2.5　原水過濾除濁技術

原海水中的漂浮物可采用格柵和柵網過濾方法去除。海水中大部分的懸浮物和膠體需經混凝沉淀或澄清處理除去；部分細小懸浮物還需通過濾料過濾、膜過濾、活性炭吸附過濾等方法除去。海水過濾工藝的選擇與海水淡化設備進水水質要求、過濾前海水濁度和所含雜質成分有關。對蒸餾法和電滲析法海水淡化一般采用一級濾料過濾工藝；而對反滲透法海水淡化，通常采用的過濾工藝有二級濾料過濾工藝、濾料-超濾膜組合過濾工藝、單級超濾膜過濾工藝和單級微絮凝濾料過濾工藝等。后兩種過濾工藝一般適用于常年低濁度、有機雜質含量少的海水。對有色度和臭味、有機物含量較大的海水，可采用活性炭吸附過濾。

2.5.1　格柵和格網

格柵和格網設置于海水取水頭部或集水井，攔截海水中的漂浮物，如樹枝、雜草、廢塑料等。格柵和格網一般都用金屬鋼材制造，需做海水防腐蝕處理。格柵間距為30～50mm，柵網的網孔為25～50mm2，分別作為前、后兩道的海水過濾。過柵網孔的設計流速不大于0.8m/s。海水取水量小于5000m3/h時一般采用平板格網；海水取水量大于10000m3/h時，可采用旋轉格網。格柵和格網設計套數為一開一備。格柵和格網的設計可參見標準設計（S321-1～3）和（S321-3～6）。

2.5.2　濾料過濾［5］

濾料過濾是目前最常用和有效的過濾方法。濾料過濾的過程是攔截-洗脫循環進行的過程，含懸浮物和膠體的海水通過顆粒狀介質組成的濾層，濾層具有篩分功能，在遷移-黏附-截留的機理作用下，在濾層中孔隙逐漸變小，除去懸浮物和膠體；同時濾層具有接觸吸附功能，還能部分去除海水中的有機物、細菌以及鐵、鋁、錳等重金屬離子。

在海水除濁過濾中普遍使用的濾料為石英砂和無煙煤，它們具有耐腐、耐磨、比表面積大、價格低廉和易洗脫等優點。濾料的選用應考慮濾料的有效粒徑和濾料的級配，通常以有效粒徑d10和不均勻系數K80表示濾料級配指標。不均勻系數為1，表示濾料粒度完全均一。不均勻系數愈大，濾料粒度愈不均勻，則過濾出水水質越差，而且難洗脫，反洗時易跑砂。一般選用不均勻系數K80值為1.4～2.0。濾層厚度增大與過濾速度和濾料有效粒徑等有關，厚度增大，水中雜質不易穿透，但水的阻降和投資會增加，因此應根據運行實踐經驗，設計計算一個較佳的濾層厚度。

按石英砂、無煙煤濾料粒徑級配和填裝厚度的不同組合，可構成單層、雙層、多層濾料濾池和均粒濾料濾池。濾池的濾料、粒徑、厚度和設計流速參見表2-16。

①進水濁度約5NTU。

2.5.2.1　一級濾料過濾設備

一級濾料過濾是指海水經混凝沉淀或澄清處理后的出水進行第一次濾料過濾，一般都采用重力式過濾。一級濾料過濾設備通常采用重力式無閥濾池、普通快濾池或V型濾池。三種濾池的特點、適用條件和主要工藝設計參數參見表2-17。

2.5.2.2　二級濾料過濾設備

二級濾料過濾是一級濾料過濾出水通過增壓再進入填裝不同級配的無煙煤和石英砂濾料的壓力濾器進行第二次濾料過濾。采用過濾一反洗的循環運行過程，當進出水壓差>0.06MPa時停止過濾，進行反洗。經二級濾料過濾的海水出水濁度<0.3NTU，SDI15值<5，能滿足反滲透海水淡化設備的進水要求。

