù)數(shù)，加酸僅對(duì)控制碳酸鹽垢有效。

加阻垢劑

阻垢劑可以用于控制碳酸鹽垢、硫酸鹽垢以及氟化鈣垢，通常有三類(lèi)阻垢劑：六偏磷酸鈉(SHMP)、有機(jī)磷酸鹽和多聚丙烯酸鹽。
相對(duì)聚合有機(jī)阻垢劑而言，六偏磷酸鈉價(jià)廉但不太穩(wěn)定，它能少量的吸附于微晶體的表面，阻止結(jié)垢晶體的進(jìn)一步生長(zhǎng)和沉淀。但須使用食品級(jí)六偏磷酸鈉，還應(yīng)防止SHMP在計(jì)量箱中發(fā)生水解，一旦水解，不僅會(huì)降低阻垢效率，同時(shí)也有產(chǎn)生磷酸鈣沉淀的危險(xiǎn)。因此，目前極少使用SHMP，有機(jī)磷酸鹽效果更好也更穩(wěn)定，適應(yīng)于防止不溶性的鋁和鐵的結(jié)垢，高分子量的多聚丙烯酸鹽通過(guò)分散作用可以減少SiO2結(jié)垢的形成。

但是聚合有機(jī)阻垢劑遇到陽(yáng)離子聚電解質(zhì)或多價(jià)陽(yáng)離子時(shí)，可能會(huì)發(fā)生沉淀反應(yīng)，例如鋁或鐵，所產(chǎn)生的膠狀反應(yīng)物，非常難以從膜面上除去。對(duì)于阻垢劑的加入量，請(qǐng)咨詢(xún)阻垢劑供應(yīng)商。必須避免過(guò)量加入，因?yàn)檫^(guò)量的阻垢劑對(duì)膜而言也是污染物。

在含鹽量為35,000mg/L的海水反滲透系統(tǒng)中，結(jié)垢問(wèn)題沒(méi)有苦咸水中那樣突擊，海水中受濃水滲透壓所困，其系統(tǒng)水回收率在30～45%之間，但是為了安全起見(jiàn)，當(dāng)運(yùn)行回收率高于35%時(shí)，推薦使用阻垢劑。
 
陽(yáng)離子聚電介質(zhì)可能會(huì)與負(fù)電性的阻垢劑發(fā)生協(xié)同沉淀反應(yīng)并污染膜表面，必須保證當(dāng)添加陰離子阻垢劑時(shí)，水中不存在明顯的陽(yáng)離子聚合物。

強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂軟化

可以使用Na+離子置換和除去水中結(jié)垢陽(yáng)離子如Ca2+、Ba2+和Sr2+。交換飽和后的離子交換樹(shù)脂用NaCl再生，這一過(guò)程稱(chēng)為原水軟化處理。在這種處理過(guò)程中，進(jìn)水pH不會(huì)改變。因此，不需要采取脫氣操作，但原水中的溶解氣體CO2能透過(guò)膜進(jìn)入產(chǎn)品側(cè)，引起電導(dǎo)率的增加，操作者仍可以在軟化后的水中加入一定量NaOH（直到pH8.2）以便將水中殘留CO2轉(zhuǎn)化成重碳酸根，重碳酸根能被膜所脫除，使反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率降低，F(xiàn)T30膜的脫鹽率在中性pH范圍內(nèi)較高。采用Dowex離子交換樹(shù)脂脫除Ca2+、Ba2+和Sr2+的脫除效率大于99.5%，可消除各種碳酸鹽或硫酸鹽垢的危險(xiǎn)。

如果及時(shí)進(jìn)行再生的話，采用強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)指進(jìn)行軟化是非常有效和保險(xiǎn)的阻垢方法，但主要用于中小型苦咸水系統(tǒng)中，而海水淡化中不會(huì)使用軟化法。
這一過(guò)程的主要缺點(diǎn)是相當(dāng)高的NaCl消耗，存在環(huán)境問(wèn)題，也不經(jīng)濟(jì)。選用Dowex Monosphere均粒樹(shù)指和逆 流再生工藝，如UPCORE工藝，可以減少NaCl的耗量到110%的理論再生劑所需用量。

弱酸陽(yáng)樹(shù)脂脫堿度

采用弱酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂脫堿度主要是大型苦咸水處理系統(tǒng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)部分軟化以達(dá)到節(jié)約再生劑的目的。在這一過(guò)程中，僅僅與重碳酸根相同量的暫時(shí)硬度中的Ca2+、Ba2+和Sr2+等為H+所取代而被除去，這樣原水的pH值會(huì)降低到4～5。由于樹(shù)脂的酸性基團(tuán)為羧基，當(dāng)pH達(dá)到4.2時(shí)，羧基不再解離，離子交換過(guò)程也就停止了。因此，僅能實(shí)現(xiàn)部分軟化，即與重碳酸根相結(jié)合的結(jié)垢陽(yáng)離子可以被除去。因此這一過(guò)程對(duì)于重碳酸根含量高的水源較為理想，重碳酸根也可轉(zhuǎn)化為CO2
 
HCO3– + H+ → H2O + CO2

在大多數(shù)情況下，并不希望產(chǎn)水中出現(xiàn)CO2，這時(shí)可以對(duì)原水或產(chǎn)水進(jìn)行脫氣來(lái)實(shí)現(xiàn)，但當(dāng)存在生物污染嫌疑時(shí)(地表水，高TOC或高菌落總數(shù))，對(duì)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(zhǎng)，當(dāng)希望系統(tǒng)運(yùn)行在較高的脫鹽率時(shí)，采用原水脫氣較合適，脫除CO2將會(huì)引起pH的增高，進(jìn)水pH>6時(shí)，膜系統(tǒng)的脫除率比進(jìn)水pH<5時(shí)要高。

采用弱酸脫堿度的優(yōu)點(diǎn)如下：
☆　再生所需要的酸量不大于105%的理論耗酸量，這樣會(huì)降低操作費(fèi)用和對(duì)環(huán)境的影響；

☆　通過(guò)脫除重碳酸根，水中的TDS減低，這樣產(chǎn)水TDS也較低；

本法的缺點(diǎn)是：

☆　殘余硬度

如果需要完全軟化，可以增設(shè)強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂的鈉交換過(guò)程，甚至可放置在弱酸樹(shù)脂同一交換柱內(nèi)，這樣再生劑的耗量仍比單獨(dú)使用強(qiáng)酸樹(shù)脂時(shí)低，但是初期投資較高，這一種組合僅當(dāng)系統(tǒng)容量很大時(shí)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)使用弱酸陽(yáng)樹(shù)指脫堿時(shí)，還從未出現(xiàn)過(guò)結(jié)垢問(wèn)題，但是我們?nèi)詷O力建議你計(jì)算殘留難溶鹽的溶解度，并采取相應(yīng)的措施。

☆　處理過(guò)程中水的會(huì)發(fā)生pH變化

因樹(shù)脂的飽和程度在運(yùn)行時(shí)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得很困難。當(dāng)pH<4.2時(shí)，無(wú)機(jī)酸將透過(guò)膜，可能會(huì)增加產(chǎn)水的TDS，因此，我們推薦用戶(hù)增加一個(gè)并聯(lián)弱酸軟化器，控制在不同時(shí)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(guò)投加NaOH調(diào)節(jié)弱酸軟化后出水的pH值。

石灰軟化

通過(guò)水中加入氫氧化鈣可除去碳酸鹽硬度。
Ca(HCO3)2 +Ca(OH)2→2 CaCO3+2H2O
Mg(HCO3)2 +2 Ca(OH)2 →Mg(OH)2+2 CaCO3+2H2O
 非碳酸鈣度可以能過(guò)加入碳酸鈉(純堿)得到進(jìn)一步地降低。
CaCl2 + Na2CO3 →2 NaCl + CaCO3
 
石灰一純堿處理也可以降低二氧化硅的濃度，當(dāng)加入鋁酸鈉和三氯化鐵時(shí)，將會(huì)形成CaCO3以及硅酸、氧化鋁和鐵的復(fù)合物。通過(guò)加入石灰和多孔氧化鎂的混合物，采用60～70&ordm;C熱石灰硅酸脫除工藝，可將硅酸濃度降低到1mg/L以下。
 
采用石灰軟化，也可以顯著地降低鋇、鍶和有機(jī)物，但是石灰軟化處理需要使用反應(yīng)器，以便形成高濃度作晶核的可沉淀顆粒，通常需要采用上升流動(dòng)方式的固體接觸澄清器，本過(guò)程的出水還需設(shè)置多介質(zhì)過(guò)濾器，并在進(jìn)入RO/NF之前應(yīng)調(diào)節(jié)pH值，使用含鐵絮凝劑，不論是否同時(shí)使用或不使用高分子助凝劑(陰離子或非離子型)，均可提高石灰軟化的固－液分離作用。
 
