5　預防膠體和顆粒污堵
5.1　引言　
　　膠體和顆粒污堵可嚴重地影響反滲透及納濾元件的性能，如大幅度降低產水量，有時也會降低系統脫鹽率，膠體和顆粒污染的初期癥狀是系統壓差的增加。
　　反滲透及納濾進水中的淤泥和膠體的來源有相當大的差異，通常包括細菌、粘土、膠體硅和鐵的腐蝕產物。澄清池或介質過濾器所用的預處理絮凝劑如聚合氯化鋁、三氯化鐵、陽離子聚電解質，會與微小的膠體和顆粒結合，聚集成大尺度絮凝體，以便于被填料介質或濾芯截留住，這類凝絮就使得人們對介質過濾器和濾芯的孔徑要求降低了，仍能發揮出色的過濾效果。當這些絮凝劑投加過量少許時，過量部分的絮凝劑本身之間會發生自凝聚生成大顆粒，可被過濾過程截留住，但應特別注意的是，如果超極限投加極有可能在元件內因被截留而污染膜表面。此外，帶正電性的聚合物與負電性的阻垢劑也會發生沉淀反應而污染膜元件。
　　判斷反滲透和納濾進水膠體和顆粒污染程度的最好技術是測量進水淤積指數(SDI值)，有時也稱為污染指數(FI值)。它是設計RO/NF預處理系統之前應該進行測定的重要指標，同時在RO日常操作時也需定時地檢測(地表水一般建議每天三次)。淤積指數的測定方法在美國材料工程協會ASTM標準測試方法D 4189-82中已作了規定。

　　測量儀器(向膜系統供應商購買)
　 ☆　 47 mm直徑測試膜盒
　 ☆　 47 mm測試用膜片(孔徑0.45mm)
　 ☆　 1～5bar(10～70psi)壓力表
　 ☆　 調壓針型閥

　　圖1為SDI測量裝置

測量步驟
1.　將測試膜片小心放在測試膜盒內，用少許水潤濕膜片，擰緊“O”形密封圈，將膜盒垂直放置，還應注意膜片有正反面的區別
2.　調節進水壓力至2.1bar(30psi)并立即計量開始過濾500mL水樣的時間t₀(通過連續不斷的調節，使進水壓力始終保持不變)
3.　在進水壓力為2.1bar(30psi)下連續過濾15分鐘
4.　15分鐘后繼續記錄過濾同樣500mL所需的時間t₁₅，保留濾器上的膜片以便作進一步的分析
5.計算
　　 當t₁₅是t₀的4倍時，SDI₁₅值是5。如果水樣完全將膜片堵塞住時，SDI₁₅值為6.7。
設計導則要求保持SDI₁₅小于等于5。實際證明降低SDI₁₅的一些預處理技術包括介質過濾器(如石英砂和無煙煤)，超濾和微濾。過濾器前通常添加聚電介質提高脫除SDI₁₅的能力。防止膠體污染的方法綜述如下。