二級濾料過濾一般采用鋼制密閉壓力式濾料過濾器，壓力式過濾器屬低級壓力容器，可并聯也可串聯使用。濾器分類從外觀上有立式和臥式濾器；從水流方向分類有下向流、上向流、雙向流濾器；從隔室分類有單隔室、雙隔室和三隔室濾器，其中下向流單隔室或臥式的濾料濾器應用較普遍。立式濾器最大直徑約為3200mm，單臺出水量為60～80m3/h，適用于小中型海水淡化廠；臥式濾池在國外應用較普遍，尺寸一般為ф3200，長10～15m，單臺出水量為150～600m3/h，適用于中、大型海水淡化廠。

濾器內壁襯塑膠，內裝有進水擋板或配水管，底層氣水分配一般采用水阻降小的縫隙式濾頭。濾料填裝有單濾層或雙濾層，濾料層濾料級配可參見表2-16。濾層厚度約為1000～1200mm。濾器外部配有進水、出水、進氣、排氣、反洗、上排和下排等閥門，視鏡、入孔、壓力和流量等儀表器。壓力式濾料濾器可參見圖2-12，其性能與工藝參數參見表2-18。

2.5.2.3　微絮凝濾料過濾

微絮凝濾料過濾是原海水在管道混合器中投加混凝劑后，不經過混凝沉淀池或澄清池，直接進入濾料過濾器進行過濾。一般采用壓力式濾料過濾器，其適用于處理水量小，常年濁度<5NTU，色度和有機物含量低的海水。

微絮凝濾料過濾機理大致是由于濾料的物化性能和固-液界面流動接觸，產生表面附著作用，水中雜質顆粒、微細絮體顆粒和混凝劑進入濾層后還繼續發生絮凝和接觸吸附反應，并黏附在濾料表面而被截留過濾。

為提高微絮凝濾料濾器的截污能力和減少過濾阻力，可使用高分子混凝劑，采用雙層濾料、雙向流式和上向流式的濾料濾器。

微絮凝濾料過濾具有工藝簡單、占地面積小、設備投資和運行費用低等優點。

2.5.3　膜法海水淡化預處理技術［6］

鑒于傳統預處理技術的局限性，人們提出了利用膜分離技術進行海水反滲透預處理的工藝流程，主要包括微濾（MF）、超濾（UF）和納濾（NF）三種。MF在去除懸浮固體、降低SDI上效果明顯。UF不但可截留懸浮固體和細菌，還可截留大分子有機物、膠體等。NF是介于UF和RO之間的膜過程，其可選擇性去除海水中二價離子，在防止結垢和減少進料TDS方面有獨特的作用［7］。

2.5.3.1　微濾（MF）技術［8，9］

微孔膜過濾（簡稱微濾）是一種以壓力為動力的篩分過程，它屬于精密過濾技術。微孔膜孔徑范圍一般為0.05～10μm，其特點是膜孔徑均一、過濾精密度高、濾速快、吸附量少、無介質脫落等。

微孔濾膜（簡稱微濾膜）材料為聚丙烯、磺化聚醚砜、聚四氟乙烯等，膜組件有五種形式：管式、毛細管式、中空纖維式、板框式和卷式。管式膜組件膜管直徑為10～20mm，毛細管膜膜管直徑約為1～2mm，中空纖維膜管外徑約40～250μm，外徑與內徑之比為2～4。幾種組件特性比較見表2-19。其中管式、毛細管式和中空纖維式膜組件適合微濾過濾預處理。

微孔濾膜操作有全流式和錯流式兩種。前者應用于稀料液和較小的規模，膜制成濾芯，大多為一次性，如化纖繞線型濾芯，用于深層型過濾，微孔膜濾芯產品上常標有孔徑大小和精度，供使用者選擇。錯流操作又稱切線流操作，對懸浮粒子大小、濃度的變化不很敏感，適用于較大規模的應用，這類操作的膜組件需經常地周期性清洗、再生［11］。微孔濾膜過濾器如圖2-13所示。

微濾器使用一段時間后，由于管壁上的微孔易為雜物堵塞，壓降增加，當進出水壓力相差98.0665kPa（1kgf/cm2）左右時，就應進行“反沖再生”，通常采用壓縮空氣和清水脈沖式反沖洗，再用6％～7％的鹽酸浸泡24h，最后用清水沖洗到水呈中性，即可投入運行［12，13］。