僅當(dāng)產(chǎn)水量大于200m3/hr的苦咸水系統(tǒng)才會(huì)考慮選擇石灰軟化預(yù)處理工藝。

預(yù)防性清洗　

在某些場(chǎng)合下，可以通過(guò)對(duì)膜進(jìn)行預(yù)防性清洗來(lái)控制結(jié)垢問(wèn)題，此時(shí)系統(tǒng)可不需要進(jìn)行軟化或加化學(xué)品阻垢。通常這類(lèi)系統(tǒng)的運(yùn)行回收率很低，約25%左右，而且1～2年左右就考慮更換膜元件。這些系統(tǒng)通常是以自來(lái)水或海水作水源，制造飲用水的單元件不重要的小型系統(tǒng)，其最簡(jiǎn)單的清洗方式是打開(kāi)濃水閥門(mén)作低壓沖洗，設(shè)置清洗間隔短的模式要比長(zhǎng)的模式有效，例如常用每運(yùn)行30分鐘低壓沖洗30秒。也可以采用類(lèi)似于廢水處理中的批操作模式，即在每批操作之后清洗一次膜元件。清洗步驟、清洗化學(xué)品和清洗頻率等需要作個(gè)案處理和優(yōu)化。特別要注意采取措施不讓結(jié)垢層隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)進(jìn)一步的加劇。

調(diào)整操作參數(shù)

當(dāng)其它結(jié)垢控制措施不起作用時(shí)，必須調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，以防止產(chǎn)生結(jié)垢問(wèn)題，因?yàn)楸ＷC濃水中難溶鹽濃度低于溶度積，就不會(huì)出現(xiàn)沉淀，這需要通過(guò)降低系統(tǒng)回收率來(lái)降低濃水中的濃度。

溶解度還取決于溫度和pH值，水中含硅時(shí)，提高溫度和pH可以增加其溶解度，二氧化硅常常是唯一考慮需要調(diào)節(jié)這些運(yùn)行參數(shù)以防止結(jié)垢的原因，因?yàn)檫@些參數(shù)的調(diào)節(jié)存在一些缺點(diǎn)，如能耗高或其它結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)(如高pH下易發(fā)生CaCO3沉淀)。對(duì)于小型系統(tǒng)，選擇低回收率并結(jié)合預(yù)防性清洗操作模式是控制結(jié)垢最簡(jiǎn)便的手段之一。
在電腦上使用陶氏FILMTEC反滲透/納濾系統(tǒng)分析軟件，可以計(jì)算出系統(tǒng)是否會(huì)有結(jié)垢的傾向，以便提醒客戶(hù)采取相應(yīng)的對(duì)策。

預(yù)防結(jié)垢

預(yù)防碳酸鈣結(jié)垢

 苦咸水水源

對(duì)于濃水含鹽量TDS≤10,000mg/L的苦咸水，朗格利爾指數(shù)(LSIC)作為表示CaCO3結(jié)垢可能性的指標(biāo)。
LSIC=pHC-pHS
式中pHC為濃水pH值 pHS為CaCO3飽和時(shí)的pH值
當(dāng)LSIC≥0，就會(huì)出現(xiàn)CaCO3結(jié)垢。
【
LSIC的調(diào)節(jié)】
大多數(shù)天然水未經(jīng)處理時(shí)，LSIC將會(huì)是正值，為了防止CaCO3結(jié)垢，除非在膜系統(tǒng)進(jìn)水中投加阻垢劑或采取前面介紹的預(yù)防性清洗措施，否則必須確保LSIC為負(fù)值。
控制CaCO3結(jié)垢的條件為：
LSIC < 0，不需要投加阻垢劑；
LSIC≤1.8～2.0，單獨(dú)投加阻垢劑或完全采用化學(xué)軟化
LSIC > 1.8～2.0，加酸至LSIC達(dá)1.8～2.0，然后再投加阻垢劑；或完全采用化學(xué)軟化。

海水水源

當(dāng)濃水含鹽量TDS>10,000mg/L的高鹽度苦咸水或海水水源，斯蒂夫和大衛(wèi)飽和指數(shù)(S&DSIC)作為表示CaCO3結(jié)垢可能性的指標(biāo)。
S&DSIC=pHC-pHS
式中pHC為濃水pH值 pHS為CaCO3飽和時(shí)的pH值
當(dāng)S&DSIC≥0，就會(huì)出現(xiàn)CaCO3結(jié)垢。

【S&DSIC的調(diào)節(jié)】

大多數(shù)天然高含鹽量水源未經(jīng)處理時(shí)，S&DSIC一般是正值，為了防止CaCO3結(jié)垢，必須通過(guò)加酸使S&DSIC變?yōu)樨?fù)值，如果通過(guò)投加阻垢劑防止CaCO3沉淀的話，S&DSIC值可以為正值，最大允許S&DSIC值和所需要的阻垢劑投加量，請(qǐng)參考阻垢劑制造商的技術(shù)資料。如果上述條件不能滿(mǎn)足，就必須采取以下措施：
　
☆　降低回收率，直到S&DSIC值滿(mǎn)足上述任一條件的規(guī)定；
　
☆　采用石灰或石灰－純堿軟化方法，脫除進(jìn)水中的鈣硬和堿度，直到S&DSIC值滿(mǎn)足上述任一條件的規(guī)定；
　
☆　在進(jìn)水中加酸(HCl，CO2，H2SO4等)，直到S&DSIC值滿(mǎn)足上述任一條件的規(guī)定。
針對(duì)海水淡化系統(tǒng)，通常投加硫酸，其加入量為10mg/L，以達(dá)到pH7，使?jié)馑甋&DSIC保證負(fù)值。

預(yù)防硫酸鈣結(jié)垢

就CaCO4垢而言，采用下述措施之一，就可以實(shí)現(xiàn)更高的反滲透回收率：
　
☆　強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂軟化或弱酸陽(yáng)樹(shù)脂除堿，可以進(jìn)行鈣的全部或部分脫除；
　
☆　石灰或石灰－純堿軟化，降低水中Ca2+的濃度；
　
☆　根據(jù)阻垢劑供應(yīng)商的規(guī)定，在進(jìn)水中投加阻垢劑；或降低系統(tǒng)回收率。

預(yù)防硫酸鋇結(jié)垢

硫酸鋇是所有堿土金屬中溶解性最低的鹽類(lèi)，當(dāng)進(jìn)水中存在硫酸鋇時(shí)，會(huì)引起大量的沉淀現(xiàn)象，這是因?yàn)樗鼘?duì)硫酸鈣和硫酸鍶垢的形成起促進(jìn)作用。
大多數(shù)天然水中，鋇的含量會(huì)導(dǎo)致濃水中硫酸鋇的沉淀，海水中的鋇極限濃度為小于15mg/L，苦咸水中鋇的極限濃度為小于5mg/L，當(dāng)前面加入硫酸的話，則應(yīng)小于2mg/L。
預(yù)防措施與硫酸鈣的預(yù)防措施相同。

預(yù)防硫酸鍶結(jié)垢
預(yù)防措施與硫酸鈣的預(yù)防措施相同。

預(yù)防氟化鈣結(jié)垢
如果鈣的濃度較高，只要水中氟離子的含量達(dá)到0.1mg/L，就有可能產(chǎn)生氟化鈣沉淀。預(yù)防措施與硫酸鈣的預(yù)防措施相同。

預(yù)防硅垢
大多數(shù)水源溶解性二氧化硅(SiO2)的含量在1～100mg/L。過(guò)飽和SiO2能夠自動(dòng)聚合形成不溶性的膠體硅或膠狀硅，引起膜的污染。濃水中的最大允許SiO2濃度取決于SiO2的溶解度。
濃水中硅的結(jié)垢傾向與進(jìn)水中的情形不同，這是因?yàn)镾iO2濃度增加的同時(shí)，濃水的pH值也在變化，這樣SiO2的結(jié)垢計(jì)算要根據(jù)原水水質(zhì)分析和反滲透的操作參數(shù)(回收率)而定。
如果出現(xiàn)一定量的金屬，如Al3+的話，可能會(huì)通過(guò)形成金屬硅酸鹽改變SiO2的溶解度。硅結(jié)垢的發(fā)生大多數(shù)為水中存在鋁或鐵。因此，如果存在硅的話，應(yīng)保證水中沒(méi)有鋁或鐵，并且推薦使用1mm的保安濾器濾芯，同時(shí)采取預(yù)防性的酸性清洗措施。
　
☆　為了提高回收率，進(jìn)行石灰－純堿軟化預(yù)處理時(shí)，應(yīng)添加氧化鎂或鋁酸鈉以減少進(jìn)水中的SiO2濃度，同時(shí)確保軟化過(guò)程有效運(yùn)轉(zhuǎn)十分重要，以防止反滲透系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)難溶金屬硅酸鹽；
　
☆　 由于pH值低于7或pH值高于7.8，可以增加硅的溶解度，就防止硅的結(jié)垢而言，加酸或加堿可以提高水的回收率，但在高pH條件下，要防止CaCO3的沉淀；
　
☆　當(dāng)采用熱交換器增加進(jìn)水溫度時(shí)，就二氧化硅的結(jié)垢而言，可以顯著地提高水的回收率，但膜系統(tǒng)的最高允許溫度為45oC；
　
☆　 高分子量的聚丙烯酸脂阻垢劑可以用于增加二氧化硅的溶解度。

