膜法水處理相對(duì)于傳統(tǒng)水處理方式具有能耗低、工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定和出水水質(zhì)高等諸多優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在很多領(lǐng)域獲得推廣應(yīng)用。膜法水處理技術(shù)目前主要應(yīng)用于污水處理（包括市政污水處理和工業(yè)污水處理）、給水凈化（包括市政給水凈化和工業(yè)給水凈化）、海水淡化（苦咸水淡化）和純水制備等領(lǐng)域。

 膜法水處理技術(shù) 

膜法水處理的構(gòu)成

1、預(yù)處理

2、膜處理裝置

3、后處理

預(yù)處理的作用：

◆去除懸浮固體、膠體和各種有機(jī)物；

◆抑制和控制微溶鹽的沉淀；

◆調(diào)節(jié)進(jìn)水溫度和pH；

◆殺死和抑制微生物的生長(zhǎng)；

◆防止鐵、錳等金屬氧化物和二氧化硅的沉淀。

淤泥密度指數(shù)SDI值：

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D4189-82中已作了規(guī)定。 

測(cè)量?jī)x器：

◆47mm直徑測(cè)試膜盒

◆47mm測(cè)試用膜片(孔徑0.45?m)

◆1～5bar(10～70psi)壓力表

◆調(diào)壓針型閥

測(cè)量步驟：

◆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

◆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)

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

◆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

預(yù)處理的方式：

◆水的混凝與沉淀處理；

◆水的多介質(zhì)過(guò)濾；

◆水的活性炭過(guò)濾；

◆水的軟化；

◆其他預(yù)處理。

多介質(zhì)過(guò)濾器：

多介質(zhì)過(guò)濾器采用濾料堆積于長(zhǎng)柄水帽上。（如右圖所示）由下自上粒徑逐級(jí)減小。

通常采用的粒徑為Φ5~2.5，Φ2.5~1.6，Φ1.6~0.6，Φ0.6~0.4的石英砂和粒徑為Φ0.8~1.8的無(wú)煙煤。

各級(jí)配濾料的主要作用：

◆粒徑Φ5~2.5石英砂：主要起上層濾料的支撐作用。

◆粒徑Φ2.5~1.6石英砂：主要起上層濾料的支撐作用。

◆粒徑Φ1.6~0.6錳砂：主要起去除進(jìn)水中鐵離子的作用。

◆粒徑Φ0.6~0.4石英砂：主要起去除進(jìn)水中大顆粒污染物及懸浮物的作用。

◆粒徑Φ0.8~1.8無(wú)煙煤：進(jìn)一步去除進(jìn)水中大顆粒污染物及懸浮物的作用。

多介質(zhì)濾器的運(yùn)行：

1、機(jī)械過(guò)濾器運(yùn)行

1.1、機(jī)械過(guò)濾器每次投入運(yùn)行前，首先進(jìn)行排氣，同時(shí)開(kāi)啟ST計(jì)量泵；排氣時(shí)開(kāi)啟濾器上進(jìn)閥和排氣閥，當(dāng)排氣管路出水后排氣完畢 。

1.2、排氣完畢后，開(kāi)啟下排閥，同時(shí)關(guān)閉排氣閥，調(diào)節(jié)進(jìn)水流量此時(shí)濾器進(jìn)入正洗狀態(tài)，當(dāng)出水污染指數(shù)SDI15≤4時(shí)，濾器投入運(yùn)行，運(yùn)行流速為5-10米/小時(shí)。

2、機(jī)械過(guò)濾器反洗

機(jī)械過(guò)濾器隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),壓差增加,當(dāng)濾器進(jìn)出水壓差增加時(shí)，需要反洗。

2.1、反沖松層：開(kāi)啟下進(jìn)閥后，再開(kāi)啟上排閥，同時(shí)開(kāi)啟一臺(tái)反洗泵，通過(guò)調(diào)節(jié)反洗泵出水閥或?yàn)V器下進(jìn)閥，控制進(jìn)水量一般為正常進(jìn)水量的2～3倍，松層時(shí)間為2～5min。松層結(jié)束后，關(guān)閉所有閥門和泵。