（1）新型MF技術　以連續微濾（continuous micro-filtration，CMF）為代表。采用0.2μm孔徑的聚丙烯、磺化聚醚砜或聚丙烯腈中空纖維膜，內壓式死端過濾。該膜可使膠體顆粒和細菌數量減少幾個數量級，提高凈化水的水質，并可在很低的橫流速度下運行。CMF-RO技術采用空氣反沖洗，以自動頻繁脈沖方式和短時間的沖洗來保持穩定的產水通量，與常規過濾器因反沖洗而出現的停運相比，這種脈沖清洗的時間特別短，因此非常適于過濾固體含量高的液體。

采用CMF技術代替傳統的多介質過濾器-活性炭過濾器的預處理工藝，不但大大減少絮凝劑、殺菌劑和余氯脫除劑等化學藥品的加入量，還可避免多介質和活性炭的頻繁更換。經CMF過濾后的產水SDI<3，濁度<0.2NTU，TSS<1mg/L，顆粒粒徑<0.2μm（傳統多介質過濾器為5～10μm），大腸桿菌<3個/L，能夠達到反滲透系統對進水水質的要求。該法能耗低，約為0.15～0.3kW·h/m3處理水。

與傳統預處理方法相比，采用連續微濾技術改進了反滲透系統的進水水質，延長了反滲透膜的使用壽命，提高了系統的回收率，大大減少了設備占地面積，減少了操作費用，降低了勞動強度，并可以有效地實現微濾過程的自動化控制。2003年年底建成的天津市1000t/d海水淡化示范工程中的海水深度預處理部分采用天津工業大學的CMF技術，運行兩年多來，CMF出水SDI<2，且運行比較穩定。

（2）無機陶瓷膜　是以氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯等經高溫燒結而成的具有多孔結構的精密陶瓷過濾材料，多孔支撐層、過渡層及微孔膜層呈非對稱分布。陶瓷膜過濾技術是基于多孔陶瓷介質的篩分效應而進行的物質分離技術。

由于潮汐和風浪影響，取用的近岸海水中含有大量泥沙，為防止泥沙粗顆粒物進入陶瓷膜管，堵塞水流通道，采用過濾精度20μm的自動疊片式過濾器去除。疊片式過濾可自動運行和反沖洗，采用時間和壓差控制反沖洗操作，每個單元只需10～20s即可完成，反洗用水量少，清洗效果好。此外，疊片式過濾器還具有占用空間小，幾乎不需日常維護的優點。

陶瓷膜過濾器采用高效的錯流過濾方式，泥沙、懸浮物等濃縮物質隨水流的沖刷作用帶出膜管，使膜表面的污染物附著層厚度保持較薄的水平，從而保證了正常運行。陶瓷膜過濾的反沖洗采用頻繁、短時、自動清洗設計。陶瓷膜過濾器對進水水質的適應性強，同時有效、長期保持較好的出水水質（保證出水中SDI指數及顆粒指標），如膠體顆粒、病菌、隱性孢子等幾乎能被完全去除，使SWRO保持穩定運行，并延長使用壽命。海水中膠體物質較多時，添加混凝劑使水中的膠體顆粒脫穩并凝聚成絮凝體，從而被陶瓷膜截留去除，減輕其對陶瓷膜的危害和污染。海水中膠體物質較少時，也可不加或少加混凝劑，該工藝對混凝反應的要求較低，不設專門的混凝反應器，直接采用管道混凝。

由于陶瓷膜對水中溶解性小分子量有機物的去除作用有限，海水中有機物含量較高時，為了防止反滲透膜被水中的有機物污染，可增設保安過濾器，以去除水中的有機物，保證反滲透進水水質。活性炭過濾器為可選設備，若水中有機物較少，陶瓷膜出水可直接進入反滲透膜組件。

