水處理設(shè)備常見預(yù)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(xué)藥劑，這些化學(xué)藥劑在水中發(fā)生水解，和水中的膠體粒子互相碰撞，發(fā)生電性中和，產(chǎn)生吸附、架橋和網(wǎng)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(shí)單獨(dú)采用混凝劑不能達(dá)到預(yù)期的效果時(shí)，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(chǎn)生像混凝劑一樣的作用，只能起到改善絮體結(jié)構(gòu)，使絮體顆粒增大、強(qiáng)韌和沉重。因此單獨(dú)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(yè)上常用的一般為無機(jī)鹽類混凝劑和無機(jī)高分子混凝劑。無機(jī)鹽類混凝劑主要有三氯化鐵和硫酸亞鐵。無機(jī)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(huì)受 pH、劑量、水溫及水質(zhì)等諸多因素的影響，選擇合適的混凝劑及投加劑量需要結(jié)合小試燒杯實(shí)驗(yàn)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。
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混凝劑的適用 pH 表
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名稱
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分子式
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代號(hào)
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適用 pH 值
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鋁鹽
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硫酸鋁
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Al2(SO4)3·H2O
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AS
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6.0～8.5
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氯化鋁
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AlCl3·6H2O
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AC
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6.0～8.5
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硫酸鋁鉀
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K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O
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MICS
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6.0～8.5
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鐵鹽
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硫酸亞鐵
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FeSO4·7H2O
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-
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8.0～11.0
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硫酸鐵
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Fe2(SO4)3
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FS
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4.0～11.0
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氯化鐵
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FeCl3·H2O
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FC
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4.0～11.0
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常用絮凝劑一般為有機(jī)高分子物質(zhì)，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(yōu)良的助凝效果，但價(jià)格昂貴，因此應(yīng)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(jī)高分子助凝劑。
注意事項(xiàng)：
由于大多數(shù)芳香聚酰胺反滲透膜表面整體現(xiàn)負(fù)電荷性，因此如果在預(yù)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(zhì)可能會(huì)吸附到膜表面，造成膜的離子型污染。此時(shí)反滲透系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)水量下降、壓降上升的現(xiàn)象，而且一旦發(fā)生離子型污染，將很難以得到有效地恢復(fù)。
因此必須采取有效措施，監(jiān)控混凝劑和助凝劑的準(zhǔn)確投加量及其 pH 范圍的控制。
2.介質(zhì)過濾
(1) 功能和目的
介質(zhì)過濾是指以石英砂或無煙煤等為介質(zhì)，使水在重力或壓力下通過由這些介質(zhì)構(gòu)成的床層，而水中的的顆粒污染物質(zhì)則被介質(zhì)阻截，從而達(dá)到與水分離的過程。粒狀介質(zhì)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(zhì)過濾的性能，通常可以采用以下幾種方法：
