二. 原水預(yù)處理

1. 原水中的雜質(zhì)

2. 原水預(yù)處理的目的

3. 介質(zhì)過濾和氧化-過濾

4. 絮凝-助凝和在線絮凝

    (接觸絮凝)

5. 粒狀活性炭過濾

6. 超濾/微濾和濾芯式過濾

7. 離子交換樹脂軟化

8. 氯消毒與脫氯

9. 預(yù)防結(jié)垢

10.前處理措施及效能一覽表

11.原水預(yù)處理的水質(zhì)監(jiān)控

12.原水預(yù)處理階段的常見問題

1.原水中的雜質(zhì)

普通的自來水往往都不能夠滿足離子交換樹脂或反滲透膜的進(jìn)水要求,。原水只有經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理后,，方能滿足后道制水工序?qū)M(jìn)水的水質(zhì)要求,。

原水預(yù)處理的主要對(duì)象是危害后道工序的雜質(zhì),，如懸浮物、微生物,、膠體,、有機(jī)物、游離狀態(tài)的余氯、鐵,、錳,、鋁、堿土金屬和重金屬等,。

預(yù)處理做得越好,，被污染的機(jī)會(huì)就越小，反滲透膜,、離子交換樹脂所需的清洗或活化次數(shù)就越少,，使用壽命就越長(zhǎng)。

根據(jù)的法規(guī),，制藥用水的原料水至少應(yīng)采用符合國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的生活飲用水,。因此，對(duì)直接從湖泊,、河流,、深井取天然水生產(chǎn)制藥用水的這部分企業(yè)，應(yīng)首先取得衛(wèi)生防疫部門的二次供水衛(wèi)生許可證書,。

2.原水預(yù)處理的目的

預(yù)防結(jié)垢

預(yù)防膠體和顆粒污堵

預(yù)防微生物污染

預(yù)防有機(jī)物污染

預(yù)防膜本身的降解

預(yù)防鐵,、錳和鋁的污堵

預(yù)防樹脂氧化、催化降解和污染失活

3.介質(zhì)過濾和氧化-過濾

介質(zhì)過濾可以除去泥砂,、顆粒,、懸浮物和膠體，當(dāng)水流通過過濾介質(zhì)的床層時(shí),，這些機(jī)械雜質(zhì)會(huì)被吸附并截留在過濾介質(zhì)表面,，又稱機(jī)械過濾。經(jīng)過介質(zhì)過濾可以達(dá)到SDI15≤5的水質(zhì),。

常用的過濾介質(zhì)為石英砂和無煙煤,，當(dāng)采用石英砂上填充無煙煤的雙介質(zhì)過濾器時(shí)，可產(chǎn)生更有效的深層過濾,。

為了除去Fe²⁺和Mn²⁺,，在介質(zhì)過濾器內(nèi)加入氧化劑(如KMnO4)或充填具有氧化或催化作用的過濾介質(zhì)，如海綠石(錳砂,、軟錳礦,，主要成分為MnO2）、Birm(涂有MnO2的硅酸鋁),，將Fe²⁺和Mn²⁺氧化為Fe³⁺和Mn³⁺并與水中的OH^-生成難溶性的膠體氫氧化物,，吸附或截留在過濾介質(zhì)的表面而被去除。當(dāng)其氧化能力耗盡時(shí),，又可通過KMnO4氧化來再生,。這個(gè)一步同時(shí)完成的過程,，稱為氧化-過濾。

藻類難以由介質(zhì)過濾除去,，可由活性炭濾器或其他措施除去,。

4.絮凝-助凝和在線絮凝(接觸絮凝)

當(dāng)原水中所含的懸浮物和膠體很高時(shí)，通過在特別設(shè)計(jì)的反應(yīng)器中投加絮凝劑/助凝劑,，產(chǎn)生氫氧化絮體并在反應(yīng)器內(nèi)長(zhǎng)大沉淀,，沉淀以淤泥形式除掉,，上清液進(jìn)入多

介質(zhì)濾器,，這一過程稱為絮凝-助凝。

當(dāng)原水中所含的懸浮物和膠體較高時(shí),，通過靜態(tài)混合器投加或在增壓泵前注入絮凝劑/助凝劑并使其與原水迅速地分散和混合,，產(chǎn)生的氫氧化絮體直接通過介質(zhì)過濾器被截留，從而去除懸浮物和膠體,，這一過程稱為在線絮凝,，或稱接觸絮凝 。

絮凝劑常用三氯化鐵,，低濃度的鋁（例如50ppb）就會(huì)引起反滲透系統(tǒng)性能的下降,，因此含鋁絮凝劑應(yīng)避免使用。助凝劑為可溶性高分子化合物,。絮凝劑可與助凝劑一起或單獨(dú)使用,。

