水处理设备常见预处理方法的选择

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水处理设备常见预处理方法的选择

日期：2020-7-8 来源：东莞海源水处理

水处理设备常见预处理方法的选择

1.混凝-絮凝

(1) 功能和目的

混凝是指向水中投加一定剂量的化学药剂，这些化学药剂在水中发生水解，和水中的胶体粒子互相碰撞，发生电性中和，产生吸附、架桥和网捕作用，从而形成大的絮体颗粒，并从水中沉降，起到了降低颗粒悬浮物和胶体的作用。

有时单独采用混凝剂不能达到预期的效果时，可以投加辅助药剂以提高混凝的效果，这种辅助药剂称之为助凝剂，助凝剂本身不能产生像混凝剂一样的作用，只能起到改善絮体结构，使絮体颗粒增大、强韧和沉重。因此单独采用助凝剂不能起到很好的效果。

(2) 常用混凝絮、凝药剂

常用的混凝剂种类很多，工业上常用的一般为无机盐类混凝剂和无机高分子混凝剂。无机盐类混凝剂主要有三氯化铁和硫酸亚铁。无机高分子混凝剂主要有碱式氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）和聚合硫酸铝（PAS）。其中，以三氯化铁和碱式氯化铝最为常用。

值得注意的是，混凝剂在水中的混凝作用会受 pH、剂量、水温及水质等诸多因素的影响，选择合适的混凝剂及投加剂量需要结合小试烧杯实验加以确定。

下表中给出了常见混凝剂在水中的最佳 pH 值范围。

混凝剂的适用 pH 表
名称		分子式	代号	适用 pH 值
铝盐	硫酸铝	Al2(SO4)3·H2O	AS	6.0～8.5
	氯化铝	AlCl3·6H2O	AC	6.0～8.5
	硫酸铝钾	K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O	MICS	6.0～8.5
铁盐	硫酸亚铁	FeSO4·7H2O	-	8.0～11.0
	硫酸铁	Fe2(SO4)3	FS	4.0～11.0
	氯化铁	FeCl3·H2O	FC	4.0～11.0

常用絮凝剂一般为有机高分子物质，主要有聚丙烯酰胺（PAM）和阳离子型聚合物。其中阳离子型聚合物虽然具有优良的助凝效果，但价格昂贵，因此应用不太普遍。而聚丙烯酰胺则已成为最为常用的人工合成有机高分子助凝剂。

注意事项：

由于大多数芳香聚酰胺反渗透膜表面整体现负电荷性，因此如果在预处理工艺中投加的阳离子型混凝剂或助凝剂过量的话，那么过剩的阳离子物质可能会吸附到膜表面，造成膜的离子型污染。此时反渗透系统将会产生产水量下降、压降上升的现象，而且一旦发生离子型污染，将很难以得到有效地恢复。

因此必须采取有效措施，监控混凝剂和助凝剂的准确投加量及其 pH 范围的控制。

2.介质过滤

(1) 功能和目的

介质过滤是指以石英砂或无烟煤等为介质，使水在重力或压力下通过由这些介质构成的床层，而水中的的颗粒污染物质则被介质阻截，从而达到与水分离的过程。粒状介质过滤基于“过滤-澄清”的工作过程去除水中的颗粒、悬浮物和胶体。

(2) 常用过滤类型

水处理中常见的过滤类型有顺流单滤料过滤及逆流过滤等。

为提高介质过滤的性能，通常可以采用以下几种方法：

采用多种介质分层过滤，对于向下流过滤，常用从上到下的介质层排列为无烟煤、石英砂和粒径层级的鹅卵石，这种过滤形式能增大过滤流速，而且过滤器的效能也会得到有效的提升。

在过滤单元前投加化学絮凝剂，水与混凝剂在流经砂柱缝隙的过程中反复碰撞进行混凝、反应，当生成的絮体达到一定体积后被截留在砂柱空隙之中，这些被截留的絮状体进一步吸附所流过水中的细小矾花，使水质得到澄清，运行至一定时候，根据进出口压差的变化进行反向的冲洗，或可以配合压缩空气进行气水反冲，可将絮凝污染物排出体外。

(3) 注意事项

介质过滤器的设计主要考虑以下几点：滤料类型、粒径的选择、过滤滤速、停留时间、清洗方式、反冲洗的流速及时间、反洗膨胀空间等参数的选择。

滤料级配与滤速的经验数据

类别	滤料组成		滤速（m/h
	粒径（mm）	滤层厚度（mm）
单层石英砂滤料	Dmax=1.2 Dmax=0.5	700	6-12
双层滤料	无烟煤 Dmax=1.8 Dmax=0.8	200-400	8-16
	石英砂 Dmax=1.2 Dmax=0.5	400
三层滤料	无烟煤 Dmax=1.6 Dmax=0.8	450	18-20
	石英砂 Dmax=0.8 Dmax=0.5	230
	重质矿石 Dmax=0.5 Dmax=0.25	70

