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水處理知識

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水處理設備常見預處理方法的選擇

日期：2020-7-8 來源：東莞海源水處理

水處理設備常見預處理方法的選擇

1.混凝-絮凝

(1) 功能和目的

混凝是指向水中投加一定劑量的化學藥劑，這些化學藥劑在水中發生水解，和水中的膠體粒子互相碰撞，發生電性中和，產生吸附、架橋和網捕作用，從而形成大的絮體顆粒，并從水中沉降，起到了降低顆粒懸浮物和膠體的作用。

有時單獨采用混凝劑不能達到預期的效果時，可以投加輔助藥劑以提高混凝的效果，這種輔助藥劑稱之為助凝劑，助凝劑本身不能產生像混凝劑一樣的作用，只能起到改善絮體結構，使絮體顆粒增大、強韌和沉重。因此單獨采用助凝劑不能起到很好的效果。

(2) 常用混凝絮、凝藥劑

常用的混凝劑種類很多，工業上常用的一般為無機鹽類混凝劑和無機高分子混凝劑。無機鹽類混凝劑主要有三氯化鐵和硫酸亞鐵。無機高分子混凝劑主要有堿式氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（PFS）和聚合硫酸鋁（PAS）。其中，以三氯化鐵和堿式氯化鋁最為常用。

值得注意的是，混凝劑在水中的混凝作用會受 pH、劑量、水溫及水質等諸多因素的影響，選擇合適的混凝劑及投加劑量需要結合小試燒杯實驗加以確定。

下表中給出了常見混凝劑在水中的最佳 pH 值范圍。

混凝劑的適用 pH 表
名稱		分子式	代號	適用 pH 值
鋁鹽	硫酸鋁	Al2(SO4)3·H2O	AS	6.0～8.5
	氯化鋁	AlCl3·6H2O	AC	6.0～8.5
	硫酸鋁鉀	K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O	MICS	6.0～8.5
鐵鹽	硫酸亞鐵	FeSO4·7H2O	-	8.0～11.0
	硫酸鐵	Fe2(SO4)3	FS	4.0～11.0
	氯化鐵	FeCl3·H2O	FC	4.0～11.0

常用絮凝劑一般為有機高分子物質，主要有聚丙烯酰胺（PAM）和陽離子型聚合物。其中陽離子型聚合物雖然具有優良的助凝效果，但價格昂貴，因此應用不太普遍。而聚丙烯酰胺則已成為最為常用的人工合成有機高分子助凝劑。

注意事項：

由于大多數芳香聚酰胺反滲透膜表面整體現負電荷性，因此如果在預處理工藝中投加的陽離子型混凝劑或助凝劑過量的話，那么過剩的陽離子物質可能會吸附到膜表面，造成膜的離子型污染。此時反滲透系統將會產生產水量下降、壓降上升的現象，而且一旦發生離子型污染，將很難以得到有效地恢復。

因此必須采取有效措施，監控混凝劑和助凝劑的準確投加量及其 pH 范圍的控制。

2.介質過濾

(1) 功能和目的

介質過濾是指以石英砂或無煙煤等為介質，使水在重力或壓力下通過由這些介質構成的床層，而水中的的顆粒污染物質則被介質阻截，從而達到與水分離的過程。粒狀介質過濾基于“過濾-澄清”的工作過程去除水中的顆粒、懸浮物和膠體。

(2) 常用過濾類型

水處理中常見的過濾類型有順流單濾料過濾及逆流過濾等。

為提高介質過濾的性能，通常可以采用以下幾種方法：

采用多種介質分層過濾，對于向下流過濾，常用從上到下的介質層排列為無煙煤、石英砂和粒徑層級的鵝卵石，這種過濾形式能增大過濾流速，而且過濾器的效能也會得到有效的提升。

在過濾單元前投加化學絮凝劑，水與混凝劑在流經砂柱縫隙的過程中反復碰撞進行混凝、反應，當生成的絮體達到一定體積后被截留在砂柱空隙之中，這些被截留的絮狀體進一步吸附所流過水中的細小礬花，使水質得到澄清，運行至一定時候，根據進出口壓差的變化進行反向的沖洗，或可以配合壓縮空氣進行氣水反沖，可將絮凝污染物排出體外。

(3) 注意事項

介質過濾器的設計主要考慮以下幾點：濾料類型、粒徑的選擇、過濾濾速、停留時間、清洗方式、反沖洗的流速及時間、反洗膨脹空間等參數的選擇。

濾料級配與濾速的經驗數據

類別	濾料組成		濾速（m/h
	粒徑（mm）	濾層厚度（mm）
單層石英砂濾料	Dmax=1.2 Dmax=0.5	700	6-12
雙層濾料	無煙煤 Dmax=1.8 Dmax=0.8	200-400	8-16
	石英砂 Dmax=1.2 Dmax=0.5	400
三層濾料	無煙煤 Dmax=1.6 Dmax=0.8	450	18-20
	石英砂 Dmax=0.8 Dmax=0.5	230
	重質礦石 Dmax=0.5 Dmax=0.25	70

