2.2　预处理工艺设计

2.2.1　概述

预处理工艺的主要目的是清除膜系统的污染源，主要污染源包括悬浮物、有机物、微生物、氧化物与难溶盐。截留悬浮物与有机物的包括砂滤、精滤、微滤、超滤等过滤工艺；吸附有机物的有活性炭工艺；解决难溶盐问题的有软化工艺与阻垢剂投加工艺。需调整或稳定反渗透系统给水温度时可采用温度调整工艺。为防止反渗透系统或预处理流程的微生物污染，可以在预处理系统首、末端分别采用氧化剂和还原剂的投加工艺。

2.2.2　预处理出水水质

我国国家标准GB/T 19249—2003《反渗透水处理设备》参考了美国国家标准ANSI/NSF58：1997《反渗透饮水处理设备》，其中规定设备的反渗透膜堆进口水质即预处理段出口水质应满足如下要求：①淤塞指数SDI＜5；②游离余氯：采用聚酰胺复合膜时浓度＜0.1mg/L；采用乙酸纤维素膜时浓度为0.2~1.0mg/L；③浊度＜1.0NTU。

在工程设计时，常在预处理单元加酸调节pH值来防止CaCO3沉淀（将pH值调节至6，加酸量约为0.6g/L 98%的H2SO4）、加入阻垢剂来防止CaSO4沉淀，提高进水温度或降低回收率来防止SiO2沉淀。

微过滤是预处理的最后一步，通过它去除固体悬浮物，减少大颗粒物质对下游RO膜的损害，并且有助于减少RO膜进水中的胶状硅化物，因此可提高RO膜的渗透效率。

2.2.3　多介质过滤器

多介质过滤器是利用无烟煤、石英砂滤料去除原水中的悬浮物，属于普通快滤设备。

含有悬浮物颗粒的水流过多介质过滤器的滤料层时，滤料缝隙对悬浮物起筛滤作用，使悬浮物易于截留在滤料浅层和表面。当在滤料表层截留了一定量的污物形成滤膜后，随时间推移过滤器的前后压差将会很快升高。此时需要利用逆向水流反洗滤料，使过滤器内滤料层悬浮松动，从而使黏附于滤料上的截留物剥离并被水流带走，恢复过滤功能。

对于深井水，预处理段通常采用砂滤工艺。为实现深层过滤，可采用双层或三层滤料的多介质过滤。双层或三层滤料过滤器中，上层滤料一般为相对的大粒径、低密度滤料，下层滤料为相对的小粒径、高密度滤料。常用的上层滤料为无烟煤，密度为1.4~1.5kg/L、粒径为1.0~1.8mm；中层滤料为石英砂，密度为2.6~2.7kg/L、粒径为0.5~1.2mm；当存在下层滤料时，可以是石榴石或磁铁矿石，密度为5~6kg/L、粒径为0.2~0.8mm。滤层厚度应采取上层厚度大于下层厚度的原则，总滤层厚度应保持在0.70~0.75m。

深层过滤在反洗过程中将使每个滤料层均形成小粒径表层，致使过滤器的总容污量加大，形成相对的深层过滤。深层过滤的滤层复杂，但容污量大，工作压力小，不易产生泄漏。因此，砂滤工艺应尽量采取深层过滤器方式，其容污量一般是表层过滤方式容污量的1倍以上。

2.2.4　保安过滤器

传统预处理系统中的砂滤、炭滤、软化等工艺，均为粒状滤料。系统运行过程中始终存在滤料碎屑下泄现象，甚至存在滤料本身事故下泄的威胁。此外，混凝剂的不合理投放以及细菌尸体也可能构成对膜系统的威胁。为防止预处理系统滤料及絮凝剂下泄对膜系统的污染，传统预处理系统的最后一项多为精滤工艺。精密过滤器内装5μm的喷熔滤芯，凡粒径大于5μm的颗粒将被截留在滤芯表面。精滤工艺在此处的正常负荷极小，故此处过滤器常被称为保安过滤器。

2.2.5　工艺流量梯度

传统预处理系统的特征之一是各工艺均为全量过滤方式，各工艺的回收率仅涉及清洗水量损失，因此存在设计流量qd与工作流量qw的区别。对于无备用设备的工艺，因自身清洗或再生而间歇运行时，可用缓冲水箱调节流量，以使系统为连续运行方式。当清洗或再生使用工艺自身产水时，无备用设备工艺的设计产水流量qd与工艺回收率R分别为：

　　（2-1）

　　（2-2）

对于有备用设备与专用清洗水箱的工艺而言，因设备清洗与工艺产水同时完成，无需缓冲水箱即可实现系统的连续运行。因此，有备用设备的工艺设计产水流量qd可表示为：

　　（2-3）

无论是否存在备用设备，上游工艺设计产水流量qdi为下游设计产水流量qd（i+1）与下游工艺回收率Ri+1之比：

　　（2-4）

由于回收率恒低于1，预处理系统上、下游工艺的设计产水流量在沿逆系统流程的方向成递增关系。

2.2.6　预处理工艺选择

常见预处理工艺比较见表2-1。