與有機膜比較，無機陶瓷膜耐高溫，可實現在線消毒；化學穩定性好，能抗微生物降解；對于有機溶劑、腐蝕氣體和微生物侵蝕表現良好的穩定性；機械強度高，耐高壓，有良好的耐磨、耐沖刷性能；孔徑分布窄，分離性能好，滲透量大，可反復清洗再生，使用壽命長。此外，陶瓷膜用于反滲透海水淡化預處理，具有能耗低、產水率高、占地面積小、出水水質穩定等優點，且陶瓷膜管抗污染及再生能力強，長期閑置時無需添加特別的保養液進行膜管維護，操作管理方便，是較理想的預處理工藝。其缺點是通常的陶瓷膜過濾工藝一次性投資成本較高。

2.5.3.2　超濾（UF）技術［8，9］

超濾技術是一種以機械篩分原理為基礎，以膜兩側壓差為驅動力的膜分離技術。它的篩分孔徑較微濾小，可截留水中的細菌、病毒、膠體、大有機分子、油脂、蛋白質、懸浮物等。超濾技術有中空、卷式、平板、管式等幾種組件類型，其中中空纖維膜是超濾技術中最為成熟與先進的一種形式。超濾膜按膜材質和配方、制備工藝的不同，有多種不同性能、用途和不同規格型式的超濾膜組器，大致分類歸納列于表2-20。

注：PVC—聚氯乙烯；PP—聚丙烯；PAN—聚丙烯腈；PSF—聚砜；PES—聚醚砜；PVDF—聚偏氟乙烯。

（1）超濾膜組器使用條件　水溫5～40℃；pH2～11；油脂含量<5mg/L；連續游離氯含量<5mg/L；安裝于室內，避免日光直接照射；濕態保存，防冰凍。

（2）技術要點

①應根據海水水質、濁度、pH值、產水水質要求和現場海水超濾膜過濾試驗的結果，選擇海水超濾膜組器和過濾工藝。

②在海水預處理中通常選用以PS、PEA和PVD下為材質，截留分子量為（8～15）×104Dalton，內壓式或外壓式中空纖維超濾膜組器。

③海水超濾膜過濾工藝分全流式過濾和錯流式過濾工藝，如圖2-14所示。

通常海水經過混凝沉淀、澄清、砂濾處理后，或海水常年濁度<5NTU時，可選用全流式超濾膜過濾工藝；海水常年濁度>10NTU時，宜選用錯流式超濾膜過濾工藝［11，14］。