絮凝劑和助凝劑均可能直接或間接地干擾反滲透膜，應(yīng)避免過量添加并需在后續(xù)處理中除去,。

5.粒狀活性炭過濾

活性炭分子結(jié)構(gòu)內(nèi)具有大量空隙,，比表面積大，可吸附有機(jī)物,，是去除有機(jī)物的主要措施,。同時(shí)活性炭又具有還原性，是去除原水殘留強(qiáng)氧化劑（含氯消毒劑或臭氧）的非常有效而又簡(jiǎn)單的措施,。

同時(shí)又為微生物生長(zhǎng)提供了營(yíng)養(yǎng)物,，使得活性炭過濾器內(nèi)的微生物大量滋生。如不及時(shí)清洗和消毒,，會(huì)有細(xì)菌再脫落甚至崩塌的危險(xiǎn),，嚴(yán)重危及膜、樹脂的安全及導(dǎo)致產(chǎn)水污染,。

當(dāng)流速足夠低(2~10m/hr)并有足夠高的床層高度(2~3m)時(shí),，可將生物活動(dòng)限定在活性炭濾層的上部區(qū)域。

如果進(jìn)水經(jīng)過含氯消毒劑或臭氧處理后,，可能會(huì)反而促進(jìn)活性炭過濾器上的微生物活動(dòng),。

6.超濾/微濾和濾芯式過濾

超濾/微濾和濾芯式過濾都是膜過濾的形式,，能除去所有的懸浮物和藻類，根據(jù)膜截留分子量的大小,，微濾和超濾還能分別除去分子量100萬(wàn)和500以上的一些有機(jī)物,。

通過超濾/微濾和濾芯式過濾達(dá)到SDI小于1的水質(zhì)，但這些膜過濾手段都不能用來過濾大量的雜質(zhì),。通常作為反滲透制水預(yù)處理的zui后一道保安過濾,，對(duì)膜和高壓泵起保護(hù)作用。實(shí)際上是將污染問題轉(zhuǎn)移到超濾/微濾膜和濾芯上,。

微濾和超濾膜宜選用能耐氯的材料,，如聚砜膜或陶瓷膜，以便可加氯進(jìn)行清洗消毒,。

濾芯宜選用非降解的合成材料,，如尼龍或聚丙烯。其孔徑的zui低要求為小于10μm,，一般使用孔徑小于等于5μm,；當(dāng)濃水中的硅濃度超過理論溶解度時(shí)，建議濾芯孔徑選擇1μm,。也可以在孔徑較小的濾器上游設(shè)置第二個(gè)更大孔徑的濾器,。

7.離子交換樹脂軟化

離子交換樹脂軟化主要用以脫除鈣、鎂等堿土金屬離子,，是非常有效和保險(xiǎn)的反滲透膜預(yù)防結(jié)垢的措施,。同時(shí)樹脂軟化時(shí)也脫除了鐵、錳和鋁等離子,，也是非常有效的預(yù)防鐵,、錳和鋁污堵的措施。

軟化器所采用的樹脂為鈉型陽(yáng)離子交換樹脂,。在離子交換過程中,，水中Ca²⁺ 、 Mg²⁺被R-Na型樹脂中的Na⁺置換出來,。樹脂老化后可用NaCl溶液進(jìn)行再生,。

雖然鐵離子可以被陽(yáng)離子交換樹脂所吸附，但當(dāng)進(jìn)水中其含量超過0.05ppm時(shí),，也會(huì)對(duì)樹脂產(chǎn)生催化降解作用,。如原水中鐵的含量較高時(shí)(生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中鐵的限度為0.3ppm)，在進(jìn)入軟化器前,，還是需要預(yù)先通過氧化-過濾措施除去大部分的鐵,。

8.氯消毒與脫氯

含氯消毒劑能使許多致病微生物快速失活，常用于自來水廠的飲用水消毒,，在出廠時(shí)余氯≥0.3mg/L,。在預(yù)處理流程中維持水中余氯濃度0.5-1.0ppm 就可預(yù)防熱交換器和介質(zhì)濾器上的微生物污染,，所以直接使用生活飲用水制備制藥用水時(shí)，一般不需要再進(jìn)行在線消毒,。

但是針對(duì)使用地表水,，或者處在管網(wǎng)末梢水余氯指標(biāo)只有≥0.05mg/L的用戶，通常需要考慮在預(yù)處理工序采用氯消毒或其他消毒措施,，以防止微生物的污染,，

其他消毒措施包括臭氧和紫外輻照滅菌，在制藥用水系統(tǒng)的清洗消毒一章中討論,。

8.氯消毒與脫氯

常用的含氯消毒劑有氯,、次氯酸鈉或次氯酸鈣。在水中它們迅速水解成次氯酸,。

Cl2,、NaClO,、Ca(ClO)2,、HClO 和ClO^–的總和稱為殘留余氯(FRC)；氯與水中氨類物質(zhì)反應(yīng)將形成氯胺,，這類氯胺化合物被稱為結(jié)合余氯(CRC),。有殺菌活性的主要是殘留余氯。