采用多種介質(zhì)分層過濾，對(duì)于向下流過濾，常用從上到下的介質(zhì)層排列為無煙煤、石英砂和粒徑層級(jí)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(huì)得到有效的提升。
在過濾單元前投加化學(xué)絮凝劑，水與混凝劑在流經(jīng)砂柱縫隙的過程中反復(fù)碰撞進(jìn)行混凝、反應(yīng)，當(dāng)生成的絮體達(dá)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(jìn)一步吸附所流過水中的細(xì)小礬花，使水質(zhì)得到澄清，運(yùn)行至一定時(shí)候，根據(jù)進(jìn)出口壓差的變化進(jìn)行反向的沖洗，或可以配合壓縮空氣進(jìn)行氣水反沖，可將絮凝污染物排出體外。
(3) 注意事項(xiàng)
介質(zhì)過濾器的設(shè)計(jì)主要考慮以下幾點(diǎn)：濾料類型、粒徑的選擇、過濾濾速、停留時(shí)間、清洗方式、反沖洗的流速及時(shí)間、反洗膨脹空間等參數(shù)的選擇。
濾料級(jí)配與濾速的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
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類別
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濾料組成
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濾速（m/h
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粒徑（mm）
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濾層厚度（mm）
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單層石英砂濾料
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Dmax=1.2
Dmax=0.5
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700
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6-12
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雙層濾料
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無煙煤
Dmax=1.8
Dmax=0.8
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200-400
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8-16
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石英砂
Dmax=1.2
Dmax=0.5
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400
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三層濾料
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無煙煤
Dmax=1.6
Dmax=0.8
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450
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18-20
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石英砂
Dmax=0.8
Dmax=0.5
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230
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重質(zhì)礦石
Dmax=0.5
Dmax=0.25
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70
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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(zhì)，使水中一種或多種有害物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法。活性炭吸附對(duì)于去除水中有機(jī)物、膠體、微生物、余氯、嗅味等具有良好的效果。同時(shí)由于活性炭具有一定的還原作用，因此對(duì)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(yù)處理粒狀活性炭較常用。
(3)注意事項(xiàng)
由于活性炭的吸附功能具有一飽和值，當(dāng)達(dá)到飽和吸附容量時(shí)，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(shí)更換活性炭或通過高壓蒸汽進(jìn)行消毒恢復(fù)。
但同時(shí)活性炭表面吸附的有機(jī)物有可能成為細(xì)菌繁殖的營養(yǎng)源或溫床，因此活性炭濾池內(nèi)微生物的繁殖問題也值得引起注意。定期的消毒對(duì)于控制細(xì)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(yùn)行初期），少量的極細(xì)微的粉末活性炭有可能隨水流進(jìn)入到反滲透系統(tǒng)，而造成反滲透膜流道的污堵，引起操作壓力升高、產(chǎn)水量下降和系統(tǒng)的壓降上升，而且這種破壞作用很難用常規(guī)的清洗方法恢復(fù)。所以必須將活性炭沖洗干凈，去除細(xì)小粉末后才能將過濾水送至后續(xù) RO 系統(tǒng)。
4.精密過濾
(1) 功能和目的
為了防止預(yù)處理中未能完全去除或新產(chǎn)生的懸浮顆粒進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，保護(hù)高壓泵和反滲透膜，通常在反滲透進(jìn)水前設(shè)置濾芯式保安過濾器。一般采用孔徑小于 10μm，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)情況可設(shè)計(jì)為 5μm 或更低。
(2) 常用濾芯類型
濾芯材料主要有燒結(jié)濾管、熔噴式纖維濾芯和蜂房濾芯等。