2.2 、放水：開(kāi)啟排氣閥及下排閥,將水排至機(jī)械濾器內(nèi)濾層以上20～30cm處后關(guān)閉下排閥。

2.3、氣擦洗：保持排氣閥和上排閥打開(kāi)，打開(kāi)羅茨風(fēng)機(jī)的排氣閥，啟動(dòng)羅茨風(fēng)機(jī)。然后開(kāi)啟砂濾器進(jìn)氣閥，關(guān)閉羅茨風(fēng)機(jī)排氣閥，砂濾器進(jìn)入氣擦洗狀態(tài)。進(jìn)氣壓力為0.03～0.1MPa，進(jìn)氣量為18～20L/S.m2，擦洗時(shí)間為3～5min。開(kāi)啟羅茨風(fēng)機(jī)排氣閥，關(guān)閉濾器進(jìn)氣閥，然后停止羅茨風(fēng)機(jī)，再關(guān)閉羅茨風(fēng)機(jī)排氣閥，氣擦洗結(jié)束。

2.4、水大反洗：?jiǎn)?dòng)一臺(tái)反洗泵，開(kāi)啟泵出水閥，再開(kāi)啟砂濾器下進(jìn)閥、上排閥、排氣閥，一臺(tái)反洗泵反洗運(yùn)行2～3分鐘后，再啟動(dòng)另一臺(tái)反洗泵，此時(shí)砂濾器進(jìn)入大流量反洗狀態(tài)，反洗流量控制在15～16L/m2.s。反洗時(shí)間30分鐘后，反洗出水清澈時(shí)，停止一臺(tái)反洗泵，過(guò)3～5分鐘后停止另一臺(tái)反洗泵，然后關(guān)閉濾器上所有閥門以及反洗泵和出水閥，反洗結(jié)束。 

3、機(jī)械過(guò)濾器的正洗

3.1、關(guān)閉下進(jìn)閥、排氣閥，開(kāi)啟上進(jìn)閥和下排閥，同時(shí)開(kāi)啟ST計(jì)量泵，濾器開(kāi)始正洗。

3.2、正洗流量為工作流量，正洗時(shí)間一般為10～30min，當(dāng)出水SDI15≤4時(shí)，正洗完畢，濾器可投入正常運(yùn)行。

活性炭濾器：

活性炭濾器的主要作用為吸附進(jìn)水中的有機(jī)物、色度、氧化性物質(zhì)。

良好的活性炭比表面積一般在1000m2/g以上，孔隙總?cè)莘e一般可達(dá)0.6~1.18mL/g，孔徑由0.001~10μm，按孔隙大小可分為大孔、過(guò)渡孔和微孔。

活性炭濾器運(yùn)行：

1、活性炭濾器運(yùn)行

1.1活性炭濾器運(yùn)行前，開(kāi)啟進(jìn)水閥和排氣閥，當(dāng)排氣管路出水時(shí)，濾器排氣結(jié)束，開(kāi)啟出水閥，關(guān)閉排氣閥，碳濾器投入運(yùn)行，碳濾器運(yùn)行流速通常為10-15m/h。

2、活性炭濾器反洗

2.1、活性炭濾器隨著運(yùn)行壓差增大，當(dāng)出水不符合指標(biāo)，當(dāng)碳濾器的壓差增大到0.05Mpa時(shí)，碳濾器開(kāi)始反洗。碳濾器反洗時(shí)，開(kāi)啟濾器上排閥和排氣閥，開(kāi)啟一臺(tái)反洗泵和反洗泵出水閥，然后開(kāi)啟碳濾器下進(jìn)閥，調(diào)節(jié)反洗流量為8-10L/m2h，流量約200 m2/h ，反洗時(shí)間為20-30分鐘，當(dāng)出水清澈，關(guān)閉濾器上所有閥門，反洗泵出水閥和反洗泵，反洗結(jié)束。

2.2、活性炭濾器正洗，濾器反洗結(jié)束后，開(kāi)啟濾器進(jìn)水閥和下排閥，用砂濾器出水來(lái)正洗活性炭濾器，正洗流量為活性炭運(yùn)行流量70 m2/h左右。正洗時(shí)間約為20-30分鐘，當(dāng)出水沒(méi)有炭末下來(lái)，出水清澈，F(xiàn)I指數(shù)合格后正洗結(jié)束，濾器投入運(yùn)行。

