饮用水处理设计.doc

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毕 业 设 计 （论 文）

设计（论文）题目： 饮 用 水 设 计

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摘要
随着我国社会主义现代化建设的深入进行、城市化进程的加快以及人民生活水平的不断提高，不仅用水量将迅速增加，而且对水质的要求也会越来越高，从而使得水处理技术不断提高来满足人们的需要。
本处理工艺主要以反渗透膜处理技术为主，以合适的前处理和后处理技术制取合格的瓶装饮用水的处理工艺。预处理过程中加入混凝剂，除去水中的小颗粒，再经过活性炭过滤器吸附过滤，使原水浑浊度降低，使原水中带有的杂质得到处理，过滤。再经过软化器处理，使原水硬度降低，之后经过保安过滤器过滤处理。预处理后，满足反渗透进水要求，进行反渗透工艺处理。出水还需要消毒杀菌过滤的后处理，最终出水。原水经过一系列的工艺处理最终达到国家饮用纯净水水质标准GB17323-1998。
关键词：水处理工艺 水质 反渗透技术 饮用水 标准

Abstract
Along with our country socialist modernization development, city changes a course accelerate and the continuous improvement of people's living standard, not only the water will increase rapidly, and the demand of water quality is more and more high, so that the water treatment technology and continuous improvement to meet the needs of the people.
This process mainly in reverse osmosis membrane treatment technology, to the right before treatment and after treatment technology to produce qualified bottled drinking water treatment process. Pretreatment process for adding coagulant, to remove small particles, and then after the activated carbon filter adsorption filter, raw water turbidity reduce, make the raw water with impurities from processing, filtering. After softening treatment, to allow the water to reduce the hardness, after a security filter processing. After the pretreatment of reverse osmosis, meet the requirements, through the reverse osmosis process. Water also needs to be sterilized filter after treatment, the final effluent. Raw water through a series of processing finally reach the national drinking water standard of GB17323-1998.
Key words: Water treatment process，Water quality，Reverse osmosis technology，Drinking water，Standard
I

目录
摘要 I
ABSTRACT II
绪论 1
第一章、设计根据 3
1.1设计基础 3
1.2设计要求 3
1.3设计原则 3
1.4原水水质 4
1.5出水标准 5
1.6原水分析 6
第二章、除盐系统工艺的比较与选择 7
2.1除盐方式的基本介绍 7
2.1.1反渗透 7
2.1.2离子交换 8
2.1.3电渗析 8
2.1.4连续电除盐 9
2.1.5纳滤 10
2.1.6超滤 11
2.2系统除盐的确定 12
2.2.1反渗透进水水质要求 14
2.2.2保安过滤器 15
第三章、预后处理工艺的确定 17
3.1预处理工艺 17
3.1.1混凝、澄清 17
3.1.2活性炭过滤器 18
3.1.3软化器 18
3.1.4预处理工艺的确定 19
3.2后处理工艺 19
3.2.1杀菌、消毒 20
3.2.2保安过滤器 20
第四章、系统工艺设计 21
4.1工艺流程 21
4.2工艺中各单元的简单介绍 21
4.2.1原水箱 21
4.2.2原水泵 22
4.2.3活性炭过滤器 22
4.2.4软化器 23
4.2.5保安过滤器 23
4.2.6高压泵 23
4.2.7反渗透系统 24
4.2.8臭氧消毒 26
4.2.9保安过滤器 28
4.3控制系统 28
4.3.1高压泵保护系统 28
4.3.2反渗透控制系统 28
第五章、各设备技术参数设计计算 30
5.1反渗透工艺的设计 30
5.1.1 膜元件的设计和计算 30
5.2预处理的设计计算 33
5.2.1软化器的设计计算 33
5.2.2活性炭过滤器的设计计算 35
5.2.3原水箱的设计 36
5.3水量平衡计算 36
5.4水量平衡图 37
总结 38
参考文献 39
致谢 40