④多種因素影響超濾膜產水通量和反洗頻率，其參數值可根據現場試驗結果或參照已有工程項目經驗來確定。

⑤超濾膜過濾應設置加藥的化學加強反洗（CEB）和化學清洗（CIP）裝置，根據超濾膜污染情況，確定化學加強反洗（CEB）和化學清洗（CIP）周期。

⑥超濾膜過濾應前置過濾精度為100～200μm的全自動清洗保安濾器，以保護中空纖維超濾膜不受損害。

⑦超濾膜透過水通量會隨水溫下降而減少，產水通量應根據膜廠商提供的溫度校正曲線或有關計算公式進行校正。

⑧超濾膜過濾在運行和氣水反洗過程中，應采取水、氣的緩升降措施，防止沖擊造成中空纖維膜的破損。

⑨超濾膜過濾裝置應設置完整性檢測系統，以便在出水水質下降時，檢查超濾膜的破損情況，及時修復或更換超濾膜組器。

⑩超濾膜組器過濾過程應按自動化操作運行設置。

（3）有關計算公式和工藝參數

①超濾膜組總有效膜面積

式中，A為超濾膜組器總有效膜面積，m2；Q為設計產水量，m3/h；J為在單位時間內單位膜面積水透過率，m3/（m2·h）。

②超濾膜元件數

式中，n為超濾膜元件數（支）；S為單支超濾膜元件的有效膜面積，m2。

③產水量溫度校正系數

G=（1+0.0215）25-T

式中，G為產水量溫度校正系數；T為運行水溫，℃。

④水回收率

式中，R為水回收率，％；Q1為單位時間進水量，m3/h；Q2為單位時間產水量，m3/h；Q3為單位時間自耗水量，m3/h。

在某海水淡化試驗現場，中空纖維超濾膜海水過濾主要工藝參數見表2-21。

注：1bar=0.1MPa。

（4）超濾海水進水和產水水質分析結果　在某海水淡化試驗現場，原海水經混凝沉淀處理后，采用自清洗保安濾器和內壓或外壓式中空纖維超濾膜過濾進行中試。中試工藝為全流式過濾，運行壓力為0.8～1.5bar，跨膜壓差（TMP）為0.6～1.0bar，水回收率為86％～91％。超濾的海水進水和產水水質的分析結果參見表2-22。

以UF作為RO的預處理可構成UF-RO集成技術，中空纖維UF膜可以處理高度污染的表層海水。該型UF膜系統的特點是具有頻繁、短時、自動清洗毛細管膜的功能，且具有在較低的錯流流速下運行的能力。其中，UF膜截留分子量為150～200kDa，可確保RO在較高通量和較高截留率下操作，產水量可提高10％，減少運行費用。該預處理能耗低，約為0.15～0.3kW·h/m3，淡化水成本可降低10％左右。Galloway等在Trinidad和Venezuela海域進行中空纖維UF處理海水的中試研究，結果表明，UF中試裝置連續穩定運行數個月，可有效解決海水水質波動范圍較大的問題，超過95％的產品水的SDI<3，并且超過85％的SDI<2。VanHoof等經過2500h的測試，有98.4％的產品水的SDI<3，說明該UF預處理的出水水質較優。Brehant等用中空纖維UF膜預處理表層海水，其UF出水SDI<1，且出水水質非常穩定，而傳統的雙重介質過濾則僅能降到2.5左右，且水質不穩定。

在韓國釜山，正在建造容量為45000m3/d的海水淡化實驗平臺。S.Kim等［8］針對此海域低濁度特點，分別考察了UF和DMF（多介質過濾器）作為海水淡化預處理方式處理低濁度海水的運行效果。實驗表明，UF能夠為反滲透系統提供穩定、高質的進水，絮凝工藝能夠有效去除芳香性有機化合物并有效減緩膜污染現象；而DMF的產水SDI不達標，對DMF工藝參數進行調整也不能使其產水滿足反滲透進水要求，必須采用多級DMF系統和高效絮凝工藝，這就大大增大了DMF的設計和運行成本。

大唐王灘電廠反滲透海水淡水系統是中國第一個投運的“雙膜法（UF+SWRO）”海水淡化項目［15］，一期總設計出力10800m3/d，已建成裝置出力7200m3/d。項目采用了代表世界最新科技的預處理工藝：自清洗過濾器+UF。通過四年多運行數據可知，對缺乏淡水的地區或海水水溫隨季節波動較大的地區，超濾作為反滲透海水淡化系統的預處理是切實可行的。此預處理中采用了Omexell壓力式中空纖維超濾膜元件SFP2660，其材質為聚偏氟乙烯，過濾精度為0.03μm。超濾系統產水的SDI值基本保持在3以下，投運以來總共進行了四次在線化學清洗（CIP），平均一年一次。此外，在王灘電廠海水淡化項目中，調試初期采用3mg/L聚合氯化鋁。在系統調試過程中，發現后續超濾系統跨膜壓差增加較快，產水量衰減較快，懷疑是聚合氯化鋁（PAC）導致超濾膜污染，因此將聚合氯化鋁（PAC）投加系統關閉，發現后續超濾系統運行隨即正常，反洗頻率大幅降低，說明此系統不宜采用絮凝工藝［16］。

2.5.3.3　納濾（NF）技術

納濾是反滲透膜過程為適應工業軟化水的需求及降低成本的經濟性不斷發展的新型壓力驅動膜分離技術，廣泛應用于飲用水純化、廢水凈化、有價值組分分離與濃縮等領域。NF主要膜材料為醋酸纖維素、醋酸-三醋酸纖維素、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺復合材料和無機材料等。NF膜孔徑達納米級，一般在1～2nm，截留分子量為200～1000Da，且膜表面帶有電荷，可有效選擇性截留二價離子（Ca2+、Mg2+和等）。即使在很低操作壓力下（0.5MPa），也可大幅度降低原海水的二價離子和溶解性有機物含量，有效解決傳統海水淡化過程中存在的結垢和有機污染等問題，保證反滲透膜組件的安全穩定運行，并大幅度提高了水回收率［17，18］。