預(yù)防磷酸鈣結(jié)垢　

出現(xiàn)磷酸鈣結(jié)垢的情況不太普遍，但是自從反滲透用于市政廢水的處理時(shí)，情況就變了，目前，由于水資源的短缺，市政廢水循環(huán)再利用成為陶氏反滲透的最主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，伴隨這種大規(guī)模應(yīng)用領(lǐng)域的出現(xiàn)，必須采取針對(duì)磷酸鹽結(jié)垢的預(yù)防措施。
磷是自然界的豐度元素，存在于許多化合物中，在天然水和廢水中，含磷化合物的存在形成為：
　
☆顆粒狀磷酸鹽；
　
☆正磷酸鹽(PO43–)，根據(jù)pH值的不同，正磷酸鹽的表現(xiàn)形態(tài)為H3PO4，H2PO4–，HPO42–，和PO43–，在中性 廢水中，H2PO4–和HPO42–為主要成份；
　
☆聚合磷酸鹽，這是紡織品洗滌劑或其它洗滌產(chǎn)品中的重要成份，因所生產(chǎn)產(chǎn)品的種類(lèi)而異，一般含有2～7個(gè)磷原子；
　
☆有機(jī)磷，它是生命體的必需元素。
最常見(jiàn)的含磷礦為磷灰石，這是含有各種OH–，Cl–，和F–基團(tuán)的磷酸鈣，其它的含磷礦物質(zhì)有時(shí)含有鋁或鐵， 下列含磷化合物的溶解度偏低，會(huì)引起RO/NF的運(yùn)行出現(xiàn)結(jié)垢。

表1. 低溶解度含磷化合物（查表）

據(jù)報(bào)道，磷酸鈣和磷灰石在中性或堿性條件下，不易溶解，但可以溶解在酸中。磷酸鋁和磷酸鐵在中等酸性條件下，也不易溶解，這樣在預(yù)處理階段，除去鋁和鐵就十分重要，由于磷化學(xué)的復(fù)雜性，也就難以預(yù)測(cè)發(fā)生磷酸鹽垢的極限值。
為了降低磷酸鹽垢的風(fēng)險(xiǎn)，降低正磷酸根的同時(shí)還應(yīng)及其注重降低鈣、氟和鋁的濃度，市面上也有適宜的阻垢劑可供選擇。在北美一家市政廢水處理廠，對(duì)膜面上磷酸鹽垢的分析表明，主要成份為鈣和磷并伴有少量的鋁，可在pH2.4～2.8左右采用檸檬酸進(jìn)行清洗。
建議采用的預(yù)防措施是將進(jìn)水pH減低到6。

預(yù)防膠體和顆粒污堵

引言　

膠體和顆粒污堵可嚴(yán)重地影響反滲透元件的性能，如大幅度降低產(chǎn)水量，有時(shí)也會(huì)降低系統(tǒng)脫鹽率，膠體和顆粒污染的初期癥狀是系統(tǒng)壓差的增加。
反滲透進(jìn)水中的淤泥和膠體的來(lái)源有相當(dāng)大的差異，通常包括細(xì)菌、粘土、膠體硅和鐵的腐蝕產(chǎn)物。澄清池或介質(zhì)過(guò)濾器所用的預(yù)處理絮凝劑如聚合氯化鋁、三氯化鐵、陽(yáng)離子聚電解質(zhì)，會(huì)與微小的膠體和顆粒結(jié)合，聚集成大尺度絮凝體，以便于被填料介質(zhì)或?yàn)V芯截留住，這類(lèi)凝絮就使得人們對(duì)介質(zhì)過(guò)濾器和濾芯的孔徑要求降低了，仍能發(fā)揮出色的過(guò)濾效果。當(dāng)這些絮凝劑投加過(guò)量少許時(shí)，過(guò)量部分的絮凝劑本身之間會(huì)發(fā)生自凝聚生成大顆粒，可被過(guò)濾過(guò)程截留住，但應(yīng)特別注意的是，如果超極限投加極有可能在元件內(nèi)因被截留而污染膜表面。

判斷反滲透和納濾進(jìn)水膠體和顆粒污染程度的最好技術(shù)是測(cè)量進(jìn)水淤積指數(shù)(SDI值)，有時(shí)也稱(chēng)為污染指數(shù)(FI值)。它是設(shè)計(jì)RO/NF預(yù)處理系統(tǒng)之前應(yīng)該進(jìn)行測(cè)定的重要指標(biāo)，同時(shí)在RO日常操作時(shí)也需定時(shí)地檢測(cè)(地表水一般建議每天三次)。淤積指數(shù)的測(cè)定方法在美國(guó)材料工程協(xié)會(huì)ASTM標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法D 4189-82中已作了規(guī)定。

測(cè)量?jī)x器(向膜系統(tǒng)供應(yīng)商購(gòu)買(mǎi))
　
☆47 mm直徑測(cè)試膜盒
　
☆47 mm測(cè)試用膜片(孔徑0.45mm)
　
☆1～5bar(10～70psi)壓力表
　
☆調(diào)壓針型閥

測(cè)量步驟

1.　將測(cè)試膜片小心放在測(cè)試膜盒內(nèi)，用少許水潤(rùn)濕膜片，擰緊“O”形密封圈，將膜盒垂直放置，還應(yīng)注意膜片有正反面的區(qū)別

2.　調(diào)節(jié)進(jìn)水壓力至2.1bar(30psi)并立即計(jì)量開(kāi)始過(guò)濾500mL水樣的時(shí)間t0(通過(guò)連續(xù)不斷的調(diào)節(jié)，使進(jìn)水壓力始終保持不變)

3.　在進(jìn)水壓力為2.1bar(30psi)下連續(xù)過(guò)濾15分鐘

4.　15分鐘后繼續(xù)記錄過(guò)濾同樣500mL所需的時(shí)間t15，保留濾器上的膜片以便作進(jìn)一步的分析

計(jì)算
 當(dāng)t15是t0的4倍時(shí)，SDI15值是5。如果水樣完全將膜片堵塞住時(shí)，SDI15值為6.7。
設(shè)計(jì)導(dǎo)則要求保持SDI15小于等于5。實(shí)際證明降低SDI15的一些預(yù)處理技術(shù)包括介質(zhì)過(guò)濾器(如石英砂和無(wú)煙煤)，超濾和微濾。過(guò)濾器前通常添加聚電介質(zhì)提高脫除SDI15的能力。防止膠體污染的方法綜述如下。

 

介質(zhì)過(guò)濾

介質(zhì)過(guò)濾器可以除去顆粒、懸浮物和膠體，這是基于當(dāng)水流流過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的床層時(shí)，顆粒、懸浮物和膠體會(huì)附著在過(guò)濾介質(zhì)的表面。過(guò)濾出水水質(zhì)取決于雜質(zhì)和過(guò)濾介質(zhì)的大小、表面電荷和形狀、原水組成和操作條件等，設(shè)計(jì)和操作合理的話，通常經(jīng)過(guò)介質(zhì)過(guò)濾器處理就可以達(dá)到SDI15≤5。
水處理系統(tǒng)最常用的過(guò)濾介質(zhì)是石英砂和無(wú)煙煤，細(xì)砂過(guò)濾器石英砂顆粒有效直徑為0.35～0.5mm，無(wú)煙煤過(guò)濾器顆粒有效直徑為0.7～0.8mm，當(dāng)采用石英砂上填充無(wú)煙煤的雙介質(zhì)過(guò)濾器時(shí)，它允許懸浮物等雜質(zhì)進(jìn)入過(guò)濾層內(nèi)部，產(chǎn)生更有效的深層過(guò)濾而延長(zhǎng)清洗間隔。過(guò)濾介質(zhì)的最小設(shè)計(jì)總床層深度為0.8m，在雙介質(zhì)過(guò)濾器中，通常填充0.5m高的石英砂和0.4m高的無(wú)煙煤。