5.2　介質過濾
　　介質過濾器可以除去顆粒、懸浮物和膠體，這是基于當水流流過過濾介質的床層時，顆粒、懸浮物和膠體會附著在過濾介質的表面。過濾出水水質取決于雜質和過濾介質的大小、表面電荷和形狀、原水組成和操作條件等，設計和操作合理的話，通常經過介質過濾器處理就可以達到SDI₁₅≤5。
　　水處理系統最常用的過濾介質是石英砂和無煙煤，細砂過濾器石英砂顆粒有效直徑為0.35～0.5mm，無煙煤過濾器顆粒有效直徑為0.7～0.8mm，當采用石英砂上填充無煙煤的雙介質過濾器時，它允許懸浮物等雜質進入過濾層內部，產生更有效的深層過濾而延長清洗間隔。過濾介質的最小設計總床層深度為0.8m，在雙介質過濾器中，通常填充0.5m高的石英砂和0.4m高的無煙煤。
　　有兩種形式的過濾器，重力過濾和壓力過濾。因為壓力濾器筒體可耐壓，能用較高的過濾床層、較精細的過濾介質粒徑和較高的過濾濾速，設計過濾流速通常小于10～20m/h，反洗流速40～50m/h。對高污染傾向的原水(如地表水、受污染的井水或廢水)，過濾流速必須小于10m/h(一般為5m/h)或采用二級介質過濾器。操作過程中，待過濾的原水進入濾器頂部，滲濾透過濾層，進入底部的集水系統，當壓力式濾器進出口間壓差增加0.3～0.6bar，重力式濾器壓差增加1.4mH₂O時，先反洗和然后正洗濾器以除去沉積物，反洗一般需要10分鐘以上，大直徑的濾器還須設置輔助氣源擦洗。必須避免頻繁地開機和停機，因為每次流速的急卻變化會將原先已沉積在介質上的物質又釋放出來。介質過濾的設計和操作運行細節可以在相關文獻中獲得。
5.3　氧化－過濾
　　通常含鹽量為苦咸水范圍的某些井水呈還原態，典型特點是含有二價的鐵和錳，有時還會存在硫化氫和氨。如果對這類水源進行氯化處理，或當水中含氧量超過5mg/L時，Fe²⁺將轉化成Fe³⁺，形成難溶性的膠體氫氧化物顆粒。鐵和錳的氧化反應如下：
　　4Fe(HCO₃) ₂ + O₂ + 2H₂O→　4Fe(OH) ₃ + 8 CO₂
　　4Mn(HCO₃) ₂ + O₂ + 2H₂O　→　4Mn(OH) ₃ + 8 CO₂
　　由于鐵的氧化在很低的pH值時就會發生，因而出現鐵污染的情況要比錳污染的情況更多，即使SDI小于5，RO進水的鐵含量低于0.1mg/L，仍會產生鐵污染問題。堿度低的進水鐵離子含量要高，這是因為FeCO₃的溶解度會限制Fe²⁺的濃度。
　　處理這類水源的一種方法是防止其在整個RO過程中與空氣和任何氧化劑如氯的接觸。低pH值有利于延緩Fe²⁺的氧化，當pH<6，氧含量<0.5mg/l時，最大允許Fe²⁺濃度4mg/L，另一方法是用空氣、Cl₂或KMnO₄氧化鐵和錳，將所形成的氧化物通過介質過濾器除去，但需要注意的是，由硫化氫氧化形成的膠體硫可能難以由過濾器除去，在介質過濾器內添加氧化劑通過電子轉移氧化Fe²⁺，即可一步同時完成氧化和過濾。
　　海綠石就是這樣一種粒狀過濾介質，當其氧化能力耗盡時，它可通過KMnO₄的氧化來再生，再生后必須將殘留的KMnO₄完全沖洗掉，以防止對膜的氧化破壞。當原水中含Fe²⁺的量小于2mg/L時，可以采用這一處理方法，如原水中含更高的Fe²⁺時，可在過濾器進水前連續投加KMnO₄，但是在這種情況下，必須采取措施例如安裝活性炭濾器以保證沒有高錳酸鉀進入膜元件內。