绪论
对生命和人类的活动来说，水具有极其重要的意义。水是生命之源，水是人类生存和发展的必要条件。随着人口的增长，社会的发展，人类生存环境日益恶化，水资源问题日益突出。为了实现可持续发展，世界各国颁布了大量政策法规，以 日益恶化的水环境，合理利用有限的水资源。人们的生活离不开水，工业生产同样离不开水。
反渗透处理技术基本上属于物理方法，具有脱盐率高、环保无污染、操作简便、占地面积小等优点。作为一种环保型水处理方法，采用一级反渗透脱盐，脱盐率可达99%以上，可生产较高质量的产品水。由最初的发现渗透作为自然界的一种基本现象到对反渗透的实验室研究，最终走向工业应用，已有几十年的历史。
在国外，反渗透在饮用水中的应用主要是大规模的城市供水系统。在美国、欧洲，反渗透主要应用于各种工业用水及饮用水，中东、西班牙的海水淡化应用较多，日本主要应用于半导体、电子，韩国地区除应用于半导体、电子外，小型饮用纯水需求量较大。美国已将反渗透技术用于海水淡化的研究开发列入国家计划中，从海水淡化开始大力开展研究开发，先后制出耐高压的反渗透膜、压力低一些的复合膜及超低压膜。
在国内，应用于饮用水领域的反渗透其规模较小，我国对反渗透开始研究开始于20世纪60年代，最早仅限于电子、半导体纯水制取。大规模应用始于电力行业，然后又应用到其他行业。 我国从60年代开始研制反渗透膜，当时的技术水几与世界水平相距不远。但由于原材料及基础工业条件限制，生产的膜元件性能偏低，生产成本高，还没有形成规模化生产。随后若干年中，国内水平逐步落后于国际水平，自80年代开始引进国外膜生产线。目前尚有4～5家企业具有一定生产能力，但在国内膜市场中的占有率非常低。美国海德能公司与美国陶氏化学公司的膜产品占据了我国约80%的市场份额，其余膜厂商占据了约20%的市场。具有大规模生产能力的国际卷式膜厂商无一例外地登陆了国内市场，并占有一席之地。
我国绝大多数以地面水为水源的小处理厂，长期以来一直采用混凝→沉淀→过滤→氯消毒的传统净化工艺流程。在一般情况下，上述处理流程对去除色度、浊度以及卫生学方面所要求的杀灭细菌和病毒等应该说是有效的，但是，随着水系统流域环境污染的日趋严重，水体水质逐渐恶化，近百年沿袭下来的自来水传统处理工艺是难以去除种类繁多的可溶性有机污染物的，导致出水中仍含有一些对人体健康造成潜在危害的有机物质，不能不引起人们的担扰。因此，为改善出水水质，去除水中的有机污染物，提高传统处理工艺的效果，进一步强化传统工艺，促使给水处理技术的深人发展。
随着社会一直发展，人们生活的需要，饮用水的需求量越来越大，处理技术越来越高，方法多种多样，在未来的某一天，全国水资源将达到上限，因此，开发新的水资源势在必行。如：海水淡化。

第一章、设计根据
1.1设计基础
对原水水质合理的分析前提下，根据原水水质各方面的分析报告，以产水水质要求为标准，最终达到国家饮用水GB17323-1998标准，设计一套适合该原水水质处理工艺的水处理系统。
1.2设计要求
一、 出水水量要求终端出水水量为：30m3/h。
二、终端出水水质达到国家饮用纯净水水质标准GB17323-1998的有关规定。
三、要求设计内容须包括：
1. 系统工艺路线的确定并绘制工艺流程简图。
2. 水量平衡计算并绘制水量平衡图。
3. 系统各设备技术参数的设计计算。
4. 毕业设计任务书的编写。
1.3设计原则
1． 水质处理系统能保证出水水质稳定，均匀；
2． 水质处理系统设备要先进的，要可靠的；
3． 设备需要考虑经济、地理、环境等相关因素；
4． 能连续24小时处理原水；
5． 有优秀的工作人员及应急措施;
6． 整个设计可扩展性强，结构合理占地小，水利用率高，能耗低，全自动化运行，操作维护简单。

1.4原水水质
水质检测报告(一)
表1-1 原水水质标准
离子
mg/l
mmol/l
%
项目
mg/l
K+
1.2
0.03
0.9
总硬度
127.6
Na+
18.0
0.78
23.2
永久硬度
2.5
Ca2+
38.08
1.90
56.5
暂时硬度
125.1
Mg2+
7.9
0.65
19.3
负硬度
0.00
Fe3+
＜0.05

总碱度
125.1
Fe2+

PH值
7.1
NH4+
＜0.02

气味
无
总计
65.2
3.36
99.9
色度
无
Cl-
24.11
0.68
20.2
浑浊度
5NTU
SO42-
8.80
0.18
5.4
水温
25℃
HCO3-
152.5
2.50
74.4
气温