有兩種形式的過(guò)濾器，重力過(guò)濾和壓力過(guò)濾。因?yàn)閴毫V器筒體可耐壓，能用較高的過(guò)濾床層、較精細(xì)的過(guò)濾介質(zhì)粒徑和較高的過(guò)濾濾速，設(shè)計(jì)過(guò)濾流速通常小于10～20m/h，反洗流速40～50m/h。對(duì)高污染傾向的原水(如地表水、受污染的井水或廢水)，過(guò)濾流速必須小于10m/h(一般為5m/h)或采用二級(jí)介質(zhì)過(guò)濾器。操作過(guò)程中，待過(guò)濾的原水進(jìn)入濾器頂部，滲濾透過(guò)濾層，進(jìn)入底部的集水系統(tǒng)，當(dāng)壓力式濾器進(jìn)出口間壓差增加0.3～0.6bar，重力式濾器壓差增加1.4mH2O時(shí)，先反洗和然后正洗濾器以除去沉積物，反洗一般需要10分鐘以上，大直徑的濾器還須設(shè)置輔助氣源擦洗。必須避免頻繁地開(kāi)機(jī)和停機(jī)，因?yàn)槊看瘟魉俚募眳s變化會(huì)將原先已沉積在介質(zhì)上的物質(zhì)又釋放出來(lái)。介質(zhì)過(guò)濾的設(shè)計(jì)和操作運(yùn)行細(xì)節(jié)可以在相關(guān)文獻(xiàn)中獲得。

氧化－過(guò)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(jià)的鐵和錳，有時(shí)還會(huì)存在硫化氫和氨。如果對(duì)這類(lèi)水源進(jìn)行氯化處理，或當(dāng)水中含氧量超過(guò)5mg/L時(shí)，F(xiàn)e2+將轉(zhuǎn)化成Fe3+，形成難溶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 + 8 CO2
4Mn(HCO3) 2 + O2 + 2H2O　→　4Mn(OH) 3 + 8 CO2

由于鐵的氧化在很低的pH值時(shí)就會(huì)發(fā)生，因而出現(xiàn)鐵污染的情況要比錳污染的情況更多，即使SDI小于5，RO進(jìn)水的鐵含量低于0.1mg/L，仍會(huì)產(chǎn)生鐵污染問(wèn)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(huì)限制Fe2+的濃度。

處理這類(lèi)水源的一種方法是防止其在整個(gè)RO過(guò)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(shí)，最大允許Fe2+濃度4mg/L，另一方法是用空氣、Cl2或KMnO4氧化鐵和錳，將所形成的氧化物通過(guò)介質(zhì)過(guò)濾器除去，但需要注意的是，由硫化氫氧化形成的膠體硫可能難以由過(guò)濾器除去，在介質(zhì)過(guò)濾器內(nèi)添加氧化劑通過(guò)電子轉(zhuǎn)移氧化Fe2+，即可一步同時(shí)完成氧化和過(guò)濾。

海綠石就是這樣一種粒狀過(guò)濾介質(zhì)，當(dāng)其氧化能力耗盡時(shí)，它可通過(guò)KMnO4的氧化來(lái)再生，再生后必須將殘留的KMnO4完全沖洗掉，以防止對(duì)膜的氧化破壞。當(dāng)原水中含F(xiàn)e2+的量小于2mg/L時(shí)，可以采用這一處理方法，如原水中含更高的Fe2+時(shí)，可在過(guò)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(méi)有高錳酸鉀進(jìn)入膜元件內(nèi)。

Birm過(guò)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的過(guò)濾介質(zhì)，它對(duì)溶解氧和二價(jià)鐵之間的反應(yīng)起催化作用，使可溶性的二價(jià)鐵和錳形成沉淀，并且通過(guò)濾器反洗可將這些沉淀沖出濾器。由于該過(guò)程pH將升高，可能會(huì)發(fā)生LSI值的變化，因而要預(yù)防濾器內(nèi)和RO/NF系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)CaCO3沉淀。

在線過(guò)濾

如果過(guò)濾前對(duì)原水中的膠體進(jìn)行絮凝或助凝處理，可以大幅度地提高介質(zhì)過(guò)濾器降低SDI的效率，在線過(guò)濾可以用于SDI略高于5的水源，這種被稱(chēng)為在線絮凝或在線絮凝－助凝的方法在ASTM D4188標(biāo)準(zhǔn)中有詳細(xì)的表述。 原水中注入絮凝劑時(shí)經(jīng)過(guò)有效地混合，與膠體形成的微小絮狀物并能當(dāng)即就被介質(zhì)過(guò)濾器的介質(zhì)所截留住。
硫酸鐵和三氯化鐵可以用于對(duì)膠體表面的負(fù)電荷進(jìn)行失穩(wěn)處理，它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(wèn)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(duì)具體的項(xiàng)目確定加藥量。為了提高絮凝劑絮體的強(qiáng)度進(jìn)而改進(jìn)它們的過(guò)濾性能，或促進(jìn)膠體顆粒間的架橋，助凝劑與絮凝劑一起或單獨(dú)使用，助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(guò)不同的活性功能團(tuán)，它們可能表現(xiàn)為陽(yáng)離子性、陰離子性或中性非離子性。絮凝劑和助凝劑可能直接或間接地干擾RO膜，間接干擾是它們的反應(yīng)產(chǎn)物形成沉淀并覆蓋在膜面上，例如當(dāng)過(guò)濾器發(fā)生溝流而使絮凝劑絮體穿過(guò)濾器并發(fā)生沉積；當(dāng)使用鐵或鋁絮凝劑，但沒(méi)有立即降低pH值時(shí)，在RO階段會(huì)因進(jìn)水濃縮誘發(fā)過(guò)飽和現(xiàn)象，就會(huì)出現(xiàn)沉淀。還有在多介質(zhì)濾器后加入化合物也會(huì)產(chǎn)生沉淀反應(yīng)，最常見(jiàn)的是投加阻垢劑，幾乎所有的阻垢劑都是荷負(fù)電的，將會(huì)與水中陽(yáng)離子性的絮凝劑或助凝劑反應(yīng)。一些RO工廠曾被陽(yáng)離子聚電解質(zhì)和阻垢劑的反應(yīng)凝膠層所嚴(yán)重污染。
 
當(dāng)添加的聚合物本身影響膜導(dǎo)致通量的下降，這屬于直接的干擾，水的離子強(qiáng)度可能對(duì)絮凝劑或助凝劑與膜間的界面有影響，若是如此，苦咸水條件下的結(jié)果會(huì)不同于海水時(shí)的結(jié)果。為了消除RO/NF膜直接和間接的干擾，陰離子和非離子的助凝劑比陽(yáng)離子的助凝劑合適，同時(shí)還須避免過(guò)量添加。

絮凝－助凝　

當(dāng)原水所含懸浮物高，SDI很高時(shí)，最好采用傳統(tǒng)的混凝－助凝處理工藝，產(chǎn)生的氫氧化絮體在特別設(shè)計(jì)的反應(yīng)空間內(nèi)長(zhǎng)大沉淀，以淤泥形式排掉，上清液進(jìn)入多介質(zhì)濾器作進(jìn)一步的處理。在混凝－助凝過(guò)程中，可采用固體接觸型澄清器或緊湊的混凝－助凝反應(yīng)器，請(qǐng)參閱相關(guān)水處理教科書(shū)。

微濾或超濾　

微濾(MF)或超濾(UF)膜能除去所有的懸浮物，根據(jù)有機(jī)物分子量和膜截留分子量的大小，超濾還能除去一些有機(jī)物，如果設(shè)計(jì)和操作管理得當(dāng)，SDI可以小于1，此時(shí)將污染問(wèn)題從RO/NF膜轉(zhuǎn)移到MF或UF膜上了，并由微濾或超濾系統(tǒng)來(lái)解決，但是采用MF或NF作預(yù)處理之后，只是減輕了污染，RO/NF部分仍須考慮很多因素，例如膜元件選擇、排列和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，一般要求MF/UF的系統(tǒng)回收率要高，膜通量要高，可采用定期地正向或逆向反洗，實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。如果微濾和超濾膜材料能耐氯，如聚砜膜或陶瓷膜，還應(yīng)在清洗水中加氯防止生物污染。

濾芯式過(guò)濾　

每臺(tái)反滲透和納濾系統(tǒng)應(yīng)配置濾芯式保安過(guò)濾器，其孔徑的最低要求為小于10mm，它對(duì)膜和高壓泵起保護(hù)作用，防止可能存在的懸浮顆粒的破壞，通常它是預(yù)處理的最后一道，我們推薦使用孔徑小于等于5mm，預(yù)處理做得越好，RO/NF膜所需的清洗次數(shù)就越少。當(dāng)濃水中的硅濃度超過(guò)理論溶解度時(shí)，建議濾芯孔徑選擇1mm，以降低硅與鐵和鋁膠體的相互作用。