消毒殺菌：

◆紫外線殺菌

◆加氯殺菌

◆臭氧殺菌

紫外線殺菌：

◆紫外線殺菌是一種物理殺菌法，細(xì)菌受紫外光照射后，細(xì)菌核酸因吸收能量而改變活力，最終導(dǎo)致微生物發(fā)生變異或死亡。波長(zhǎng)在200-295nm的紫外線具有殺菌能力，波長(zhǎng)253.7nm的紫外線殺菌效果最好。

◆紫外線殺菌的優(yōu)點(diǎn)是接觸時(shí)間短，殺菌能力強(qiáng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作管理方便，處理時(shí)不改變水的物理化學(xué)性質(zhì)，不會(huì)帶入附加物造成二次污染。其缺點(diǎn)是沒(méi)有持續(xù)的殺菌作用，水在管線中可能被二次污染，因此不適合飲用水和純凈水的后期殺菌。

加氯殺菌：

◆氯氣，次氯酸鈉，二氧化氯

◆近年來(lái)，因氯氣和次氯酸鈉殺菌的副產(chǎn)品三鹵甲烷對(duì)人體的危害被人們所了解，二氧化氯的應(yīng)用迅速發(fā)展起來(lái)。

◆二氧化氯對(duì)細(xì)菌的細(xì)胞壁有較強(qiáng)的吸附和穿透能力，快速控制微生物蛋白質(zhì)的合成，對(duì)細(xì)菌和病毒有較強(qiáng)的滅活能力。

二氧化氯用于殺菌的投加量為0.4-0.45mg/l，比加氯氣和次氯酸鈉的量減少一半左右。

臭氧殺菌：

◆臭氧是一種常用的殺菌劑，臭氧在分解中放出新生態(tài)的氧，具有強(qiáng)氧化能力，對(duì)頑強(qiáng)的微生物有強(qiáng)大的殺傷力。臭氧在幾種殺菌劑中氧化和殺菌能力最強(qiáng)，效果也最好。

◆臭氧殺菌效果主要取決于剩余量和接觸時(shí)間，在實(shí)際生產(chǎn)中，臭氧用于純凈水殺菌所需的投加量為1-3mg/l，如用于礦泉水中投加量要略高，一般控制在桶或瓶中的臭氧濃度大于0.5mg/l。接觸時(shí)間一般不少于5min。

膜分離分類：

◆微濾(MF)

◆超濾(UF)

◆納濾(NF)

◆反滲透(RO)

微濾(MF)：

截留約0.1-10微米之間的顆粒，微濾膜允許大分子有機(jī)物和溶解性固體等通過(guò)，能擋住懸浮物、細(xì)菌、部分病毒和大尺寸的膠體的透過(guò)，微濾膜兩側(cè)的運(yùn)行壓差一般小于1bar。

納濾(NF)：

是一種特殊的分離膜品種，因能截留約1納米（0.001微米）大小的物質(zhì)而得名，納濾的操作區(qū)間介于超濾和反滲透之間，它截留有機(jī)物的分子量約為200-400左右，截留溶解性鹽的能力為20-80%，對(duì)單價(jià)陰離子鹽溶液的脫除率低于高價(jià)陰離子鹽溶液，納濾膜一般用于去除地表水的有機(jī)物和色度，脫除井水的硬度，部分去除溶解性鹽，濃縮食品和分離藥品中的有用物質(zhì)等，納濾膜兩側(cè)的運(yùn)行壓差一般為3.5-16bar。

反滲透(RO)：

最精密的膜法液體分離技術(shù)，它能阻擋所有溶解性鹽和分子量大于100的有機(jī)物，但允許水分子透過(guò)，醋酸纖維素反滲透膜脫鹽率一般大于95%，反滲透復(fù)合膜脫鹽率一般大于98%。反滲透膜兩側(cè)的運(yùn)行壓差一般大于5bar。

膜組件的選用：

◆確定元件數(shù)