燒結(jié)管是由粉末材料通過燒結(jié)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(jīng)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(xiàng)
保安過濾器的進(jìn)出水需設(shè)置壓力表，當(dāng)運(yùn)行時(shí)進(jìn)出水壓差達(dá)到極限值時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換濾芯。由于濾芯的清洗恢復(fù)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(qū)動(dòng)力的分離過程，可以去除水中的幾乎所有的懸浮物質(zhì)。超濾還能夠去除一部分溶解有機(jī)物質(zhì)，具體的去除效果根據(jù)有機(jī)物分子量和超濾膜的截留分子量而定。用于反滲透預(yù)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(cè)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(nèi)。微濾主要用來截留顆粒大小在 0.1-10μm 范圍的雜質(zhì)，如病菌、細(xì)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(yù)處理工藝，不僅出水水質(zhì)好（SDI 值一般可控制在 3 以下），而且可以大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低反滲透化學(xué)清洗的頻率。另外，超濾系統(tǒng)占地面積小，便于自動(dòng)控制，采用超濾/微濾預(yù)處理工藝的反滲透系統(tǒng)成為目前工業(yè)水處理工藝的發(fā)展趨勢(shì)。
(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(xiàng)
超濾膜定期的反洗過程中會(huì)使用氯或次氯酸鈉消毒劑，鑒于殘余自由氯的氧化性，應(yīng)在超濾后端或反滲透進(jìn)水前端增設(shè)還原劑（常用亞硫酸氫鈉）投加系統(tǒng)，從而保護(hù)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(yīng)器進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。膜生物反應(yīng)器就是將生物處理技術(shù)和膜分離技術(shù)相結(jié)合的一種高效處理裝置。其優(yōu)點(diǎn)有：
占地面積小，模塊化，升級(jí)改造容易；
徹底去除水中的固體物質(zhì)；
COD、固體、營養(yǎng)物可以在一個(gè)單元去除；
高負(fù)荷率和低污泥產(chǎn)率；
系統(tǒng)不受污泥膨脹影響。
(2) MBR 在 RO 預(yù)處理中的應(yīng)用
MBR 與傳統(tǒng)的活性污泥相比，用膜取代沉淀池進(jìn)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(zhì)量的水質(zhì)。
東麗浸沒式平板膜 MBR 可以滿足反滲透法廢水回用的預(yù)處理要求，它具有以下優(yōu)勢(shì)： 高通量和高品質(zhì)的過濾出水；
高濃度的活性污泥可確保高負(fù)荷運(yùn)行；
較低的過濾壓差；
自動(dòng)在線清洗，運(yùn)行維護(hù)管理簡(jiǎn)便。
7.化學(xué)氧化
(1) 功能和目的
化學(xué)氧化預(yù)處理方法通常是利用強(qiáng)氧化劑氧化分解水中有機(jī)污染物的一種化學(xué)處理方法，與此同時(shí)，一些氧化劑可以除去水中的色、味、臭以及鐵、酚藻類等物質(zhì)。某些氧化劑同時(shí)也是較好的殺菌劑。
化學(xué)氧化處理工藝可與混凝、過濾、吸附等單元處理工藝相結(jié)合，達(dá)到良好的處理效果。 (2) 常用氧化劑
工業(yè)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(xiàng)
由于芳香聚酰胺反滲透膜極易被氧化劑氧化，因此預(yù)處理中若采用氧化工藝須注意配合采用相應(yīng)的還原手段，防止殘余氧化劑進(jìn)入到反滲透系統(tǒng)造成膜的氧化破壞。
通常后續(xù)如有活性炭過濾池，可以保證氧化劑在進(jìn)入反滲透工藝前被消除。但要注意活性炭的還原性能會(huì)隨運(yùn)行時(shí)間的增加而降低，因此活性炭的及時(shí)更新對(duì)于保證氧化劑的有效去除至關(guān)重要。另一種方法是在反滲透進(jìn)水前投加足量的化學(xué)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(yùn)用化學(xué)沉淀的原理，根據(jù)溶度積原理使水中所含的硬度等在適當(dāng)?shù)乃巹┳饔孟滦纬呻y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(jié)合凝聚、沉淀或澄清工藝同時(shí)進(jìn)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(jù)原水水質(zhì)的不同類型可結(jié)合不同的藥劑進(jìn)行處理，一般對(duì)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(duì)于高堿度、負(fù)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(xiàng)
采用化學(xué)藥劑軟化，藥劑的使用量必須正確。藥劑軟化處理后，一般會(huì)使水的 pH 值上升，根據(jù)情況將 pH 值降低到合適的值。
石灰-蘇打法可以同時(shí)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(huì)增加水的硬度。若石灰與混凝處理結(jié)合可以產(chǎn)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(guān)。
離子交換水質(zhì)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(fā)生置換反應(yīng)，去除硬度，從而防止鈣鎂結(jié)垢。在離子交換過程中，樹脂結(jié)構(gòu)本身不發(fā)生改變，溶液中的的離子擴(kuò)散到樹脂分子結(jié)構(gòu)中發(fā)生交換，被交換下來的離子以同樣途徑擴(kuò)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(qiáng)酸性陽離子交換樹脂。
(3) 注意事項(xiàng)
Na 型離子交換軟化適用于原水堿度低，只需要進(jìn)行軟化不要求脫除堿度的場(chǎng)合，此時(shí)堿度不變，軟水含鹽量略有升高。單級(jí)鈉離子交換系統(tǒng)用于總硬度小于 5mmol/L 的原水。當(dāng)軟化出水硬度超過限度后需要及時(shí)再生，以免發(fā)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(tǒng)聯(lián)合處理。