濾芯式濾器必須按制造商的建議選擇過(guò)濾流量，在壓降超過(guò)允許極限前及時(shí)更換，但最好不要超過(guò)三個(gè)月，由于清洗濾芯的效率較低并存在更高的生物污染的危險(xiǎn)性，不推薦選用可清洗濾芯式濾器。濾芯材料必須是非降解的合成材料，如尼龍或聚丙烯，濾器應(yīng)裝有壓力表指示壓降，以便表示濾芯上截留污染物的數(shù)量。
定期檢查用過(guò)的濾芯可幫助系統(tǒng)操作者獲得污染危險(xiǎn)警報(bào)和需要清洗的有用信息。如果濾芯式濾器壓差增加過(guò)快，表示預(yù)處理過(guò)程或水源可能出現(xiàn)問(wèn)題，在采取對(duì)策之前，濾芯式濾器僅提供某種程度地短暫保護(hù)。如果濾芯每1～3個(gè)月就得更換的話，說(shuō)明預(yù)處理部分存在某些問(wèn)題，濾芯式過(guò)濾器不是用來(lái)過(guò)濾大量雜質(zhì)的設(shè)備，不能設(shè)計(jì)選擇不當(dāng)?shù)脑挘粌H會(huì)產(chǎn)生昂貴的更換費(fèi)用，而且還會(huì)因?yàn)槟承┪镔|(zhì)極易穿透濾芯而導(dǎo)致膜系統(tǒng)過(guò)早的故障。當(dāng)然也可以考慮在過(guò)濾孔徑較小的濾芯式濾器的上游設(shè)置第二個(gè)更大孔徑的濾芯式濾器。

其它方法

除了前面提到的方法之外，還有一些其它方法用來(lái)防止膠體及顆粒污染。

【石灰軟化】可用于除硅，在結(jié)垢控制章節(jié)中已作了介紹，它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠去除鐵和膠體物質(zhì)。

【強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂軟化】不僅能脫除硬度，而且能夠降低常會(huì)污染膜的鐵和鋁的濃度，經(jīng)過(guò)軟化的水表現(xiàn)出比未軟化的水更低的污染傾向，因?yàn)槟z體通常含負(fù)電荷，這樣多價(jià)陽(yáng)離子能自發(fā)地促進(jìn)膠體的相互粘附。在濾芯式濾器上游或許需要設(shè)置可清洗的精密過(guò)濾器以避免發(fā)生這些情況，但不能代替更換型的濾芯濾器。

設(shè)計(jì)和操作考慮

防止膠體和顆粒污染不僅關(guān)系到合適的預(yù)處理技術(shù)，而且也涉及合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和操作，舉一個(gè)極端的例子，地表水可以采用絮凝－助凝或超濾進(jìn)行預(yù)處理，RO統(tǒng)可以以很高的通量運(yùn)行，幾乎無(wú)需清洗，但如果是相同水源，僅采用濾芯式過(guò)濾，那么，RO就會(huì)需要更多的膜面積，而膜本身還會(huì)需要更頻繁的清洗和維護(hù)，一個(gè)不良的預(yù)處理只能依靠使用和更換更多的膜元件、調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)或更頻繁更嚴(yán)厲的清洗來(lái)彌補(bǔ)。但改善前處理可以節(jié)省膜的費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用。

 

預(yù)防膜生物污染

引言

所有的原水均含有微生物：即細(xì)菌、藻類(lèi)、真菌、病毒和其它高等生物。細(xì)菌的一般尺寸為1～3mm，微生物可以看成是膠體物質(zhì)，可以按防止膠體污染一節(jié)討論的預(yù)處理方法進(jìn)行除去，但它與無(wú)生命的顆粒不同之處在于他們有繁殖能力，在適宜的生存條件下形成生物膜。
微生物進(jìn)入反滲透系統(tǒng)之后，找到了水中溶解性的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物，這些有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物伴隨反滲透過(guò)程的進(jìn)行而濃縮富集在膜表面上，成為形成生物膜的理想環(huán)境與過(guò)程。膜元件的生物污染將嚴(yán)重影響反滲透系統(tǒng)的性能，出現(xiàn)進(jìn)水至濃水間壓差的迅速增加，導(dǎo)致膜元件發(fā)生“望遠(yuǎn)鏡”現(xiàn)象與機(jī)械損壞以及膜產(chǎn)水量的下降，有時(shí)甚至在膜元件的產(chǎn)水側(cè)也會(huì)出現(xiàn)生物污染，導(dǎo)致產(chǎn)品水受污染。

一旦出現(xiàn)生物污染并產(chǎn)生生物膜，清洗就非常困難。因?yàn)樯锬つ鼙Ｗo(hù)微生物受水力的剪切力影響和化學(xué)品的消毒作用，此外，沒(méi)有被徹底清除掉的生物膜將引起微生物的再次快速的滋生。因此微生物的防治是預(yù)處理過(guò)程中最主要的任務(wù)。地表水比井水出現(xiàn)生物污染的機(jī)會(huì)要多得多，這就是為什么地表水、海水、廢水更難處理的主要原因。以下章節(jié)將討論這種污染出現(xiàn)的可能性和針對(duì)生物污染應(yīng)采取的措施。

生物污染評(píng)估方法

培養(yǎng)法

水中細(xì)菌的濃度與該水源生物污染可能性是有直接關(guān)系的，細(xì)菌總數(shù)(TBC)是水樣中已有微生物總數(shù)量的定量表示值，按照ASTM F60規(guī)定的方法，用膜過(guò)濾方式過(guò)濾一定量的水樣來(lái)確定細(xì)菌總數(shù)。將截留在過(guò)濾介質(zhì)表面的 生物組織，置于一定的營(yíng)養(yǎng)物中進(jìn)行培養(yǎng)，形成菌落，通過(guò)低倍放大鏡就可以觀察到并對(duì)菌落進(jìn)行計(jì)數(shù)。
這一方法的主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需昂貴的儀器設(shè)備就可以進(jìn)行，但是測(cè)定結(jié)果要等到7天之后才能得出，被計(jì)數(shù)的菌落也僅為實(shí)際活微生物總量的1～10%左右。然而，培養(yǎng)技術(shù)仍然是表示微生物污染可能性程度和趨勢(shì)的有效方法。它可以用于觀察進(jìn)水、濃水和產(chǎn)水中的情況。如果濃水中總細(xì)菌數(shù)增加，就表明膜元件內(nèi)出現(xiàn)了生物膜污染。

直接細(xì)菌計(jì)數(shù)

直接計(jì)數(shù)技術(shù)采取先過(guò)濾水樣，然后在顯微鏡下直接對(duì)截留在過(guò)濾介質(zhì)上的微生物進(jìn)行計(jì)數(shù)。為了使得微生物能夠觀察到，必須對(duì)微生物用沙黃進(jìn)行著色，然后在透光螢光顯微鏡下進(jìn)行計(jì)數(shù)。這樣總微生物的精確數(shù)量就可以立刻獲得，微生物的類(lèi)型可以從沉積顆粒上進(jìn)行區(qū)分。但是細(xì)胞組織的死活情況就無(wú)法進(jìn)行區(qū)分。這時(shí)要采用INT技術(shù)，INT出現(xiàn)著色減少的地方就是被活細(xì)胞富集所致，這樣可以使用相差與微分干擾顯微鏡，從死細(xì)胞中區(qū)分出活細(xì)胞來(lái)。因?yàn)樗扰囵B(yǎng)法更快更精確，應(yīng)優(yōu)先選擇直接細(xì)菌計(jì)數(shù)法。

生物膜檢測(cè)

未經(jīng)處理的原水、膜裝置進(jìn)水和濃水中的微生物含量是評(píng)估潛在生物污染的重要指標(biāo)。但其它因素如營(yíng)養(yǎng)成份的濃度和種類(lèi)、操作參數(shù)也決定了生物膜的發(fā)展，某些研究者開(kāi)展生物膜形成的研究表明，人們還沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)清楚生物膜，早期確認(rèn)產(chǎn)生生物膜的最好辦法是觀察進(jìn)水中試樣的表面，即所謂“Robbin試樣”，它是將小型試樣置于水樣中的一個(gè)簡(jiǎn)單的裝置，這些安置在表面的試樣可以按一定時(shí)間間隔移走，檢查所附著的細(xì)菌情況。實(shí)際系統(tǒng)操作過(guò)程中，定期仔細(xì)地檢查保安濾器濾芯以及進(jìn)水和濃水管內(nèi)表面，也是有效的做法，當(dāng)出現(xiàn)粘泥和異味時(shí)就表明有微生物污染。

其它方法

可以用Werner方法估計(jì)某一水源細(xì)菌出現(xiàn)的可能性，它是樣品進(jìn)行移植的方法。水樣經(jīng)過(guò)濾并滅菌，然后加入滅菌過(guò)的無(wú)機(jī)鹽營(yíng)養(yǎng)液，用滅菌過(guò)的過(guò)濾器過(guò)濾水樣，再?gòu)脑撨^(guò)濾介質(zhì)表面沖洗下來(lái)一定體積細(xì)菌懸浮物進(jìn)行移植培養(yǎng)。用光散射的方法，定量地根據(jù)濃度的增加來(lái)確定細(xì)菌的產(chǎn)生速率。別的方法還有測(cè)量可吸收有機(jī)碳或生物可降解有機(jī)碳的含量。