　　Birm過濾也可以有效地用于從RO/NF進水中去除Fe²⁺，Birm是一種硅酸鋁基體上涂有二氧化錳的過濾介質，它對溶解氧和二價鐵之間的反應起催化作用，使可溶性的二價鐵和錳形成沉淀，并且通過濾器反洗可將這些沉淀沖出濾器。由于該過程pH將升高，可能會發生LSI值的變化，因而要預防濾器內和RO/NF系統內出現CaCO₃沉淀。
5.4　在線過濾
　　如果過濾前對原水中的膠體進行絮凝或助凝處理，可以大幅度地提高介質過濾器降低SDI的效率，在線過濾可以用于SDI略高于5的水源，這種被稱為在線絮凝或在線絮凝－助凝的方法在ASTM D4188標準中有詳細的表述。 原水中注入絮凝劑時經過有效地混合，與膠體形成的微小絮狀物并能當即就被介質過濾器的介質所截留住。
　　硫酸鐵和三氯化鐵可以用于對膠體表面的負電荷進行失穩處理，它將膠體捕捉到新生態的氫氧化鐵微小絮狀物上，使用含鋁絮凝劑其原理相似，但因其可能有殘留鋁離子污染問題，并不推薦使用，除非使用高分子聚合鋁。迅速的分散和混合絮凝劑十分重要，建議采用靜態混合器或將注入點設在增壓泵的吸入段，通常最佳加藥量為10～30mg/L，但應針對具體的項目確定加藥量。
　　為了提高絮凝劑絮體的強度進而改進它們的過濾性能，或促進膠體顆粒間的架橋，助凝劑與絮凝劑一起或單獨使用，助凝劑為可溶性的高分子有機化合物，如線性的聚丙烯酰胺，通過不同的活性功能團，它們可能表現為陽離子性、陰離子性或中性非離子性。絮凝劑和助凝劑可能直接或間接地干擾RO膜，間接干擾是它們的反應產物形成沉淀并覆蓋在膜面上，例如當過濾器發生溝流而使絮凝劑絮體穿過濾器并發生沉積；當使用鐵或鋁絮凝劑，但沒有立即降低pH值時，在RO階段會因進水濃縮誘發過飽和現象，就會出現沉淀。還有在多介質濾器后加入化合物也會產生沉淀反應，最常見的是投加阻垢劑，幾乎所有的阻垢劑都是荷負電的，將會與水中陽離子性的絮凝劑或助凝劑反應。一些RO工廠曾被陽離子聚電解質和阻垢劑的反應凝膠層所嚴重污染。
　　 當添加的聚合物本身影響膜導致通量的下降，這屬于直接的干擾，水的離子強度可能對絮凝劑或助凝劑與膜間的界面有影響，若是如此，苦咸水條件下的結果會不同于海水時的結果。為了消除RO/NF膜直接和間接的干擾，陰離子和非離子的助凝劑比陽離子的助凝劑合適，同時還須避免過量添加。
5.5　絮凝－助凝　
　　當原水所含懸浮物高，SDI很高時，最好采用傳統的混凝－助凝處理工藝，產生的氫氧化絮體在特別設計的反應空間內長大沉淀，以淤泥形式排掉，上清液進入多介質濾器作進一步的處理。在混凝－助凝過程中，可采用固體接觸型澄清器或緊湊的混凝－助凝反應器，請參閱相關水處理教科書。
5.6　微濾或超濾　
　　微濾(MF)或超濾(UF)膜能除去所有的懸浮物，根據有機物分子量和膜截留分子量的大小，超濾還能除去一些有機物，如果設計和操作管理得當，SDI可以小于1，此時將污染問題從RO/NF膜轉移到MF或UF膜上了，并由微濾或超濾系統來解決，但是采用MF或NF作預處理之后，只是減輕了污染，RO/NF部分仍須考慮很多因素，例如膜元件選擇、排列和運行經濟性，一般要求MF/UF的系統回收率要高，膜通量要高，可采用定期地正向或逆向反洗，實現這些目標。如果微濾和超濾膜材料能耐氯，如聚砜膜或陶瓷膜，還應在清洗水中加氯防止生物污染。