CO32-
0.00

可溶性总固体
185.3
NO3-
＜0.04

游离CO2
13.84
NO2-
＜0.004

CODMn
0.64
HPO42-
＜0.10

H2SiO3
14.20
总计
185.4
3.36
100.0
F
0.12

Al
＜0.02

1.5出水标准
终端水质达到国家饮用纯净水水质标准GB17323-1998的规定，具体项目指标要求如下：
表1-2 产品水水质标准

项目
指标
要求

感官要求
色度，（度）
≤5
不得呈现其他异色
浊度，（度）
≤1
—
臭和味
—
无异味、异臭
肉眼可见物
—
不得检出

质量理化指标
PH值
5.0～7.0
—
电导率[(25±1)℃]
≤10 μS/cm
—
高锰酸钾消耗量(以O2计)
≤1.0 mg/L
—
氯化物(以Cl-计)
≤6.0 mg/L
—

污染物理化指标
铅（以Pb计）
≤0.01 mg/L
—
砷(以As计)
≤0.01 mg/L
—
铜(以Cu计)
≤1 mg/L
—
氰化物(以CN-计)
≤0.002 mg/L
—
挥发酚(以苯酚计)
≤0.002 mg/L
—
游离氯
≤0.005 mg/L
—
三氯甲烷
≤0.02 mg/L
—
四氯化碳
≤0.001 mg/L
—
亚硝酸盐(以NO2-计)
≤0.002 mg/L
—
1.6原水分析
将原水与出水进行对比分析，原水水质报告与出水水质要求相比较，具有如下特点：
1. 原水含盐量=Σ阳+Σ阴= 65.2+185.4=250.6 （mg/l），需进行脱盐处理；
2. 原水中浑浊度为5NTU，比较高，需进行絮凝沉淀；
3. 原水中总碱度为125.1 mg/l；较高，需进行脱碱处理；
4. 原水中可溶性总固体为185.3 mg/l，需进一步处理；
5. 原水中高锰酸钾消耗量CODMn符合出水的要求；
6. 原水中含有一定的H2SiO3, H2SiO3属于一种弱酸，在水中的溶解度很小，因此电离的氢离子就很少。若水溶液中存在强碱性物质时，由于发生中和作用，就会促进反应进行，使硅酸就溶解于强碱液中，形成可溶性硅酸盐。故应避免强碱性物质的加入及对水的PH值的控制；
7. 原水中总硬度为127.6 mg/l；且主要为暂时硬度。水的硬度是引起结垢的原因之一，需要对其进行软化处理；
8. 原水中含有一定量的SO42-，它是构成水中永久硬度之一，使用膜分离去除硬度时，需防止其发生结垢污染膜元件；
9. 原水中含有少量的F和Al。
基于原水含盐量较高，硬度高，浊度较高，有机物含量低，HCO3-含量高，含有少量的游离CO2，不含Fe2+、而含有少量Fe3+。初步判断该水源为地表水。
所以，本工艺的设计的主要目的是对原水中的含盐量、不溶解微粒（浑浊度）、可溶性总固体等的处理。故该设计的主要任务为水的除盐，即主工艺为除盐。通过除盐系统的处理，使原水中的各种盐份达到饮用水的国家标准。

第二章、除盐系统工艺的比较与选择
用于水除盐的方法较多，通常有离子交换、电渗析、反渗透、纳滤、超滤、连续电除盐等方式，具体选用何种工艺还需视具体进出水水质情况而定。