氯滅菌

長(zhǎng)久以來(lái)，氯作為滅菌劑處理市政、工業(yè)給水和廢水，這是因?yàn)樗苁乖S多致病微生物快速失活。氯的效率取決于氯的濃度，接觸時(shí)間和水的pH值。它常用在對(duì)飲用水進(jìn)行滅菌消毒上，一般余氯濃度為0.5ppm，在工業(yè)水處理流程中，通過(guò)維持水中余氯濃度0.5～1.0ppm以上就可預(yù)防熱交換器和砂濾器上的微生物污染，氯加藥量取決于進(jìn)水中有機(jī)物的含量，因?yàn)橛袡C(jī)物會(huì)耗氯。針對(duì)地表水，通常需要在反滲透預(yù)處理部分采用氯消毒以防止微生物的污染，方法是在取水口加氯，并維持20～30分鐘的反應(yīng)時(shí)間，讓整個(gè)預(yù)處理管線內(nèi)保持0.5～1.0ppm余氯濃度。但在進(jìn)入膜元件之前必須經(jīng)過(guò)徹底地脫氯處理，防止膜受到氯的氧化破壞。

氯化反應(yīng)

常用的含氯消毒劑為氯氣、次氯酸鈉或次氯酸鈣。在水中，它們迅速水解成次氯酸。
　次氯酸在水中會(huì)分解氫離子和次氯酸根離子：
　Cl2、NaOCl、Ca(OCl)2、HOCl和OCl–的總和稱(chēng)為自由氯(FAC)或殘留余氯(FRC)，并以mg/L Cl2計(jì)，正如以下將討論的那樣，氯與水中氨類(lèi)物質(zhì)反應(yīng)將形成氯胺，這類(lèi)氯胺化合物被稱(chēng)為結(jié)合氯(CAC)或結(jié)合余氯(CRC)，余氯和結(jié)合氯的總和稱(chēng)為總殘留氯(TRC)。
　余氯的殺菌效率與未分解的HOCl的濃度成正比，次氯酸比次氯酸根的殺菌效力要高100倍，未解離次氯酸的比例隨pH值的降低而增加。

氯的投加量

加入的一部分氯與水中氨氮發(fā)生反應(yīng)，按下列反應(yīng)步驟形成結(jié)合氯：
HOCl + NH3 &szlig;àNH2Cl(一氯胺) + H2O　　　(6)
HOCl + NH2Cl &szlig;à NHCl2(二氯胺) + H2O　(7)
HOCl + NHCl2 &szlig;à NCl3(三氯胺) + H2O　　(8)
上述反應(yīng)主要取決于pH和氯/氮的質(zhì)量比，氯胺也有殺菌作用，但是要低于氯的效果。另一部分的氯氣轉(zhuǎn)變成非活性氯，這部分的需氯量取決于還原劑如亞硝酸鹽、氯化物、硫化物、二價(jià)鐵和錳等，水中有機(jī)物的氧化反應(yīng)也要耗氯。

海水加氯處理

與苦咸水中的情況不同，通常海水中含有65mg/L左右的溴，當(dāng)海水進(jìn)行氯的化學(xué)處理時(shí)，溴會(huì)與次氯酸快速反應(yīng)生產(chǎn)次溴酸
　這樣對(duì)海水進(jìn)行氯的處理時(shí)，起殺菌作用的主要是HOBr而不是HOCl，次溴酸會(huì)分解成次溴酸根離子。
　HOBr的分解程度比HOCl的分解程度低，在pH8時(shí)，僅有28%的HOCl不會(huì)分解，但卻有83%的HOBr是不會(huì)分解的。換句話說(shuō)，針對(duì)海水在高pH條件下，仍比在苦咸水時(shí)的殺菌效果好，次溴酸和次溴酸根離子會(huì)干擾余氯的側(cè)定，包含在余氯測(cè)量值內(nèi)。
HOBr與其它化合物的反應(yīng)與HOCl的反應(yīng)情況相類(lèi)似，溴胺和含溴化合物為其反應(yīng)產(chǎn)物。

脫氯　

當(dāng)采用FT30膜元件時(shí)，為了防止膜被氧化，RO的進(jìn)水應(yīng)進(jìn)行脫氯處理。在出現(xiàn)明顯的脫鹽下降之前，F(xiàn)T30膜具有一種程度的抗氯性，大約為與1ppm余氯接觸200～1,000小時(shí)后，可能會(huì)出現(xiàn)膜的降解(簡(jiǎn)稱(chēng)200~1,000ppm hr的抗氯能力)。氯對(duì)膜的攻擊速率取決于進(jìn)水特征，在堿性條件下，氯的攻擊速度比在中性或酸性條件下快。不管怎樣，采用氯化滅菌工藝的話，酸性pH條件更為適宜，當(dāng)重金屬含量高（如鐵）、高水溫條件，氯的攻擊也會(huì)加快，它們催化了膜的降解反應(yīng)。有經(jīng)驗(yàn)的工程公司和用戶(hù)了解到，其它生產(chǎn)商銷(xiāo)售的聚酸胺反滲透和納濾膜元件本質(zhì)上完全不能耐氯，F(xiàn)T30優(yōu)異的耐氯性能要?dú)w功于其更厚的脫鹽層(大約0.2mm)和FT30聚酰胺脫鹽層的全芳香高交聯(lián)度的顯著特點(diǎn)，假如使用FT30反滲透膜系統(tǒng)流程中的脫氯部分出現(xiàn)故障，但又能及時(shí)地、在膜性能出現(xiàn)下降之前排除脫氯設(shè)備故障，膜被完全破壞的情況不會(huì)發(fā)生。
FT30對(duì)氯胺的承受能力是300,000ppm.hr，這就意味著脫除氯胺是沒(méi)有必要的，但是因?yàn)槁劝肥怯捎趯奔尤胨信c氯反應(yīng)形成的，反應(yīng)結(jié)束后仍有可能存在余氯，所以仍應(yīng)該采取脫氯措施。

余氯可以通過(guò)活性炭或化學(xué)還原劑將其還原成無(wú)害的氯離子，由下述反應(yīng)可知，活性炭柱是非常有效的對(duì)RO進(jìn)水脫氯：
焦亞硫酸鈉(SMBS)是最常用的去除余氯以及抑制微生物活性的化學(xué)品，其它的還原劑如二氧化硫并未被證明比SMBS更有成本的優(yōu)勢(shì)：
當(dāng)它溶于水中時(shí)，SMBS形成亞硫酸氫鈉(SBS)
　SBS然后還原次氯酸：
　　根據(jù)理論計(jì)算1.34mg的SMBS可以脫除1.0mg的余氯，但是在工程實(shí)踐中，每脫除1.0mg的余氯需要加入3.0mg的SMBS。
在干燥陰冷的貯存條件下，固體SMBS的有效期為4～6個(gè)月，但在水溶液中，亞硫酸氯鈉(SBS)會(huì)隨時(shí)與空氣中的氧發(fā)生氧化還原反應(yīng)，根據(jù)所配制的溶液濃度的不同，溶液的有效期為：

溶液濃度( wt % )
 2
 10
 20
 30最長(zhǎng)有效期
 3 天
 1 周
 1 個(gè)月
 6 個(gè)月
 

SMBS必須是食品級(jí)，不含雜質(zhì)，還需是未經(jīng)過(guò)鈷活化過(guò)的產(chǎn)品，雖然脫氯本身速度很快，但仍應(yīng)與待處理的水有完全的混合，建議的加藥點(diǎn)設(shè)置靜態(tài)混合器。為了保證保安濾器濾芯仍處在余氯的滅菌保護(hù)之下時(shí)，注入點(diǎn)可以設(shè)置在保護(hù)安濾器的出口處。此時(shí)，要求加入的SMBS溶液要經(jīng)過(guò)過(guò)濾。不能讓經(jīng)過(guò)脫氯的水在水箱內(nèi)貯存時(shí)間太長(zhǎng)。
在混合點(diǎn)的下游管線上，可以安裝氧化－還原電極，監(jiān)測(cè)氯是否被脫除掉，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有余氯時(shí)，檢測(cè)電極應(yīng)能發(fā)出信號(hào)停掉高壓泵。

沖擊式殺菌處理

沖擊處理方式是在有限的時(shí)間段內(nèi)以及水處理系統(tǒng)正常操作期間，向反滲透或納濾的進(jìn)水中加入殺菌劑，亞硫酸氫鈉常常被用于這種處理目的，有一般情況下，500～1,000ppm的NaHSO3加入30分鐘左右即可。