1986年，納濾作為反滲透預處理技術被引入海水淡化中，可有效降低反滲透進水硬度、總固溶物和有機物含量，從而達到防止反滲透膜結垢與污染、提高系統回收率和降低成本的目的。據沙特阿拉伯鹽水轉化公司（Saline Water Conversion Corporation，SWCC）的研究表明［19，20］，納濾海水軟化工藝可將海水總硬度由7500mg/L降至220mg/L，去除率達97％；總溶解固體由45460mg/L降至28260mg/L，去除率達38％；氯度由21587mg/L降至16438mg/L，去除率達24％；由2300mg/L降至20mg/L，去除率達99％；相同操作條件下，反滲透海水淡化系統的總回收率提高30％。Hassan等［21］報道了NF在海水淡化預處理方面的一系列研究和應用工作，NF膜有效地降低了硬度、SDI、微生物和濁度等。在2.2MPa壓力下，NF膜對Ca2+、Mg2+、、和總硬度的截留率分別是89.6％、94.0％、97.8％、76.6％和93.3％，TDS截留率為37.13％～54.11％，水回收率為40％～45％。由于NF膜的前處理，使得SWRO和MSF系統的回收率高達70％和80％。受滲透壓影響，反滲透海水淡化回收率只有40％，納濾-反滲透組合工藝可使回收率大幅度提高。模擬設計計算結果表明，海水濃度35000mg/L，反滲透膜的脫鹽率為99％，納濾膜的截留率為50％，反滲透采用同樣的操作壓力，當反滲透回收率為40％時，總的產水回收率可提高到60％。

2.5.3.4　膜法預處理的膜污染問題

超濾膜具有多孔致密表皮層和海綿支撐層組成的不對稱結構，有利于水在小阻降條件下通過，而不易污堵，約1μm厚的表皮層上的細微小孔可制備成多種不同尺寸規格的孔徑，具有篩分功能。超濾膜孔徑大小按截留分子量區分大致在1000～500000Dalton范圍，相對孔徑尺寸約為0.002～0.1μm。超濾膜過濾是在壓力為驅動力的作用下，含雜質的水溶液通過以超濾膜作為過濾介質時，水和溶解性鹽類的小分子能透過膜，而顆粒直徑大于膜孔徑的雜質，如懸浮物、膠體、蛋白質、細菌等物質被截留，達到水的除濁功能。超濾膜過濾過程是過濾-氣水反沖洗交錯循環的過程。當超濾膜有污染時，需進行加藥的化學加強反洗（CEB）和化學清洗（CIP）來恢復超濾膜的產水通量。

（1）超濾膜的污染和控制［9］　超濾膜污染研究一直是國際淡化界關心的熱點問題。海水對UF膜造成污染的物質主要有有機物（腐殖酸等）、膠體（硅酸鋁膠體等）、細菌和懸浮固體等。這些物質與膜存在物理化學作用或機械作用，在膜表面或膜孔內附著、沉積，使膜孔徑變小或堵塞，造成了UF膜不可逆污染。如氫氧化鐵、氫氧化鋁和硅等膠體，可通過交聯有機或無機聚合物增大顆粒直徑，形成凝膠態和無定形態污染物。

當膜污染嚴重時，必須對UF膜進行清洗，以確保UF過程的正常運行。近年來，國內外在UF膜污染的理論研究與應用實踐的基礎上，積累了不少行之有效的經驗和方法，例如強化過濾操作、改變進水水質、開發新型便利的清洗、反沖技術等。