2.1除盐方式的基本介绍
从原水中去除盐类物质，是采用物理、化学（电化学）的方法。通常有反渗透、离子交换、电渗析、连续电除盐、纳滤、超滤等方式，或将这些方法中的几种综合应用。各种处理方式的处理能力、优缺点和适用范围各不相同。
将各种处理方式作出初步比较，以得出一种或几种既然满足出水要求、又经济环保的工艺。现将各种工艺的优、缺点及实用性分别简述如下：
2.1.1反渗透
一种以高于渗透压的压力作为推动力，利用选择性膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性，使溶液中的水以与自然渗透相反的方向通过半透膜进入膜的低压侧，从而达到有效分离的过程。截留组分为0.1nm小分子溶质。
反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，也可用于大分子有机物溶液的预浓缩。由于反渗透过程简单，能耗低，在各种膜分离技术中，反渗透技术是近年来国内应用最成功、发展最快、普及最广的一种。
目前，国内反渗透广泛应用于锅炉给水、各种工业纯水，饮用水、电子、半导体、制药、医疗、食品、饮料、酒类、化工、环保等行业。并与离子交换结合制取高纯水。反渗透膜市场95％为进口膜，国产膜只占据了5%左右的市场，这是一个不容乐观的事实。
优点：具有较高透水率和脱盐率；去除杂质范围广；可连续运行，产品水水质稳定；安装简单、安装费用低廉；原水含盐量较高时对运行成本影响不大，单位体积产生量高，体积小。
缺点：预处理要求较高；膜件需要定期清洗；可能出现浓度极差现象；不耐细菌侵蚀、不耐高温。
实用性：反渗透除盐具有较高的脱盐率，可达99%以上；可作为一种脱盐装置。较其他脱盐装置，有着其独特优势。在回收率为70%的前提下，反渗透系统对原水中的TDS的去除率为98%以上；它可降低运行人员的劳动强度，又可进一步提高整个水处理工艺的运行水平和自动化程度；尤其是在海水淡化领域有其不可替代的优势。
2.1.2离子交换
离子交换法是利用离子交换树脂过滤原水，原水中的离子会与固定在树脂上的同种离子交换 。离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离子，从阳离子交换树脂释出的氢离子与从阴离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成水分子。 离子交换法对截留各组分的半径约为0.1-1 nm。
离子交换法能有效的去除离子，却无法有效的去除大部分的有机物或微生物。而微生物可附着在树脂上，并以树脂作为培养基。因此，需配合其他的处理方法一起使用。
优点：工艺成熟；对预处理要求简单；化学稳定性好；制水原理类同于用酸碱置换水中离子，所以在原水低含盐量的应用区域运行成本较低。
缺点：离子交换树脂需要酸碱再生，再生废水必须经处理合格后排放，存在环境污染隐患且费用成本较高。
实用性：此处为制备瓶装饮用水工艺，对于制备饮用水一般不单独采用离子交换方法。因为离子交换法在对原水中的各种离子（如钙镁离子）进行去除的同时，存在于树脂上的钠离子、氯离子等被置换出来进入出水中，如此循环往复，这样水中的离子始终得不到彻底的去除。
2.1.3电渗析
在电场作用下利用离子交换膜的选择透过性，溶液中的带电的离子通过膜而迁移，将带电组分的盐类与非带电组分的水分离的技术称为电渗析。截留组分为为微米级,包括同名离子、大离子和水。
电渗析主要用于水的初级脱盐，脱盐率在45%-90%之间。被广泛用于海水与苦咸水淡化；制备纯水时的初级脱盐以及锅炉、动力设备给水的脱盐软化等。它可以同时对电解质水溶液起淡化、浓缩、分离、提纯作用、用于水的提纯，以除去其中的电解质。
目前，电渗析主要应用领域有：
1． 从电解质溶液中分离出部分离子，使电解质溶液的浓度降低，如海水淡化。
2． 将溶液中部分电解质离子转移到另一溶液系统中增加其浓度，如海水浓缩制盐。