5.7　濾芯式過濾　
　　每臺反滲透和納濾系統應配置濾芯式保安過濾器，其孔徑的最低要求為小于10mm，它對膜和高壓泵起保護作用，防止可能存在的懸浮顆粒的破壞，通常它是預處理的最后一道，我們推薦使用孔徑小于等于5mm，預處理做得越好，RO/NF膜所需的清洗次數就越少。當濃水中的硅濃度超過理論溶解度時，建議濾芯孔徑選擇1mm，以降低硅與鐵和鋁膠體的相互作用。
　　濾芯式濾器必須按制造商的建議選擇過濾流量，在壓降超過允許極限前及時更換，但最好不要超過三個月，由于清洗濾芯的效率較低并存在更高的生物污染的危險性，不推薦選用可清洗濾芯式濾器。濾芯材料必須是非降解的合成材料，如尼龍或聚丙烯，濾器應裝有壓力表指示壓降，以便表示濾芯上截留污染物的數量。
　　定期檢查用過的濾芯可幫助系統操作者獲得污染危險警報和需要清洗的有用信息。如果濾芯式濾器壓差增加過快，表示預處理過程或水源可能出現問題，在采取對策之前，濾芯式濾器僅提供某種程度地短暫保護。如果濾芯每1～3個月就得更換的話，說明預處理部分存在某些問題，濾芯式過濾器不是用來過濾大量雜質的設備，不能設計選擇不當的話，不僅會產生昂貴的更換費用，而且還會因為某些物質極易穿透濾芯而導致膜系統過早的故障。當然也可以考慮在過濾孔徑較小的濾芯式濾器的上游設置第二個更大孔徑的濾芯式濾器。
5.8　其它方法
　　除了前面提到的方法之外，還有一些其它方法用來防止膠體及顆粒污染。
　　【石灰軟化】可用于除硅，在結垢控制章節中已作了介紹，它的另一個優點是能夠去除鐵和膠體物質。
　　【強酸陽離子交換樹脂軟化】不僅能脫除硬度，而且能夠降低常會污染膜的鐵和鋁的濃度，經過軟化的水表現出比未軟化的水更低的污染傾向，因為膠體通常含負電荷，這樣多價陽離子能自發地促進膠體的相互粘附。在濾芯式濾器上游或許需要設置可清洗的精密過濾器以避免發生這些情況，但不能代替更換型的濾芯濾器。
5.9　設計和操作考慮
　　防止膠體和顆粒污染不僅關系到合適的預處理技術，而且也涉及合理的系統設計和操作，舉一個極端的例子，地表水可以采用絮凝－助凝或超濾進行預處理，RO/NF系統可以以很高的通量運行，幾乎無需清洗，但如果是相同水源，僅采用濾芯式過濾，那么，RO/NF系統就會需要更多的膜面積，而膜本身還會需要更頻繁的清洗和維護，一個不良的預處理只能依靠使用和更換更多的膜元件、調整系統運行參數或更頻繁更嚴厲的清洗來彌補。但改善前處理可以節省膜的費用及運行費用。
　　為減低前處理負擔、提高進水質量，應盡量使用較好水質的水源。地表水和海水處理系統的取水極其重要，原水如果受到廢水排放的污染，那將引起RO/NF工廠嚴重的操作問題，因為現有的系統不是按照廢水水源設計考慮的，最好從靠近海岸和河流的深井取水，如果必須采用表面開放式取水，應盡可能遠離堤岸并要求取水口低于水面以下幾米。新建井在使用最初幾天會釋放懸浮物，需注意先進行適當地清洗。氧化鐵的污染也是普遍出現的問題，必須選用非腐蝕的材料制造系統。

