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。

根據(jù)的法規(guī)，制藥用水的原料水至少應(yīng)采用符合國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的生活飲用水。因此，對直接從湖泊、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，這些機(jī)械雜質(zhì)會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，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，又可通過KMnO4氧化來再生。這個一步同時完成的過程，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，通過在特別設(shè)計的反應(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，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）的非常有效而又簡單的措施。

同時又為微生物生長提供了營養(yǎng)物，使得活性炭過濾器內(nèi)的微生物大量滋生。如不及時清洗和消毒，會有細(xì)菌再脫落甚至崩塌的危險，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，可將生物活動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，可能會反而促進(jìn)活性炭過濾器上的微生物活動。

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，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，是非常有效和保險的反滲透膜預(yù)防結(jié)垢的措施。同時樹脂軟化時也脫除了鐵、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離子交換樹脂所吸附，但當(dāng)進(jìn)水中其含量超過0.05ppm時，也會對樹脂產(chǎn)生催化降解作用。如原水中鐵的含量較高時(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，一般不需要再進(jìn)行在線消毒。

但是針對使用地表水，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)物也會消耗氯。

臭氧、含氯消毒劑以及其他氧化劑對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，可以在一定時間內(nèi)對抗氯的攻擊，但長期高濃度接觸，也會出現(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的作用，也可同時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，其濃水中的鹽濃度就會增加到進(jìn)水濃度的兩倍，回收率越高，產(chǎn)生結(jié)垢的風(fēng)險性就越大。

常見的難溶鹽為CaSO4、CaCO3 和SiO2，其它可能會產(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，阻垢劑中毒后會失去作用，不但不能預(yù)防膜的結(jié)垢，還會引起阻垢劑本身的污堵。同時必須避免過量加入。

陽樹脂軟化：可以使用Na型置換水中結(jié)垢陽離子如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，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，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)測可保證反滲透膜和離子交換樹脂不被降解或中毒。同時可監(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。

采用巴氏消毒時循環(huán)水出水口未安裝溫度指示儀表。

原水儲罐、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，或更換廠家和牌(型)號后未進(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。