3.活性炭过滤

(1)功能和目的

活性炭吸附是利用活性炭的多孔性质，使水中一种或多种有害物质被吸附在固体表面而去除的方法。活性炭吸附对于去除水中有机物、胶体、微生物、余氯、嗅味等具有良好的效果。同时由于活性炭具有一定的还原作用，因此对于水中的氧化剂也具有良好的去除作用。 (2)常用活性炭类型

粉状及粒状活性炭，作为反渗透预处理粒状活性炭较常用。

(3)注意事项

由于活性炭的吸附功能具有一饱和值，当达到饱和吸附容量时，活性炭滤池的吸附功能将大大降低，因此需要注意分析活性炭的吸附能力，及时更换活性炭或通过高压蒸汽进行消毒恢复。

但同时活性炭表面吸附的有机物有可能成为细菌繁殖的营养源或温床，因此活性炭滤池内微生物的繁殖问题也值得引起注意。定期的消毒对于控制细菌繁殖是有必要的。

值得注意的是，在使用活性炭的初期（或新更换过活性炭运行初期），少量的极细微的粉末活性炭有可能随水流进入到反渗透系统，而造成反渗透膜流道的污堵，引起操作压力升高、产水量下降和系统的压降上升，而且这种破坏作用很难用常规的清洗方法恢复。所以必须将活性炭冲洗干净，去除细小粉末后才能将过滤水送至后续 RO 系统。

4.精密过滤

(1) 功能和目的

为了防止预处理中未能完全去除或新产生的悬浮颗粒进入反渗透系统，保护高压泵和反渗透膜，通常在反渗透进水前设置滤芯式保安过滤器。一般采用孔径小于 10μm，根据实际设计情况可设计为 5μm 或更低。

(2) 常用滤芯类型

滤芯材料主要有烧结滤管、熔喷式纤维滤芯和蜂房滤芯等。

烧结管是由粉末材料通过烧结形成的，其滤管材料有陶瓷、玻璃砂、塑料等所种。熔喷式纤维滤芯一般采用聚丙烯为原料，经过加热熔融，喷射、牵引、接收成型而制成，以聚丙烯为为原材料的 PP 滤芯较为常用。蜂房滤芯是由纺织纤维粗纱精密缠绕在多孔骨架上，聚丙烯线绕蜂房式滤芯较常用。

(3) 注意事项

保安过滤器的进出水需设置压力表，当运行时进出水压差达到极限值时，应及时更换滤芯。由于滤芯的清洗恢复效率较低，所以最好使用一次性滤芯。

5.微滤和超滤

(1) 功能和目的

微滤和超滤都是以压力为驱动力的分离过程，可以去除水中的几乎所有的悬浮物质。超滤还能够去除一部分溶解有机物质，具体的去除效果根据有机物分子量和超滤膜的截留分子量而定。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（0.002-0.05μm）。超滤膜两侧的渗透压差较小，所以超滤的操作压力较反渗透小得多，一般控制在 0.04-0.7MPa 范围内。微滤主要用来截留颗粒大小在 0.1-10μm 范围的杂质，如病菌、细菌等。微滤的的操作压力也较小，一般小于 0.3MPa。

以超滤作为反渗透的预处理工艺，不仅出水水质好（SDI 值一般可控制在 3 以下），而且可以大大提高系统运行的稳定性，降低反渗透化学清洗的频率。另外，超滤系统占地面积小，便于自动控制，采用超滤/微滤预处理工艺的反渗透系统成为目前工业水处理工艺的发展趋势。

(2) 常用的超滤膜材料

用于水处理的超滤膜材料有聚偏氟乙烯、聚砜、聚烯烃、聚醚砜、聚丙烯晴、纤维素类等，微滤膜的材料主要有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚酰胺和纤维素等四种。

(3) 注意事项

超滤膜定期的反洗过程中会使用氯或次氯酸钠消毒剂，鉴于残余自由氯的氧化性，应在超滤后端或反渗透进水前端增设还原剂（常用亚硫酸氢钠）投加系统，从而保护反渗透膜不受氧化剂氧化破坏。