6　預防膜生物污染
6.1　引言
　　所有的原水均含有微生物：即細菌、藻類、真菌、病毒和其它高等生物。細菌的一般尺寸為1～3mm，微生物可以看成是膠體物質，可以按防止膠體污染一節討論的預處理方法進行除去，但它與無生命的顆粒不同之處在于他們有繁殖能力，在適宜的生存條件下形成生物膜。
　　微生物進入反滲透系統之后，找到了水中溶解性的有機營養物，這些有機營養物伴隨反滲透過程的進行而濃縮富集在膜表面上，成為形成生物膜的理想環境與過程。膜元件的生物污染將嚴重影響反滲透系統的性能，出現進水至濃水間壓差的迅速增加，導致膜元件發生“望遠鏡”現象與機械損壞以及膜產水量的下降，有時甚至在膜元件的產水側也會出現生物污染，導致產品水受污染。
　　一旦出現生物污染并產生生物膜，清洗就非常困難。因為生物膜能保護微生物受水力的剪切力影響和化學品的消毒作用，此外，沒有被徹底清除掉的生物膜將引起微生物的再次快速的滋生。
　　因此微生物的防治是預處理過程中最主要的任務。地表水比井水出現生物污染的機會要多得多，這就是為什么地表水、海水、廢水更難處理的主要原因。以下章節將討論這種污染出現的可能性和針對生物污染應采取的措施。
6.2　生物污染評估方法
6.2.1　培養法
　　水中細菌的濃度與該水源生物污染可能性是有直接關系的，細菌總數(TBC)是水樣中已有微生物總數量的定量表示值，按照ASTM F60規定的方法，用膜過濾方式過濾一定量的水樣來確定細菌總數。將截留在過濾介質表面的 生物組織，置于一定的營養物中進行培養，形成菌落，通過低倍放大鏡就可以觀察到并對菌落進行計數。
　　這一方法的主要優點是無需昂貴的儀器設備就可以進行，但是測定結果要等到7天之后才能得出，被計數的菌落也僅為實際活微生物總量的1～10%左右。然而，培養技術仍然是表示微生物污染可能性程度和趨勢的有效方法。它可以用于觀察進水、濃水和產水中的情況。如果濃水中總細菌數增加，就表明膜元件內出現了生物膜污染。
6.2.2　直接細菌計數
　　直接計數技術采取先過濾水樣，然后在顯微鏡下直接對截留在過濾介質上的微生物進行計數。為了使得微生物能夠觀察到，必須對微生物用沙黃進行著色，然后在透光螢光顯微鏡下進行計數。
　　這樣總微生物的精確數量就可以立刻獲得，微生物的類型可以從沉積顆粒上進行區分。但是細胞組織的死活情況就無法進行區分。這時要采用INT技術，INT出現著色減少的地方就是被活細胞富集所致，這樣可以使用相差與微分干擾顯微鏡，從死細胞中區分出活細胞來。因為它比培養法更快更精確，應優先選擇直接細菌計數法。
6.2.3　生物膜檢測
　　未經處理的原水、膜裝置進水和濃水中的微生物含量是評估潛在生物污染的重要指標。但其它因素如營養成份的濃度和種類、操作參數也決定了生物膜的發展，某些研究者開展生物膜形成的研究表明，人們還沒有充分認識清楚生物膜，早期確認產生生物膜的最好辦法是觀察進水中試樣的表面，即所謂“Robbin試樣”，它是將小型試樣置于水樣中的一個簡單的裝置，這些安置在表面的試樣可以按一定時間間隔移走，檢查所附著的細菌情況。實際系統操作過程中，定期仔細地檢查保安濾器濾芯以及進水和濃水管內表面，也是有效的做法，當出現粘泥和異味時就表明有微生物污染。
6.2.4　其它方法
　　可以用Werner方法估計某一水源細菌出現的可能性，它是樣品進行移植的方法。水樣經過濾并滅菌，然后加入滅菌過的無機鹽營養液，用滅菌過的過濾器過濾水樣，再從該過濾介質表面沖洗下來一定體積細菌懸浮物進行移植培養。用光散射的方法，定量地根據濃度的增加來確定細菌的產生速率。別的方法還有測量可吸收有機碳或生物可降解有機碳的含量。
6.3　氯滅菌
　　長久以來，氯作為滅菌劑處理市政、工業給水和廢水，這是因為它能使許多致病微生物快速失活。氯的效率取決于氯的濃度，接觸時間和水的pH值。它常用在對飲用水進行滅菌消毒上，一般余氯濃度為0.5ppm，在工業水處理流程中，通過維持水中余氯濃度0.5～1.0ppm以上就可預防熱交換器和砂濾器上的微生物污染，氯加藥量取決于進水中有機物的含量，因為有機物會耗氯。
　　針對地表水，通常需要在反滲透預處理部分采用氯消毒以防止微生物的污染，方法是在取水口加氯，并維持20～30分鐘的反應時間，讓整個預處理管線內保持0.5～1.0ppm余氯濃度。但在進入膜元件之前必須經過徹底地脫氯處理，防止膜受到氯的氧化破壞。
6.3.1　氯化反應
　　常用的含氯消毒劑為氯氣、次氯酸鈉或次氯酸鈣。在水中，它們迅速水解成次氯酸。
　　Cl₂ + H₂O → HOCl + HCl　　　　　　　　(1)
　　NaOCl + H₂O → HOCl + NaOH　　　　　　(2)
　　Ca(OCl) ₂ + 2H₂O → 2HOCl + Ca(OH) ₂　(3)
　　次氯酸在水中會分解氫離子和次氯酸根離子：
　　HOCl → H ⁺ + OCl ^-　　　　　　　　　　(4)