對含懸浮微粒或膠狀物的海水可采用砂濾、微濾或加混凝劑、絮凝劑等方法；對富含微生物的海水可添加殺菌劑或先進行紫外線殺菌以避免微生物對膜的污染和侵蝕。通常在UF系統的進水中加入少量FeCl3絮凝劑。這種微絮凝預處理對UF膜污染起到很好的緩解作用：①減少進入UF膜孔的污染物量，微絮凝預處理可使小分子溶解性有機物聚集或吸附在金屬氫氧化物上形成絮體，從而被截留在膜表面，不能進入膜孔內；②改善UF膜表面沉積層的性質，經過微絮凝預處理后顆粒尺寸增大，形成的濾餅層阻力減小，滲透通量增大。混凝預處理基本消除了膜孔污染，并且大大降低了膜表面濾餅層污染阻力；與直接UF相比，混凝-UF組合工藝對溶解的天然有機物的去除率較高，DOC去除率從28％升高到53％，UV254去除率從40％提高到78％。

對UF膜進行反沖和清洗是防治膜污染的有效措施之一，反沖和清洗可使膜表面及膜孔內所吸附的污染物脫離濾膜，從而使通量得以恢復。反沖包括直接反沖、化學強化反沖（CEB）和氣體強化反沖（AEB）。通常CEB采用的試劑為NaClO和H2O2。清洗包括負壓清洗、反壓清洗、低壓高流速清洗、機械清洗、化學清洗等。其中，定期化學清洗是最常見的清洗方式，化學清洗采用的試劑通常為NaClO、EDTA、HNO3和檸檬酸等。

（2）納濾膜污染和控制［22，23］　由于海水成分復雜性以及納濾膜納米級膜孔與特殊荷電性，納濾在海水軟化過程中的膜污染現象和機理較其他膜（微濾、超濾、反滲透）過程更為復雜，已成為納濾大規模應用于海水軟化領域的瓶頸之一。

通常在海水軟化過程中，納濾膜元件易受到海水中某些污染物的污染而導致分離性能的下降和操作成本的提高。這些污染物通常為無機鹽沉淀（碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶以及金屬氧化物和硅沉積物等）、有機物（天然有機物、合成有機物以及無機-有機絡合物等）和生物（藻類、細菌、真菌等）。

納濾膜的無機污染主要是指碳酸鈣及鈣、鋇、鍶的硫酸鹽、硅酸鹽等結垢物質對納濾膜造成的污染，其中CaCO3和CaSO4等鹽垢最為常見。碳酸鹽沉淀可通過酸性試劑的化學清洗方法予以有效解決；而硫酸鹽沉淀的形成則是不可逆的，采用普通化學試劑不易清除，最好通過飽和度計算來評估成垢趨勢進而加以預防。海水中的腐殖酸和富里酸是主要的天然有機物（NOM），其分子量在500～2000 Dalton范圍內，不僅增加水體的色度、異臭味、配水管網的腐蝕和生物不穩定性，還是氯化消毒副產物的前驅體，此外可與Fe、Ba等重金屬及農藥形成絡合物，降低此類物質的生物可降解性。

有機污染物與納濾膜的相互作用（物理化學或者機械作用）使污染物在膜表面和膜孔內吸附、堵塞，嚴重影響納濾膜的通量以及分離性能。納濾膜有機污染的影響因素很多，包括有機污染物的種類與含量、膜面結構與化學性質、進水離子強度與pH值、操作條件（回收率、操作壓力等）。

C.Jarusutthirak采用GE公司Desal HL-F107聚酰胺納濾膜考察了進水中NOM含量對納濾膜通量的影響。結果表明，膜面濾餅層的厚度隨進水中NOM含量增加而增大，說明增大NOM含量會加劇納濾膜有機污染程度；在過濾壓力作用下，NOM在膜表面累積而形成凝膠層或者濾餅層，使得膜面處離子或有機物的滲透壓增加，導致驅動力降低從而膜通量下降；而濾餅層的形成有利于提高NOM以及其他溶質的截留率。