3.活性炭過濾

(1)功能和目的

活性炭吸附是利用活性炭的多孔性質，使水中一種或多種有害物質被吸附在固體表面而去除的方法。活性炭吸附對于去除水中有機物、膠體、微生物、余氯、嗅味等具有良好的效果。同時由于活性炭具有一定的還原作用，因此對于水中的氧化劑也具有良好的去除作用。 (2)常用活性炭類型

粉狀及粒狀活性炭，作為反滲透預處理粒狀活性炭較常用。

(3)注意事項

由于活性炭的吸附功能具有一飽和值，當達到飽和吸附容量時，活性炭濾池的吸附功能將大大降低，因此需要注意分析活性炭的吸附能力，及時更換活性炭或通過高壓蒸汽進行消毒恢復。

但同時活性炭表面吸附的有機物有可能成為細菌繁殖的營養源或溫床，因此活性炭濾池內微生物的繁殖問題也值得引起注意。定期的消毒對于控制細菌繁殖是有必要的。

值得注意的是，在使用活性炭的初期（或新更換過活性炭運行初期），少量的極細微的粉末活性炭有可能隨水流進入到反滲透系統，而造成反滲透膜流道的污堵，引起操作壓力升高、產水量下降和系統的壓降上升，而且這種破壞作用很難用常規的清洗方法恢復。所以必須將活性炭沖洗干凈，去除細小粉末后才能將過濾水送至后續 RO 系統。

4.精密過濾

(1) 功能和目的

為了防止預處理中未能完全去除或新產生的懸浮顆粒進入反滲透系統，保護高壓泵和反滲透膜，通常在反滲透進水前設置濾芯式保安過濾器。一般采用孔徑小于 10μm，根據實際設計情況可設計為 5μm 或更低。

(2) 常用濾芯類型

濾芯材料主要有燒結濾管、熔噴式纖維濾芯和蜂房濾芯等。

燒結管是由粉末材料通過燒結形成的，其濾管材料有陶瓷、玻璃砂、塑料等所種。熔噴式纖維濾芯一般采用聚丙烯為原料，經過加熱熔融，噴射、牽引、接收成型而制成，以聚丙烯為為原材料的 PP 濾芯較為常用。蜂房濾芯是由紡織纖維粗紗精密纏繞在多孔骨架上，聚丙烯線繞蜂房式濾芯較常用。

(3) 注意事項

保安過濾器的進出水需設置壓力表，當運行時進出水壓差達到極限值時，應及時更換濾芯。由于濾芯的清洗恢復效率較低，所以最好使用一次性濾芯。

5.微濾和超濾

(1) 功能和目的

微濾和超濾都是以壓力為驅動力的分離過程，可以去除水中的幾乎所有的懸浮物質。超濾還能夠去除一部分溶解有機物質，具體的去除效果根據有機物分子量和超濾膜的截留分子量而定。用于反滲透預處理的超濾膜的切割分子量一般在 20,000 到 750,000 道爾頓（0.002-0.05μm）。超濾膜兩側的滲透壓差較小，所以超濾的操作壓力較反滲透小得多，一般控制在 0.04-0.7MPa 范圍內。微濾主要用來截留顆粒大小在 0.1-10μm 范圍的雜質，如病菌、細菌等。微濾的的操作壓力也較小，一般小于 0.3MPa。

以超濾作為反滲透的預處理工藝，不僅出水水質好（SDI 值一般可控制在 3 以下），而且可以大大提高系統運行的穩定性，降低反滲透化學清洗的頻率。另外，超濾系統占地面積小，便于自動控制，采用超濾/微濾預處理工藝的反滲透系統成為目前工業水處理工藝的發展趨勢。

(2) 常用的超濾膜材料

用于水處理的超濾膜材料有聚偏氟乙烯、聚砜、聚烯烴、聚醚砜、聚丙烯晴、纖維素類等，微濾膜的材料主要有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚酰胺和纖維素等四種。

(3) 注意事項

超濾膜定期的反洗過程中會使用氯或次氯酸鈉消毒劑，鑒于殘余自由氯的氧化性，應在超濾后端或反滲透進水前端增設還原劑（常用亞硫酸氫鈉）投加系統，從而保護反滲透膜不受氧化劑氧化破壞。