　　Cl₂、NaOCl、Ca(OCl)₂、HOCl和OCl^–的總和稱為自由氯(FAC)或殘留余氯(FRC)，并以mg/L Cl₂計，正如以下將討論的那樣，氯與水中氨類物質反應將形成氯胺，這類氯胺化合物被稱為結合氯(CAC)或結合余氯(CRC)，余氯和結合氯的總和稱為總殘留氯(TRC)。
　　TRC = FAC+CAC = FRC+CRC　　　　　　　　(5)
　　余氯的殺菌效率與未分解的HOCl的濃度成正比，次氯酸比次氯酸根的殺菌效力要高100倍，未解離次氯酸的比例隨pH值的降低而增加。
　　在pH=7.5(25°C，TDS=40mg/L)時，僅有50%的余氯以HOCl存在，但在pH=6.5時，90%為HOCl，HOCl的比例也隨溫度的降低而增加，在5°C時，HOCl的分子分數是62%(pH=7.5，TDS=40mg/L)，在高含鹽量的水中，HOCl的比例很少(當pH=7.5，25°C，40,000mg/L TDS時，比例為30 %左右)。
6.3.2　氯的投加量
　　加入的一部分氯與水中氨氮發生反應，按下列反應步驟形成結合氯：
　　HOCl + NH₃ ßàNH₂Cl(一氯胺) + H₂O　　　(6)
　　HOCl + NH₂Cl ßà NHCl₂(二氯胺) + H₂O　(7)
　　HOCl + NHCl₂ ßà NCl₃(三氯胺) + H₂O　　(8)
　　上述反應主要取決于pH和氯/氮的質量比，氯胺也有殺菌作用，但是要低于氯的效果。另一部分的氯氣轉變成非活性氯，這部分的需氯量取決于還原劑如亞硝酸鹽、氯化物、硫化物、二價鐵和錳等，水中有機物的氧化反應也要耗氯。
　　為了確定最佳的加氯量、最佳的加藥點、pH值和接觸時間，可以采納ASTM D1291“確定水中所需氯的標準方 法”，為了獲得更多的資訊，請參閱氯化手冊(Handbook of Chlorination)。
6.3.3　海水加氯處理
　　與苦咸水中的情況不同，通常海水中含有65mg/L左右的溴，當海水進行氯的化學處理時，溴會與次氯酸快速反應生產次溴酸
　　Br^－ + HOCl → HOBr + Cl^－　(9)
　　這樣對海水進行氯的處理時，起殺菌作用的主要是HOBr而不是HOCl，次溴酸會分解成次溴酸根離子。
　　HOBr → OBr^－ + H^＋　　(10)
　　HOBr的分解程度比HOCl的分解程度低，在pH8時，僅有28%的HOCl不會分解，但卻有83%的HOBr是不會分解的。換句話說，針對海水在高pH條件下，仍比在苦咸水時的殺菌效果好，次溴酸和次溴酸根離子會干擾余氯的側定，包含在余氯測量值內。
　　HOBr與其它化合物的反應與HOCl的反應情況相類似，溴胺和含溴化合物為其反應產物。
6.4　　脫氯　
　　當采用FT30膜元件時，為了防止膜被氧化，RO的進水應進行脫氯處理。在出現明顯的脫鹽下降之前，FT30膜具有一種程度的抗氯性，大約為與1ppm余氯接觸200～1,000小時后，可能會出現膜的降解(簡稱200~1,000ppm hr的抗氯能力)。氯對膜的攻擊速率取決于進水特征，在堿性條件下，氯的攻擊速度比在中性或酸性條件下快。不管怎樣，采用氯化滅菌工藝的話，酸性pH條件更為適宜，當重金屬含量高（如鐵）、高水溫條件，氯的攻擊也會加快，它們催化了膜的降解反應。
　　有經驗的工程公司和用戶了解到，其它生產商銷售的聚酸胺反滲透和納濾膜元件本質上完全不能耐氯，FT30優異的耐氯性能要歸功于其更厚的脫鹽層(大約0.2mm)和FT30聚酰胺脫鹽層的全芳香高交聯度的顯著特點，假如使用FT30反滲透膜系統流程中的脫氯部分出現故障，但又能及時地、在膜性能出現下降之前排除脫氯設備故障，膜被完全破壞的情況不會發生。
　　FT30對氯胺的承受能力是300,000ppm.hr，這就意味著脫除氯胺是沒有必要的，但是因為氯胺是由于將氨加入水中與氯反應形成的，反應結束后仍有可能存在余氯，所以仍應該采取脫氯措施。
　　余氯可以通過活性炭或化學還原劑將其還原成無害的氯離子，由下述反應可知，活性炭柱是非常有效的對RO進水脫氯：
　　 C+2Cl₂ + 2H₂O → 4HCl + CO₂　　(11)
　　焦亞硫酸鈉(SMBS)是最常用的去除余氯以及抑制微生物活性的化學品，其它的還原劑如二氧化硫并未被證明比SMBS更有成本的優勢：
　　當它溶于水中時，SMBS形成亞硫酸氫鈉(SBS)
　　Na₂S₂O₅ + H₂O → 2NaHSO₃　(12)
　　SBS然后還原次氯酸：
　　NaHSO₃ + HOCl → HCl + NaHSO₄　(13)
　　根據理論計算1.34mg的SMBS可以脫除1.0mg的余氯，但是在工程實踐中，每脫除1.0mg的余氯需要加入3.0mg的SMBS。
　　在干燥陰冷的貯存條件下，固體SMBS的有效期為4～6個月，但在水溶液中，亞硫酸氯鈉(SBS)會隨時與空氣中的氧發生氧化還原反應，根據所配制的溶液濃度的不同，溶液的有效期為：