3． 从有机溶液中去除电解质离子脱盐。
优点：药剂耗量少、环境污染小、水的利用率高、能耗低。
缺点：出水含盐率过低时易出现极化现象，膜件较多、局部出问题时要影响到整体。离子交换过程中总会有少量的相反离子透过交换膜；而且它的运行前提是直流电场的作用和具有选择透过性的离子交换膜，成本较高。
适用性：电渗析主要用于水的初级脱盐，对水的除盐精度不高；而此处是制备饮用水，若采用电渗析对原水进行除盐，因其不能进行深度除盐，其出水不能达到要求；电渗析除盐需电源的条件下才能进行，能源消耗较高，不节能。
2.1.4连续电除盐
又叫做EDI，是将电渗析技术和混和离子交换技术相结合起来的水处理方法。通电后，阴阳离子会跑向不同的两极，而在电渗析室内又被阴阳膜分隔成若干间小室，阴离子交换膜和阳离子交换膜间隔排放，而阳膜只能通过阳离子，阴膜只能通过阴离子。从而形成了淡水室和浓水室间隔排列的布局。在最两端的叫做极水室。浓水和极水排放，淡水收集。截留组分为0.1-1nm。
EDI是工业用水深度除盐的新技术，它在溶解物的处理中，是用在反渗透之后以取代混合床来作为水的深度处理，不需要像混合床那样进行再生。在水质要求高的行业，可使用EDI来代替混床。并且出水比混床要好很多，可以连续制取超纯水。所以在水质要求高的行业，如电子行业、制药行业等，都在使用EDI来代替混床，制出含盐量更少，更纯的水。
但是，电渗析有个很大的缺点，就是操作复杂，而且设备极易损坏。在两个极水室里容易形成垢。所以必须每隔一段时间进行一次倒极，这样原来的浓水室变成淡水室，原来的淡水室变成浓水室。
优点：环保、经济、连续产水，可制取超纯水。
缺点：操作复杂，而且设备极易损坏。
实用性：连续电除盐将离子交换和电除盐这两种方法相结合，通常用于反渗透之后取代混合床来作为纯水的深度处理。在电渗析的每隔一个室里装上混和离子交换树脂，这样，在电除盐的同时也进行离子交换，并且还有混合离子交混树脂，具有交换、再生同时进行的优势，节省时间；无须酸碱再生，大大减少了污染。然而，在饮用水的处理过程中，饮用水要求尽管较高，但与电子等行业的超纯水相比，差距还很大，从人体健康和经济适用角度考虑，连续电除盐技术不很适用于饮用水的制取。
2.1.5纳滤
以压力差为推动力，用表面孔径为纳米级的半透膜去除水中的盐类和大多数有机物的过程，是一种介于反渗透和超滤之间的截留水中粒径为纳米级颗粒物的一种膜分离技术。由于其膜表面孔径处于纳米级，能去除尺寸约为1nm的分子，因而称为纳滤。截留组分为1nm以上溶质。
纳滤分离作为一项新型的膜分离技术，技术原理近似机械筛分。而纳滤膜本体带有电荷性，这是使它在很低压力下仍具有较高脱盐性能的重要原因。
与超滤或反渗透相比，纳滤对单价离子和分子量低于200的有机物截留较差，而对二价或多价离子及分子量大于500的有机物有较高脱除率。基于这一特性，纳滤过程主要应用于水的软化、净化以及相对分子质量在百级以上的物质的分离、浓缩、脱色和去异味等。主要用于饮用水中脱除Ca、Mg离子等硬度成分、异味、色度、农药、合成洗涤剂、可溶性有机物等。
优点：对水中的二价离子和大分子有机物有较好的截留能力，对二价离子的截留率可以大于99%；无需化学药剂、无废液排放。
缺点：纳滤膜较反渗透膜疏松、孔径大，价格较高，对NaCl的截留率有较大不同，纳滤对NaCl的截留率一般只有40%-90%，故整体脱盐率不高。
1． 实用性：纳滤对多价离子以及大分子有机物具有较高的脱盐率，尤其是对二价离子有其优异的脱盐性，且纳滤在低压力下仍具有较高脱盐性能。若采用纳滤技术对原水的软化具有较好的优点和节能效果。但纳滤膜较反渗透膜疏松、孔径大，纳滤膜价格较高；由于纳滤对水中的不同离子的去除具有较大的差异性，必须与其他工艺联合使用。
2.1.6超滤