6.MBR

(1) MBR 概述

近年來，膜生物反應器進入實際應用階段。膜生物反應器就是將生物處理技術和膜分離技術相結合的一種高效處理裝置。其優點有：

占地面積小，模塊化，升級改造容易；

徹底去除水中的固體物質；

COD、固體、營養物可以在一個單元去除；

高負荷率和低污泥產率；

系統不受污泥膨脹影響。

(2) MBR 在 RO 預處理中的應用

MBR 與傳統的活性污泥相比，用膜取代沉淀池進行固液分離，除了能維持高濃度的活性污泥外，還具有去除懸浮顆粒并獲得高質量的水質。

東麗浸沒式平板膜 MBR 可以滿足反滲透法廢水回用的預處理要求，它具有以下優勢：高通量和高品質的過濾出水；

高濃度的活性污泥可確保高負荷運行；

較低的過濾壓差；

自動在線清洗，運行維護管理簡便。

7.化學氧化

(1) 功能和目的

化學氧化預處理方法通常是利用強氧化劑氧化分解水中有機污染物的一種化學處理方法，與此同時，一些氧化劑可以除去水中的色、味、臭以及鐵、酚藻類等物質。某些氧化劑同時也是較好的殺菌劑。

化學氧化處理工藝可與混凝、過濾、吸附等單元處理工藝相結合，達到良好的處理效果。 (2) 常用氧化劑

工業水處理常用的氧化劑主要有：氯氣、次氯酸鈉、二氧化氯、高錳酸鉀、臭氧、雙氧水等。

(3) 注意事項

由于芳香聚酰胺反滲透膜極易被氧化劑氧化，因此預處理中若采用氧化工藝須注意配合采用相應的還原手段，防止殘余氧化劑進入到反滲透系統造成膜的氧化破壞。

通常后續如有活性炭過濾池，可以保證氧化劑在進入反滲透工藝前被消除。但要注意活性炭的還原性能會隨運行時間的增加而降低，因此活性炭的及時更新對于保證氧化劑的有效去除至關重要。另一種方法是在反滲透進水前投加足量的化學還原劑，如亞硫酸氫鈉，也可將氧化劑消除。

8.軟化

藥劑氧化

(1) 功能和目的

藥劑軟化是運用化學沉淀的原理，根據溶度積原理使水中所含的硬度等在適當的藥劑作用下形成難溶性化合物而被去除的過程。水處理中最常用的方法是鈣鎂離子的化合沉淀，其次是金屬離子的氫氧化物沉淀。藥劑軟化通常結合凝聚、沉淀或澄清工藝同時進行。

(2) 常用軟化劑

水處理廠用軟化藥劑主要由石灰、純堿、苛性鈉、磷酸三鈉、磷酸氫二鈉等。根據原水水質的不同類型可結合不同的藥劑進行處理，一般對于高硬度、高堿度的水采用石灰軟化法，高硬度、低堿度的水采用石灰-純堿法，而對于高堿度、負硬度（即總堿度大于總硬度）水則采用石灰-石膏法。

(3) 注意事項

采用化學藥劑軟化，藥劑的使用量必須正確。藥劑軟化處理后，一般會使水的 pH 值上升，根據情況將 pH 值降低到合適的值。

石灰-蘇打法可以同時去除碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。前者除去碳酸鹽硬度，后者除去非碳酸鹽硬度。該法適用于硬度大于堿度的水。

單純的石灰軟化法主要去除水中碳酸鹽硬度，降低水的堿度。但它不能去除水中的過剩堿度和非碳酸鹽硬度。值得注意的是過量投加石灰反而會增加水的硬度。若石灰與混凝處理結合可以產生共同沉淀效果，常用的混凝劑有鐵鹽。

其去除效果與生成沉淀物的溶解度有關。

離子交換水質軟化 (1) 功能和目的

該方法是基于離子交換原理，使水中鈣、鎂離子與交換劑中的陽離子（Na+、H+）發生置換反應，去除硬度，從而防止鈣鎂結垢。在離子交換過程中，樹脂結構本身不發生改變，溶液中的的離子擴散到樹脂分子結構中發生交換，被交換下來的離子以同樣途徑擴散到溶液中。

(2) 常用樹脂

離子交換樹脂分為陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂。用于去除鈣鎂硬度的樹脂有 H 型及Na 型強酸性陽離子交換樹脂。

(3) 注意事項

Na 型離子交換軟化適用于原水堿度低，只需要進行軟化不要求脫除堿度的場合，此時堿度不變，軟水含鹽量略有升高。單級鈉離子交換系統用于總硬度小于 5mmol/L 的原水。當軟化出水硬度超過限度后需要及時再生，以免發生硬度泄漏。

H 型弱酸性樹脂只能去除碳酸鹽硬度，軟化不徹底。

為了既去除硬度又去除堿度，可以采用 H-Na 離子交換系統聯合處理。

上一篇：反滲透系統的進水水質要求

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