微生物包括細菌、藻類、真菌、芽孢、孢子和病毒以及其代謝產物組成的生物學上的活性有機體，可視為膠體，帶有負電荷。在納濾膜通量過高或發生濃差極化時，微生物呈數倍的快速繁殖。微生物污染是膜材料、流動參數（如溶解物、流動速度、壓力等）和微生物間附著的相互作用的結果，分為四個階段：①預備階段，腐殖質、聚糖脂與微生物的代謝產物等大分子物質在膜表面吸附的過程，形成一層具備微生物生存條件的黏膜；②初期黏附階段，進水中黏附速度較快的部分微生物初步在膜表面黏附的過程；③后期黏附階段，進水中大量不同種類的微生物在膜表面黏附并形成胞外聚合物（黏垢），膜表面的微生物能夠利用代謝產物及被膜吸附的有機營養物質進行新陳代謝而快速繁殖；④成膜階段，難溶性化合物在膜表面形成一層生物膜，造成膜孔不可逆阻塞，大大增加過濾阻力。

納濾設備通常采用阻垢劑控制鹽垢，阻垢劑本身也會產生微生物，導致微生物污染。

2.5.4　吸附過濾［24］

吸附過濾法是利用吸附劑的吸附作用，去除原水中的懸浮雜質、有機物、細菌、鐵和錳等，屬于純水制備中的深度處理方法。吸附過濾器結構形式與機械壓力過濾器類似，只是將石英砂、無煙煤等改為活性炭、硅藻土等吸附劑，過濾器的底部可裝填0.2～0.3m高的卵石及石英砂作為吸附劑支持層。過濾器的過濾速度一般為6.0～12.0m/h，原水從上而下順流進行。為了提高過濾效果，可將兩個或兩個以上的過濾器串并聯使用。表2-23所列為活性炭過濾器設計參數。

活性炭有巨大的比表面積，一般為500～2000m2/g，有很強的吸附能力，能吸附水體中的氣體、臭味、油脂、有機物、細菌、鐵、錳和重金屬離子等，其中對有機吸附去除率可達90％以上。可用于水處理的活性炭有粒狀、粉狀和纖維毯狀等類型，其中粒狀和纖維毯狀可用于吸附過濾器。而粉狀活性炭可用于砂濾棒過濾器［5］。

活性炭過濾器使用一段時間后，由于截污過多，活性炭表面及內部的微孔被水中的雜質所堵塞，活性喪失，出水水質變壞，需進行反洗和再生。

2.5.4.1　活性炭過濾器反洗再生步驟［12］

（1）清水反洗　反洗強度8～10L/（m2·s），反洗時間15～20min。

（2）蒸汽吹洗　打開過濾器的放氣閥及進氣閥，以3.0kgf/cm2（294.2kPa）的飽和蒸汽吹洗15～20min。

（3）NaOH溶液淋洗　用6％～8％的NaOH溶液，溫度40℃，用量為活性炭體積的1.2～1.5倍，淋洗活性炭，然后用原水順流正洗活性炭，清洗到出水水質符合規定要求后投入正常運行。

2.5.4.2　活性炭其他再生方法

（1）化學再生法　上述用NaOH溶液淋洗和蒸汽吹洗可使吸附在活性炭表面的有機物脫附去除后獲再生。

（2）熱處理再生法　先把失效的活性炭用水沖洗干凈，然后用4％的鹽酸浸泡8～12h后再用水沖洗至中性，曬干或在200℃左右溫度下烘干。接著將干燥后的活性炭放入熱處理再生設備中，在隔絕空氣或氮氣氛中慢慢升溫到200～800℃，烘烤適當時間，使吸附的有機物分解和揮發，再在800～950℃溫度下焙燒1～1.5h，使有機物充分分解和揮發，冷卻后用水漂洗，除去粉末。

新買的活性炭在裝入過濾器之前必須進行預處理，去除活性炭在生產和包裝運輸過程中可能摻入的一些灰分、鐵銹和油類等物質。處理方法是將活性炭用清水浸泡攪拌，去除水面上的漂浮物，反復幾次，直至清潔為止。如果活性炭中污物較多，在清水清洗之后，用5％ HCl溶液浸泡1h，再用清水沖洗到pH=6～7。

日本通用的活性炭吸附及砂層精密過濾器的設計參數見表2-24。