6.MBR

(1) MBR 概述

近年来，膜生物反应器进入实际应用阶段。膜生物反应器就是将生物处理技术和膜分离技术相结合的一种高效处理装置。其优点有：

占地面积小，模块化，升级改造容易；

彻底去除水中的固体物质；

COD、固体、营养物可以在一个单元去除；

高负荷率和低污泥产率；

系统不受污泥膨胀影响。

(2) MBR 在 RO 预处理中的应用

MBR 与传统的活性污泥相比，用膜取代沉淀池进行固液分离，除了能维持高浓度的活性污泥外，还具有去除悬浮颗粒并获得高质量的水质。

东丽浸没式平板膜 MBR 可以满足反渗透法废水回用的预处理要求，它具有以下优势：高通量和高品质的过滤出水；

高浓度的活性污泥可确保高负荷运行；

较低的过滤压差；

自动在线清洗，运行维护管理简便。

7.化学氧化

(1) 功能和目的

化学氧化预处理方法通常是利用强氧化剂氧化分解水中有机污染物的一种化学处理方法，与此同时，一些氧化剂可以除去水中的色、味、臭以及铁、酚藻类等物质。某些氧化剂同时也是较好的杀菌剂。

化学氧化处理工艺可与混凝、过滤、吸附等单元处理工艺相结合，达到良好的处理效果。 (2) 常用氧化剂

工业水处理常用的氧化剂主要有：氯气、次氯酸钠、二氧化氯、高锰酸钾、臭氧、双氧水等。

(3) 注意事项

由于芳香聚酰胺反渗透膜极易被氧化剂氧化，因此预处理中若采用氧化工艺须注意配合采用相应的还原手段，防止残余氧化剂进入到反渗透系统造成膜的氧化破坏。

通常后续如有活性炭过滤池，可以保证氧化剂在进入反渗透工艺前被消除。但要注意活性炭的还原性能会随运行时间的增加而降低，因此活性炭的及时更新对于保证氧化剂的有效去除至关重要。另一种方法是在反渗透进水前投加足量的化学还原剂，如亚硫酸氢钠，也可将氧化剂消除。

8.软化

药剂氧化

(1) 功能和目的

药剂软化是运用化学沉淀的原理，根据溶度积原理使水中所含的硬度等在适当的药剂作用下形成难溶性化合物而被去除的过程。水处理中最常用的方法是钙镁离子的化合沉淀，其次是金属离子的氢氧化物沉淀。药剂软化通常结合凝聚、沉淀或澄清工艺同时进行。

(2) 常用软化剂

水处理厂用软化药剂主要由石灰、纯碱、苛性钠、磷酸三钠、磷酸氢二钠等。根据原水水质的不同类型可结合不同的药剂进行处理，一般对于高硬度、高碱度的水采用石灰软化法，高硬度、低碱度的水采用石灰-纯碱法，而对于高碱度、负硬度（即总碱度大于总硬度）水则采用石灰-石膏法。

(3) 注意事项

采用化学药剂软化，药剂的使用量必须正确。药剂软化处理后，一般会使水的 pH 值上升，根据情况将 pH 值降低到合适的值。

石灰-苏打法可以同时去除碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。前者除去碳酸盐硬度，后者除去非碳酸盐硬度。该法适用于硬度大于碱度的水。

单纯的石灰软化法主要去除水中碳酸盐硬度，降低水的碱度。但它不能去除水中的过剩碱度和非碳酸盐硬度。值得注意的是过量投加石灰反而会增加水的硬度。若石灰与混凝处理结合可以产生共同沉淀效果，常用的混凝剂有铁盐。

其去除效果与生成沉淀物的溶解度有关。

离子交换水质软化 (1) 功能和目的

该方法是基于离子交换原理，使水中钙、镁离子与交换剂中的阳离子（Na+、H+）发生置换反应，去除硬度，从而防止钙镁结垢。在离子交换过程中，树脂结构本身不发生改变，溶液中的的离子扩散到树脂分子结构中发生交换，被交换下来的离子以同样途径扩散到溶液中。

(2) 常用树脂

离子交换树脂分为阳离子交换树脂与阴离子交换树脂。用于去除钙镁硬度的树脂有 H 型及Na 型强酸性阳离子交换树脂。

(3) 注意事项

Na 型离子交换软化适用于原水碱度低，只需要进行软化不要求脱除碱度的场合，此时碱度不变，软水含盐量略有升高。单级钠离子交换系统用于总硬度小于 5mmol/L 的原水。当软化出水硬度超过限度后需要及时再生，以免发生硬度泄漏。

H 型弱酸性树脂只能去除碳酸盐硬度，软化不彻底。

为了既去除硬度又去除碱度，可以采用 H-Na 离子交换系统联合处理。

上一篇：反渗透系统的进水水质要求

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