超滤，又称超过滤，是利用半透膜作为选择障碍层，允许某些组分透过而保留混合物中的其他组分，从而达到分离的目的。利用膜表面孔径机械筛分的作用，当液体混合物在一定压力条件下流经膜表面时，小分子物质透过膜，而大分子物质被截留下来，使原水中大分子物质浓度逐渐变高，从而实现大分子和小分子的分离、浓缩、净化的目的。截留组分为100nm溶质。
优点：
1． 超滤过程是在常温下进行，条件温和无成分破坏，因而特别适宜对热敏感的物质，如药物、酶、果汁等的分离、分级、浓缩与富集。
2． 滤过程不发生相变化，无需加热，能耗低，无需添加化学试剂，无污染，是一种节能环保的分离技术。
3． 超滤技术分离效率高，对稀溶液中的微量成分的回收、低浓度溶液的浓缩均非常有效。
4． 超滤过程仅采用压力作为膜分离的动力，因此分离装置简单、流程短、操作简便、易于控制和维护。
缺点：
1. 超滤开始时，由于溶质分子均匀地分布在溶液中，超滤的速度比较快。但是，随着小分子的不断排出，大分子被截留堆积在膜表面，浓度越来越高， 自下而上形成浓度梯度，这样超滤速度就会逐渐减慢，这种现象称为浓度极化现象。它是超滤膜截留溶质的自然结果，会导致溶剂通量下降，使溶质的去除率降低。
2. 超滤对去除水中的微粒、胶体、细菌、热源和各种有机物有较好的效果，但几乎不能截留无机离子。
实用性：
1. 超滤与其他传统的预处理工艺相比，操作方便、投资少、占地小，可满足各类反渗透进水的要求。
2. 超滤对水中的各类胶体均具有较好的去除特性。
3. 超滤解决安全饮用水问题，既能获得无细菌、无微生物、无杂质的饮用水，且在设备投入成本低、自动化实现简单、产水水质稳定等绝对的优势。
4.超滤的孔径在0.01-0.1um范围，对水中悬浮物、胶体、微生物具有很高的去除率，与传统工业相比，能显著提高饮用水水质。对原水中微生物、铁锰胶体的去除方面具有明显优势。
此处，原水中含盐量为250.6mg/l，由于超滤截留无机离子效果差，所以不能单独采用其进行水的脱盐。
2.2系统除盐的确定
结合出水水质情况，出水要求达到国家瓶装饮用水的具体规定。饮用水涉及人体健康，其要求较严格，其中具体的感官要求、质量理化指标、污染物理化指标等规定作为本工艺设计处理的目标；如要求电导率 ≤10 μS/cm ，浊度 ≤1 度。
对饮用纯水的制备，一般情况下，当原水总含盐量小于500mg/l时，不适合采用离子交换除盐，而采用单极除盐较为经济、合理；当原水总含盐量大于500mg/l时，可采用组合式进行多工艺除盐。
原水中，含盐量=Σ阳+Σ阴= 65.2+185.4=250.6 （mg/l）
针对原水水质情况及终端出水水质要求，基于反渗透工艺具有较高透水率和脱盐率；连续运行，产水水质稳定；安装简单、安装费用低廉；原水含盐量较高时对运行成本影响不是很大；体积小，单位体积产生量高；能有效去除水中的溶解盐类，胶体，有机物，微生物等（去除率高达97%-98%）；无需用酸碱再生，有利于环境保护优点。使用反渗透系统脱盐，有其本身的优势。
反渗透的优势：
1) 反渗透系统对原水中的可溶性总固体的去除率为98%以上，一次性去除率高；
2) 反渗透的标准脱盐率可达到99%以上，对原水中盐类的去除较为彻底。
3) 反渗透对在常温且不发生相变的情况下，可以对溶质和水进行分离。
4) 反渗透出水水质较好且较稳定，可减轻后续工艺的负担。
所以，本设计采用反渗透工艺用于水的除盐。
进行反渗透工艺设置时，应考虑多种因素，以确保反渗透主机的正常运转，从而保证产水的水质稳定。大致有：
1． 选择合理有效的预处理方案；
反渗透装置的设计，首先应根据原水水质(含盐量、酸碱度、温度、悬浮物、细菌等)，确定预处理项目（如杀菌、调节pH值、凝聚、过滤、软化等），然后选择膜材料（透水量、脱盐率、pH值实用范围等），再根据产水量计算所需的膜面积；
2． 选择合理的反渗透膜元件，并根据系统产水量计算反渗透膜元件使用量；
3． 确定膜组件的具体排列方式；
4． 系统能达到较高的脱盐率；
5． 尽量减少膜元件的污染和结垢倾向，保证系统长期稳定运行。