周期性消毒　

除了連續(xù)地向原水加入殺菌劑外，也可以定期對(duì)系統(tǒng)消毒以控制生物污染。這種處理方法用于存在中等生物污染危害的系統(tǒng)上，但在有高度生物污染危害的系統(tǒng)，消毒僅是進(jìn)行連續(xù)殺菌劑處理的輔助方法。進(jìn)行預(yù)防性的消毒比進(jìn)行糾正性殺菌更為有效，因?yàn)楣铝⒏街募?xì)菌比厚實(shí)、老化的生物膜要容易被殺死和清除掉。
一般的消毒間隔是每月一次，但有嚴(yán)格衛(wèi)生要求的系統(tǒng)(如制藥工藝用水)和高污染原水(例如廢水)也許會(huì)每天一次，當(dāng)然膜的壽命受到所用化學(xué)品種類(lèi)、濃度的影響，經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的消毒，可能會(huì)縮短膜壽命。

其它方法

微濾或超濾
它們具有除去微生物，特別是藻類(lèi)的優(yōu)勢(shì)，藻類(lèi)有時(shí)是難以由標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)過(guò)濾工藝過(guò)程除去的，MF/UF必須采用耐氯的材質(zhì)制成，經(jīng)受得起定期的消毒。

硫酸銅
能夠用于控制生物生長(zhǎng)，一般情況下，連續(xù)加入CuSO4的濃度為0.1～0.5mg/L，但不推薦廣泛地使用CuSO4，原因如下：

☆商品CuSO4可能含有雜質(zhì)，它對(duì)RO膜有損壞可能

☆CuSO4和Cu(OH)2在一定的pH范圍之外會(huì)產(chǎn)生沉淀，導(dǎo)致RO的污染，使得CuSO4效果不佳。

☆Cu2+離了對(duì)環(huán)境有害

☆CuSO4僅對(duì)有限的微生物有效(如藻類(lèi))，但對(duì)大多類(lèi)細(xì)菌效果甚微

☆某些國(guó)家的環(huán)保法規(guī)限制對(duì)銅鹽的排放總量，如果某一特定反滲透水廠需用它控制生物時(shí)，就難以更換成其它的化學(xué)品。

臭氧

比氯的氧化性更強(qiáng)，但它能快速分解，因此，需要維持一定量的水平才能殺滅微生物，同時(shí)還要考慮所用設(shè)備的耐臭氧能力，通常應(yīng)選用不銹鋼。為了保護(hù)膜元件，必須仔細(xì)認(rèn)真地脫除臭氧。紫外照射可以成功地達(dá)到這一目標(biāo)。

紫外照射

254納米的紫外光被證明有殺菌作用，它已經(jīng)在小型水廠得到應(yīng)用，它不需要向水中加入化學(xué)品，設(shè)備維護(hù)要求低，僅需定期的清洗或更換水銀蒸汽燈管。但紫外照射處理的適用情況非常有限，僅適用于較干凈的水源，因?yàn)槟z體和有機(jī)物會(huì)影響光輻射的穿透。

亞硫酸氫鈉
 
當(dāng)其濃度在海水淡化系統(tǒng)的進(jìn)水中達(dá)到50mg/L時(shí)，控制生物污染就有效果。通過(guò)這種方法，還可以減少膠體污染。由于亞硫酸的酸性反應(yīng)生成氫離子，因而無(wú)需加酸控制碳酸鈣，這是亞硫酸的一個(gè)額外優(yōu)點(diǎn)。
HSO3- → H+ + SO42-　　(14)

粒狀活性炭(GAC)

人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)活性炭過(guò)濾作為預(yù)處理時(shí)有細(xì)菌再脫落的危險(xiǎn)，導(dǎo)致膜的生物污染，活性炭?jī)?nèi)孔表面積大，會(huì)吸附有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物，使得活性炭過(guò)濾器將促進(jìn)生物滋生，僅當(dāng)這類(lèi)過(guò)濾器運(yùn)行的流速足夠低(2～10m/hr)并有足夠高的床層高度(2～3m)時(shí)，所有的生物活動(dòng)才會(huì)僅僅發(fā)生在濾層的上部區(qū)域，這樣過(guò)濾后的產(chǎn)水就幾乎不含細(xì)菌和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)了，這一設(shè)計(jì)技巧被廣泛地用于公共水務(wù)工程的設(shè)計(jì)中。另一個(gè)值得注意的現(xiàn)象是如果進(jìn)水經(jīng)過(guò)臭氧處理后再進(jìn)入活性炭過(guò)濾器的話，則會(huì)促進(jìn)活性炭過(guò)濾器上的微生物活動(dòng)。
在限定的區(qū)域采用促進(jìn)微生物生長(zhǎng)的策略，而不是企圖殺滅它們，或許是一種控制膜生物污染的有效途徑之一，但到目前為止，積累的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)仍很少。

預(yù)處理的設(shè)計(jì)和操作
為了防止膜受生物的污染，從取水到膜裝置本體的整個(gè)系統(tǒng)，必須保持干凈而衛(wèi)生的狀態(tài)。

選用抗污染膜元件
FILMTEC FR(抗污染)膜元件能顯著地減少或延緩生物污染的發(fā)生，請(qǐng)參閱相關(guān)章節(jié)或與陶氏液體分離部代表 聯(lián)絡(luò)，以獲得更多FILMTEC FR膜元件及其應(yīng)用資訊。

預(yù)防有機(jī)物污染

有機(jī)物在膜表面上的吸附會(huì)引起膜通量的損失，特別嚴(yán)重的情況下會(huì)出現(xiàn)不可逆的通量損失。當(dāng)高分子量的有機(jī)物是憎水性的或帶正電荷時(shí)，這種吸附過(guò)程更易進(jìn)行；當(dāng)pH>9時(shí)，膜表面及有機(jī)物均呈負(fù)電荷，因而，高pH值將有利于防止有機(jī)物污染。但以乳化態(tài)出現(xiàn)的有機(jī)物會(huì)在膜表面形成有機(jī)污染薄層，引發(fā)嚴(yán)重的膜性能衰減，必須在預(yù)處理部分除去。
在天然水體中存在的有機(jī)物主要為腐植酸類(lèi)物質(zhì)，其以TOC含量計(jì)通常在0.5至20mg/L，當(dāng)TOC超過(guò)3mg/L時(shí)，預(yù)處理部分應(yīng)作專(zhuān)門(mén)的脫除有機(jī)物的考慮.　當(dāng)進(jìn)入RO的進(jìn)水中油(碳?xì)浠衔锘蚬杌?lèi))和油脂含量超過(guò)0.1mg/L時(shí)，必須采用絮凝或活性炭過(guò)濾。這些有機(jī)物質(zhì)會(huì)隨時(shí)吸附到膜表面上，然而，如果由此引起的通量值下降不超過(guò)15%時(shí)，它們能被堿性的清洗劑清洗掉。在廢水處理應(yīng)用中，脫除和濃縮有機(jī)物是主要目標(biāo)，有機(jī)物含量即使在百分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)仍可以進(jìn)行處理，這要取決于有機(jī)物的種類(lèi)，而且需要針對(duì)每一個(gè)具體的對(duì)象進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

預(yù)防膜本身的降解
除了RO進(jìn)水中某些物質(zhì)對(duì)膜有污染外，還需要考慮膜材料本身對(duì)這些物質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性。一般情況下，所有的氧化劑對(duì)聚酰胺類(lèi)復(fù)合膜均有損害作用，必須采用“預(yù)防膜生物污染”一節(jié)中所介紹的脫氯方法將它們脫除掉，其它化學(xué)品只要呈溶解狀態(tài)，不會(huì)聚集成有機(jī)相，在pH2～11范圍內(nèi)，與其接觸，膜元件對(duì)大多數(shù)化學(xué)品是穩(wěn)定的。

預(yù)防鐵和錳的污堵

一般地，含鹽量為苦咸水范圍的某些井水水源是呈還原態(tài)的，這類(lèi)水源的典型特點(diǎn)是含有二價(jià)鐵離子和錳離子，此時(shí)膜發(fā)生污堵的主要原因之一就是鐵、鋁和淤泥(硅酸鐵或硅酸鋁)，如果對(duì)這類(lèi)水源進(jìn)行加氯處理，然后進(jìn)行脫氯處理或水中含氧量達(dá)到5ppm以上，二價(jià)鐵就會(huì)轉(zhuǎn)化成三價(jià)鐵，并形成難溶性的膠體氫氧化物顆粒。

因?yàn)殍F氧化發(fā)生的pH值更低，使得鐵污堵出現(xiàn)的頻度比錳污堵要高得多。即使SDI15小于5，反滲透進(jìn)水中的亞鐵含量低于0.1mg/L，仍然會(huì)出現(xiàn)污堵問(wèn)題。由于FeCO3的溶度積低，而Fe2+的濃度則受到FeCO3溶解度的制約，通常堿度低的水源含鐵的濃度比堿度高的水源要高。
引起膜面上沉積可溶性的二價(jià)鐵和相關(guān)三價(jià)鐵的污染物的可能情況為：
　
☆氧氣進(jìn)入到含二價(jià)鐵的進(jìn)水中；
　
☆高堿度水源形成FeCO3；
　
☆鐵與硅反應(yīng)形成難溶性的硅酸鐵；
　
☆受鐵還原細(xì)菌氧化作用影響，將會(huì)加劇生物膜的滋生和鐵垢的沉積；
　
☆由含鐵絮凝劑轉(zhuǎn)變引起的膠體狀鐵；
　
☆來(lái)自鋼管或其它部件腐蝕產(chǎn)物的沉淀；