◆壓力容器的選用

膜組件的排列組合：

◆分段式

◆多級(jí)式 

反滲透裝置的配套件：

◆高壓泵

◆管路

◆閥門

◆儀表 

RO膜需要清洗的跡象：

◆當(dāng)反滲透裝置隨著運(yùn)行在膜上會(huì)積累膠體、金屬氧化物、細(xì)菌、有機(jī)膠體、水垢等物質(zhì)，造成了性能會(huì)有一定下降，當(dāng)性能下降一定程度時(shí)即產(chǎn)水量比初始或上一次清洗后降低。

◆產(chǎn)水脫鹽率下降。

◆系統(tǒng)壓差≥1５%。

膜元件化學(xué)清洗：

酸性清洗劑用于清除包括鐵污染在內(nèi) 的無(wú)機(jī)污染物，而堿性清洗劑用于清洗包括微生物在內(nèi)的有機(jī)污染物。由于使用硫酸會(huì)引起硫酸鈣沉淀的危險(xiǎn)，不應(yīng)選作清洗劑。最好采用膜系統(tǒng)的產(chǎn)水配制清洗液，當(dāng)然在很多情況下也可以使用經(jīng)過(guò)預(yù)處理的合格預(yù)處理出水來(lái)配制清洗液。原水可能緩沖容量很大，需要消耗更多的酸或堿才能達(dá)到規(guī)定的pH值，酸性清洗的pH約為2左右，堿性清洗的pH約為12左右。 

預(yù)處理運(yùn)行參數(shù)記錄：

因?yàn)镽O/NF系統(tǒng)性能主要取決于預(yù)前處理操作是否合理，預(yù)處理儀器設(shè)備的運(yùn)行特性必須記錄下來(lái)，因?yàn)轭A(yù)處理的工藝因地而異，無(wú)法建議統(tǒng)一的記錄表格，一般而言，需記錄以下各項(xiàng)：

◆每天兩次記錄任何井水或增壓泵的出水水壓。

◆每天兩次記錄所有過(guò)濾器的壓降。

◆任何不正常的操作，如故障或停機(jī)等。 

納濾分離膜的內(nèi)涵：

市場(chǎng)上曾有一種流行的說(shuō)法：納濾就是一種疏松的反滲透。實(shí)際上這是一種技術(shù)概念上的誤導(dǎo)。表2-2為不同膜的截留率比較。真正分離概念上的納濾是對(duì)例子具有選擇截留性的過(guò)濾膜，一種氯化鈉透過(guò)率與氯化鈉濃度成正比、且該比例大于0.4的膜。其主要用于各種料液的脫鹽和濃縮。

不同膜的截留率比較：

耐高溫膜：

普通的有機(jī)膜原件的持續(xù)操作溫度必須低于50℃，如果超過(guò)此溫度膜將很快喪失正常的性能。GE公司憑借其強(qiáng)大的膜技術(shù)研發(fā)能力開(kāi)發(fā)出耐高溫膜元件：Duratherm系列，其主要應(yīng)用于：食品和飲料，制藥，電子等行業(yè)中。

Duratherm應(yīng)用流域：

Duratherm HWS熱水消毒型膜元件能夠耐受周期性90℃熱水清洗消毒，用于替代傳統(tǒng)的膜系統(tǒng)化學(xué)消毒，同時(shí)可以在≤50 ℃的條件下連續(xù)運(yùn)行。在歐美地區(qū)，熱水消毒型水處理系統(tǒng)正在越來(lái)越多地被采用。下表介紹了濕熱滅菌法的操作條件（溫度和時(shí)間）

以上數(shù)據(jù)為對(duì)無(wú)性繁殖的微生物熱消毒的最低理論參數(shù)，為了增加熱消毒的有效性，在實(shí)際應(yīng)用中熱消毒的溫度和時(shí)間應(yīng)高于此理論參數(shù)。

熱水消毒的有關(guān)建議：

◆在消毒之前用防污堵水進(jìn)行沖洗

◆消毒時(shí)，進(jìn)水壓力不應(yīng)超過(guò)40psi（275KPa）

◆消毒時(shí)，升溫和冷卻速率不應(yīng)大于5℃/分鐘

◆最高消毒溫度為90℃

資料來(lái)源：工業(yè)廢水圈