2.2.1反渗透进水水质要求
反渗透的具体进水水质见下表：
表2-1 反渗透进水水质标准
给水水质
醋酸纤维膜(CA膜)
芳香聚酰胺复合膜
PH值
4-6
2-11
温度
5-30℃
1-45℃
浊度
<1.0NTU
<1.0NTU
淤泥密度指数（SDI）
<5
<5
总有机碳（TOC）
<3mg/L
<3mg/L
氯
<1mg/L
<0.1mg/L
铁含量
给水中溶氧>5mg/L时，Fe<0.05mg/L
SiO2
浓水中SiO2<100mg/L
Ca，Sr，Ba
硫酸盐离子积<0.8Ksp
LSI
pHb-pHs<0，即pHb-pHs为负值
注：
1) 淤泥密度指数是表示反渗透膜系统在依据给水条件下运行发生污染可能性的一个尺度：SDI数值表征了在规定时间内,固定孔径的测试膜片被水中的淤泥、胶体、硅胶体、铁的氧化物等污染物堵塞的程度；
2) LSI=pHb-pHs，为朗格利尔指数，是衡量碳酸钙在水中的溶解倾向的指标，数值越高，越容易结垢。（ pHb为浓水的pH值；pHs为CaCO3饱和液的pH值）。
芳香聚酰胺复合膜与醋酸纤维膜相比，不容易滋生细菌、病毒等，不容易造成膜的损害；且芳香聚酰胺复合膜对pH的适应范围较高，故选用芳香聚酰胺复合膜。
原水中的部分指标不能满足反渗透的进水要求，原水与反渗透进水要求相比较，具有以下特征：
1． 由反渗透进水要求浊度<1NTU，原水中，浑浊度为5NTU，明显过高，故需对其进行处理；
2． 原水中含有H2SiO3物质，由于硅酸微溶于水，故可以采用过滤沉淀的方法使之得到去除；
3． 原水中可溶性总固体较高，需要进行处理；
4． 原水中Ca2+、Mg2+以及SO42-可能引起结垢，需要加入阻垢剂缓减结垢的发生，以免造成反渗透膜的堵塞；
5． 原水中硬度且主要是暂时硬度较高，在进入反渗透系统之前需要进行软化处理；
6． 原水中碱度较高；
7． 原水中PH值为7.1；而此处选用芳香聚酰胺复合膜，其对水PH值要求为2-11，故不需对其进行调节处理。
所以，在原水进入反渗透主机之前，需对其进行预先处理，将原水中对膜的污染、结垢、损伤的物质进一步降低；以防止膜表面结垢（包括CaCO3、CaSO4、CaF2、硅等）、防止胶体物质及悬浮固体微粒污堵、防止有机物质的污堵、防止微生物的污堵等，以保证反渗透系统的安全运行。
2.2.2保安过滤器
保安过滤器属于精密过滤器的一种，作为反渗透工艺的重要组成部分，在反渗透主机之前设置一个5um保安过滤器。保安过滤器设置在软化器之后，其主要目的为去除被漏过的微小颗粒悬浮物、微细颗粒、和胶体和大分子有机物以及破损的离子交换树脂等，还能在一定程度上去除浑浊度，降低水的SDI值，以满足反渗透对进水的要求。保安过滤器，为精密过滤器中的一种，作用有两点：一是防止上道工序有漏泄，将部分微粒带入下一道工序；二是确保下道工序的进水水质要求。是能去除粒径为微米级的微细颗粒的一种过滤技术。此处，主要用于截留预处理工序可能带来的大于5μm的颗粒、杂质。此外，精密过滤器对水中的可溶性固体也能较好地进行去除，从而降低水中微溶、易溶等在水中较容易溶解的固体物质。保安过滤器属于微米级的精密过滤器，过滤方式为深层过滤。在系统运行过程中起保安的作用，以防止预处理漏过的杂质进入反渗透膜原件中。保安过滤器选用公称过滤精度为5um的滤芯，滤芯材质为聚乙烯。为避免腐蚀，过滤器本体采用不锈钢材质。