含氯消毒劑的殺菌效率取決于余氯的濃度和接觸時(shí)間,。 一般在取水口加入含氯消毒劑,，殘留余氯濃度0.5~1.0ppm ，維持20~30 分鐘,。

氯的加藥量還取決于進(jìn)水中有機(jī)物的含量,，因?yàn)橛袡C(jī)物也會(huì)消耗氯。

臭氧,、含氯消毒劑以及其他氧化劑對(duì)離子交換樹脂和聚酰胺類復(fù)合反滲透膜膜均有損害作用,。為了預(yù)防膜本身的降解在進(jìn)入膜元件或離子交換樹脂之前(注入點(diǎn)一般設(shè)置在保護(hù)安濾器的出口處)，必須經(jīng)過*地脫氯處理,。

某些特種膜元件具有一定的抗氯能力,，可以在一定時(shí)間內(nèi)對(duì)抗氯的攻擊，但長(zhǎng)期高濃度接觸,，也會(huì)出現(xiàn)膜的降解,。

余氯可以通過活性炭或化學(xué)還原劑將其還原成無害的氯離子。

焦亞硫酸鈉(SMBS),、亞硫酸氫鈉(SBS)是zui常用的去除余氯的化學(xué)品,，每脫除1.0mg 的余氯約需要加入3mg 的SMBS或5mg的SBS。

亞硫酸氫鈉具有抑制微生物生長(zhǎng)的作用,，也可同時(shí)作為反滲透膜的在線消毒,。

9.預(yù)防結(jié)垢

當(dāng)難溶鹽類在膜元件內(nèi)不斷被濃縮且超過其溶解度極*,，它們就會(huì)在反滲透膜面上發(fā)生結(jié)垢，如果反滲透水處理系統(tǒng)采用50%回收率操作時(shí),，其濃水中的鹽濃度就會(huì)增加到進(jìn)水濃度的兩倍,，回收率越高，產(chǎn)生結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)性就越大,。

常見的難溶鹽為CaSO4,、CaCO3 和SiO2，其它可能會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢的化合物為CaF2,、BaSO4,、SrSO4 和Ca3(PO4)2。

9.預(yù)防結(jié)垢

加酸：加鹽酸對(duì)控制碳酸鹽垢有效,。

加阻垢劑：可以用于控制碳酸鹽垢,、硫酸鹽垢以及氟化鈣垢。阻垢劑包括六偏磷酸鈉(SHMP),、有機(jī)磷酸鹽和多聚丙烯酸鹽,。選擇適宜的阻垢劑十分重要，阻垢劑中毒后會(huì)失去作用,，不但不能預(yù)防膜的結(jié)垢,，還會(huì)引起阻垢劑本身的污堵。同時(shí)必須避免過量加入,。

陽(yáng)樹脂軟化：可以使用Na型置換水中結(jié)垢陽(yáng)離子如Ca²⁺,、Ba²⁺和Sr²⁺，脫除效率大于99%,，可預(yù)防各種碳酸鹽或硫酸鹽垢,。

調(diào)整操作參數(shù)：當(dāng)其它結(jié)垢控制措施均不起作用時(shí)，必須調(diào)整通過降低系統(tǒng)回收率來降低濃水中的濃度,。水中硅酸鹽含量較高時(shí),，調(diào)節(jié)參數(shù)參數(shù)是防止結(jié)垢的*有效措施。

10.前處理措施及效能一覽表

11.原水預(yù)處理的水質(zhì)監(jiān)控

余氯：進(jìn)水余氯含量可間接反映飲用水的微生物污染水平,，活性炭濾器后的余氯監(jiān)測(cè)可保證反滲透膜和離子交換樹脂不被降解或中毒,。同時(shí)可監(jiān)控活性炭過濾器的脫氯能力。

淤積指數(shù)(SDI值)：進(jìn)水SDI值可反映飲用水的膠體和顆粒污染程度,，多介質(zhì)過濾器后的SDI值可監(jiān)控多介質(zhì)過濾器的過濾能力,，保安過濾器后的SDI值可反映進(jìn)入反滲透膜的水的膠體和顆粒污染程度。

12.原水預(yù)處理階段的常見問題

多介質(zhì)過濾器,、活性炭過濾器無反沖清洗裝置,，活性炭過濾器無消毒裝置。

采用巴氏消毒時(shí)循環(huán)水出水口未安裝溫度指示儀表,。

原水儲(chǔ)罐,、多介質(zhì)過濾器,、活性炭過濾器未制訂清洗(消毒)方法及周期。

未制定多介質(zhì)過濾器,、活性炭過濾器內(nèi)填料的更換周期,，或無余氯、SDI值定期檢測(cè)結(jié)果,，或?qū)嶋H未執(zhí)行,。

未明確多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器內(nèi)填料的供應(yīng)廠家和牌(型)號(hào),，或更換廠家和牌(型)號(hào)后未進(jìn)行再驗(yàn)證,。

預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)備、操作程序變更后未進(jìn)行再驗(yàn)證,。