☆含二價(jià)鐵的水源與含H2S的水源混合，形成黑色難溶硫化鐵FeS。
處理這類(lèi)水源的一種方法是防止整個(gè)系統(tǒng)與空氣或任何氧化劑(如氯)的接觸，低pH值有利于抑制Fe2+的氧化，當(dāng)pH<6，氧<0.5mg/L時(shí)，最大允許Fe2+濃度為4mg/L，下表羅列了幾種除去亞鐵或鐵離子以及防止鐵的污堵的方法。

方式
 說(shuō)明
 
離子交換軟化
 
采用陽(yáng)樹(shù)指軟化可以從水中除去溶解狀鐵，脫除效率取決于鐵的種類(lèi)，F(xiàn)e2+和Fe3+可以十分有效的被強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂所吸附，但當(dāng)進(jìn)水中其含量超過(guò)0.05ppm時(shí)，會(huì)污染離子交換樹(shù)脂并對(duì)樹(shù)脂有催化降解作用。膠體或有機(jī)物－鐵復(fù)合物通常完全不能被離子交換所吸附，仍殘留在離子交換出水中，其顆粒的大小、離子交換運(yùn)行流速和離子交換床層深度則決定了它們能否被樹(shù)脂本身所過(guò)濾掉。

當(dāng)處理亞鐵含量高的水源時(shí)，人們必須特別關(guān)注鐵污堵，有報(bào)道稱(chēng)，添加焦亞硫酸鈉可以防止樹(shù)脂受鐵的污染。
 
絮凝
 在線絮凝可以脫除亞鐵
 
阻垢劑
 一些阻垢劑對(duì)防止Fe污染有效，最大允許Fe含量因阻垢劑品牌的不同而不同。
 

【充氣】

【加氯處理】

【臭氧處理】
 經(jīng)過(guò)氧化反應(yīng)和緊接的過(guò)濾可以除去鐵和錳。但即使在較高的pH值條件下，希望通過(guò)加氣能有效脫除二價(jià)錳的氧化反應(yīng)太慢。為了提高脫除效率，常常采用高錳酸鉀或ClO2氧化二價(jià)錳。

【充氣】利用空氣可以將溶解態(tài)鐵轉(zhuǎn)化成難溶性鐵，但當(dāng)水中含有高濃度的二氧化碳時(shí)，會(huì)形成非常微小的膠體狀鐵沉淀，過(guò)濾脫除十分困難。

【加氯處理】次氯酸鈉或漂白粉投加到進(jìn)水中用于將Fe2+氧化成Fe3+，經(jīng)氧化的進(jìn)水再通過(guò)多介質(zhì)過(guò)濾器將Fe3+過(guò)濾掉。
 
同步氧化過(guò)濾

◇　錳砂

◇　軟錳礦MnO2

◇　專(zhuān)門(mén)產(chǎn)品(Birm等)
 
通過(guò)電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，采用能氧化Fe2+的過(guò)濾介質(zhì)，可以使氧化和過(guò)濾同時(shí)完成，錳砂就是這類(lèi)粒狀介質(zhì)，干燥狀態(tài)時(shí)，錳砂為海綠礦石，當(dāng)其失去氧化能力時(shí)，可以用KMnO4進(jìn)行再生。再生后再次投入運(yùn)行時(shí)，必須充分地沖洗掉KMnO4，以防止其對(duì)膜的氧化損傷，當(dāng)水中Fe2+的含量小于2mg/L時(shí)，可以采用這一工藝過(guò)程；但當(dāng)水源Fe2+含量高時(shí)，KMnO4應(yīng)連續(xù)不斷地加入到錳砂過(guò)濾器的進(jìn)水中，但應(yīng)千萬(wàn)注意，必須采取有效防范措施，確保高錳酸不會(huì)接觸到膜面上，例如可在錳砂濾器之后按裝活性炭過(guò)濾器。
Birm過(guò)濾可從RO進(jìn)水中高效地脫除Fe2+，當(dāng)采用Birm過(guò)程時(shí)，pH值會(huì)增加，結(jié)果LSI值會(huì)隨之發(fā)生變化，此時(shí)應(yīng)采取措施防止CaCO3在過(guò)濾器和RO系統(tǒng)中發(fā)生沉淀。
 
氧化—MF/UF過(guò)濾
 這是相當(dāng)新的處理技術(shù)，經(jīng)過(guò)氧化形成的鐵和錳顆粒可以經(jīng)過(guò)MF/UF除去。
 

在反滲透的第一段和最后一段常常發(fā)生硅酸鋁的污堵，低濃度的鋁(例如50ppb)就會(huì)引起系統(tǒng)性能的下降，原因如下：

1)　鋁會(huì)與硅反應(yīng)，即使硅濃度較低(10ppm)同樣會(huì)導(dǎo)致硅酸鋁污堵，因此在預(yù)處理部分使用含鋁的化合物將顯著地增加鋁污堵的風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)，建議不要使用含鋁的產(chǎn)品，而是使用含鐵的產(chǎn)品。

2)　低pH(<7)將影響鋁的溶解度，根據(jù)原水組成，只要不會(huì)形成碳酸垢污染，建議系統(tǒng)運(yùn)行pH在7～9之間。

3)　聚合物類(lèi)阻垢劑(如丙烯酸類(lèi))對(duì)鐵和錳等重金屬更為敏感，因此選擇適宜的阻垢劑十分重要，否則，阻垢劑就會(huì)失去作用(即阻垢劑本身中毒)，從而出現(xiàn)膜的結(jié)垢現(xiàn)象或出現(xiàn)阻垢劑本身的污堵。阻垢劑本身的污堵產(chǎn)物將會(huì)成為微生物的養(yǎng)份，進(jìn)而發(fā)生生物污染。

4)　微細(xì)淤泥/砂粒，處理部分應(yīng)當(dāng)設(shè)置多介質(zhì)過(guò)濾器、超濾或微濾以除去淤泥/砂粒，有時(shí)還需要使用絮凝劑讓它們變大以提高多介質(zhì)濾器或微濾/超濾的脫除效率。
當(dāng)不在原水中投加絮凝劑和阻垢劑時(shí)，一般允許進(jìn)水中鐵、錳和鋁的指標(biāo)如下：

成份
 最大含量(ppm)
 條件
 
亞鐵
 4
 pH<6，氧<0.5ppm
 
鐵和錳
 0.05
 
 
鋁
 0.05
 
 

注：由于絮凝劑和材料腐蝕也會(huì)引起鐵和鋁的污堵，必須在保安濾器進(jìn)水或出水中分析這些離子的含量。

含H2S水源的處理

一般地，含鹽量為苦咸水范圍的某些井水水源是呈還原態(tài)的，有時(shí)這類(lèi)水源含有硫化氫，當(dāng)不存在氧時(shí)，硫化氫表現(xiàn)為溶解性氣體。由硫化氫引發(fā)的膠體硫極難清洗，受污染的元件性能下降嚴(yán)重，例如產(chǎn)水量和脫鹽率降低。膠體硫污染的早期信號(hào)常常是系統(tǒng)壓差增加，當(dāng)有二價(jià)鐵存在時(shí)，還會(huì)與硫化氫反應(yīng)生成硫化鐵污染污染，只要按照FilmTec清洗導(dǎo)則選用磷酸清洗就可達(dá)到有效地清洗。
避免膠體硫或硫化物污堵的建議如下：

1)　通過(guò)添加亞硫酸氫鈉等還原劑維持系統(tǒng)的絕氧狀態(tài)；

2)　對(duì)進(jìn)水脫氣以除去H2S，既可以設(shè)置在膜系統(tǒng)的上游，也可以設(shè)置在下游，如果RO/NF系統(tǒng)不能保證H2S呈溶解氣體狀態(tài)，則建議將脫氣設(shè)置在膜系統(tǒng)上游（進(jìn)水側(cè)），如果產(chǎn)水輸送系統(tǒng)中不能保證H2S呈溶解氣體狀態(tài)，則建議將脫氣設(shè)置在下游(產(chǎn)水側(cè))；

3)　將H2S氧化成難溶硫，此時(shí)可以使用空氣、氯或高錳酸鉀，難溶硫可以通過(guò)多介質(zhì)濾器或絮凝和UF/MF組合處理工藝：
2H2S + O2→2H2O + 2S