第三章、预后处理工艺的确定
3.1预处理工艺
预处理的必要性：
原水中难容盐、金属氧化物、细菌、氧化性物质、有机物以及硅胶等可能引起反渗透膜的污染。为减少膜的污染、清洗周期和使用寿命，提高产水率和脱盐率，反渗透系统对给水的浊度、SDI、微生物数量具有一定的要求，并满足适当的温度和PH。预处理主要作用在于防止结垢、防止微生物污染、防止膜劣化等。
反渗透装置的预处理对于确保反渗透装置运行的安全可靠性和经济性、保证反渗透装置稳定运行和使用寿命起着十分重要的作用。有了满足进水水质的预处理，就可以确保工艺的产水量、脱盐率、回收率、运行成本达到最优。
预处理的目的是满足反渗透工艺进水的需要，其设置依据为原水水质特征及反渗透进水要求。基于原水的特征，原水中具有浊度较高、硅酸含量高、硬度高等特点，不符合反渗透进水要求，进入反渗透工艺之前需要进行预先处理。预处理具体内容如下：
3.1.1混凝、澄清
基于原水中浑浊度较高，采用混凝、澄清的方法。作为传统的预处理方式——混凝、澄清，可以大大降低水的浊度。
水中的悬浮物和胶体物质的粒径不同，它们的沉降速度相差很大，大颗粒悬浮物在重力作用下容易沉降。而微小粒径的悬浮物以及胶体杂质能在水中长期保持分散悬浮状态，为了去除水中这些微小粒径的悬浮物以及胶体杂质，需要进行混凝处理，使这些微小杂质聚集成较大的颗粒并迅速沉降下来，从而使水得到澄清。
为了提高过滤器的过滤效果，在活性炭过滤器前投加加絮凝剂。向水中加入混凝剂后，水中的部分微小颗粒和胶体颗粒就会脱稳，产生吸附架桥作用、絮凝成絮状物而迅速下沉将。水中微小的胶体，悬浮物混凝使之形成较大颗粒的悬浮物，以便在过滤器中去除掉。经过混凝澄清可以有效去除水中的悬浮物和有机物胶体、细菌等微生物以及部分硅化物。从而除掉大部分的悬浮物和固体杂质，降低浊度、暂时硬度，再进一步过滤可使给水达到反渗透进水的SDI值要求。
混凝剂采用无机高分子混凝剂， 聚合氯化铝（PAC），具有较强的架桥吸附性能，能较好地使微小颗粒物产生絮凝沉淀效果。
原水中悬浮物含量不高，所以不设置澄清设备，以便节省投资、减小工艺流程。而是采用在过滤器中进行混凝、过滤处理，这种将混凝过程和过滤过程一体化的工艺成为混凝过滤。
混凝剂加药装置由计量泵、加药箱、搅拌装置以及辅助设备、管路、阀门等组成。絮凝剂先进行溶解再由计量泵注入，投药位置采用泵前投加，即将混凝剂加注在原水泵吸水管中，这样可以利用水泵叶轮使药剂和原水得到充分混合。
3.1.2活性炭过滤器
经过混凝澄清处理后的水其浑浊度可以降到10NTU左右，设置活性炭过滤器，以去除细小的颗粒和细菌，降低水的浑浊度，对原水中的H2SiO3等物质进行截留，对部分可溶性总固体的去除。活性炭不但可吸附电解质离子，还可进行离子交换吸附。
活性炭过滤器是一种内装填粗石英砂垫层及优质活性炭的压力容器。活性炭是一种很细小的炭粒，利用活性炭的空隙结构及其分布，具有各种形状和大小的微细孔，因而构成巨大的吸附表面积，所以具有较强的吸附能力。它主要是以物理吸附为主、也存在化学吸附。可有效保证后绪设备使用寿命，提高出水水质，防止膜污染。活性炭过滤器采用固定床吸附装置。
3.1.3软化器
原水中，总硬度且主要是暂时硬度较高，H2SiO3含量较高。为保证反渗透装置正常运行，避免钙，镁，硅酸物质等在反渗透膜浓水侧发生结垢现象，使膜受到污染，在原水进入反渗透主机之前对其预先进行软化处理，以预防或缓减结垢现象的发生，这样可以减少甚至不需阻垢剂的用量。
原水硬度为127.6 mg/l，由原水分析报告可知，构成水硬度较高的原因主要是水中含有较高的Ca2+、Mg2+。所以，降低水的硬度，即对原水中的Ca2+、Mg2+等的降解及去除过程。
3.1.4预处理工艺的确定
综上所述：得出预处理具体流程为：
进水→原水箱→混凝、软化→活性炭过滤器→软化器→保安过滤器→RO
原水首先进入原水箱，进行收集，以稳定水量；原水经混凝、过滤和软化后，可以在一定程度上去除其中的有机物胶体、细菌等微生物、部分硅化物、固体杂质，降低硬度，经过混凝澄清处理后的水其浊度可以降到10NTU左右。再经活性炭过滤器的吸附过滤作用，进一步去除有机物、余氯、胶体、脱色等。经过软化器的软化可使水的硬度得到降低。最后在进入反渗透主机之前，再经过保安过滤器的过滤处理，更进一步去除被漏过的微小颗粒悬浮物和胶体，保安过滤器置于反渗透工艺之前，能去除浊度1NTU以上的小微粒，以满足后续工艺反渗透对进水的要求。
3.2后处理工艺
作为反渗透工艺的后续补充，其设计依据为反渗透出水水质与最终出水水质的具体要求。
原水中阴离子含量为185.4 mg/l，阳离子含量为65.2 mg/l，即原水中，经过预处理混凝、过滤、软化以及反渗透除盐系统脱盐处理后，出水电导率能满足国家饮用纯净水水质标准GB17323-1998的规定，即电导率≤10μS/cm。
所以，后处理工艺的主要任务为：在产品水最终使用前的消毒、进一步过滤等处理。
3.2.1杀菌、消毒
经过前置一系列的处理，虽然其物理外观已经符合生活饮用水水质的要求，且大部分细菌、病原菌和其他微生物也得到了去除，但其中还有一定数量的细菌和病原菌存在。故需进行消毒处理，消毒主要杀死对人体健康有害的病原菌和病毒等，保证饮用水的卫生安全。对瓶装饮用水较多使用臭氧消毒