溶液濃度( wt % )

2

10

20

30

最長有效期

3 天

1 周

1 個月

6 個月

　　SMBS必須是食品級，不含雜質，還需是未經過鈷活化過的產品，雖然脫氯本身速度很快，但仍應與待處理的水有完全的混合，建議的加藥點設置靜態混合器。為了保證保安濾器濾芯仍處在余氯的滅菌保護之下時，注入點可以設置在保護安濾器的出口處。此時，要求加入的SMBS溶液要經過過濾。不能讓經過脫氯的水在水箱內貯存時間太長。
　　在混合點的下游管線上，可以安裝氧化－還原電極，監測氯是否被脫除掉，當發現有余氯時，檢測電極應能發出信號停掉高壓泵。
6.5　沖擊式殺菌處理
　　沖擊處理方式是在有限的時間段內以及水處理系統正常操作期間，向反滲透或納濾的進水中加入殺菌劑，亞硫酸氫鈉常常被用于這種處理目的，有一般情況下，500～1,000ppm的NaHSO₃加入30分鐘左右即可。
　　沖擊處理可以按固定的時間間隔周期性地進行，例如每隔24小時一次，或懷疑出現生物滋生時處理一次。但是這種處理方法的有效性有待印證。在這種沖擊處理期間所產的產水會含有所加入的亞硫酸氫鈉濃度的1～4%。根據產水的用途，可以決定是否應將沖擊殺菌期間的產水回收還是排放掉，亞硫酸氫鈉對需氧的細菌比對需氧的微生物更有效。因此，采用沖擊殺菌處理應事先經過仔細評估。
6.6　周期性消毒　
　　除了連續地向原水加入殺菌劑外，也可以定期對系統消毒以控制生物污染。這種處理方法用于存在中等生物污染危害的系統上，但在有高度生物污染危害的系統，消毒僅是進行連續殺菌劑處理的輔助方法。
　　進行預防性的消毒比進行糾正性殺菌更為有效，因為孤立附著的細菌比厚實、老化的生物膜要容易被殺死和清除掉。
　　一般的消毒間隔是每月一次，但有嚴格衛生要求的系統(如制藥工藝用水)和高污染原水(例如廢水)也許會每天一次，當然膜的壽命受到所用化學品種類、濃度的影響，經過強烈的消毒，可能會縮短膜壽命。
6.7　其它方法
6.7.1　微濾或超濾
　　它們具有除去微生物，特別是藻類的優勢，藻類有時是難以由標準介質過濾工藝過程除去的，MF/UF必須采用耐氯的材質制成，經受得起定期的消毒。
6.7.2　硫酸銅
　　能夠用于控制生物生長，一般情況下，連續加入CuSO₄的濃度為0.1～0.5mg/L，但不推薦廣泛地使用CuSO₄，原因如下：
　 ☆　 商品CuSO₄可能含有雜質，它對RO膜有損壞可能
　 ☆　 CuSO₄和Cu(OH)₂在一定的pH范圍之外會產生沉淀，導致RO的污染，使得CuSO₄效果不佳。
　 ☆　 Cu²⁺離了對環境有害
　 ☆　 CuSO₄僅對有限的微生物有效(如藻類)，但對大多類細菌效果甚微
　 ☆　 某些國家的環保法規限制對銅鹽的排放總量，如果某一特定反滲透水廠需用它控制生物時，就難以更換成其它的化學品。
6.7.3　臭氧
　　比氯的氧化性更強，但它能快速分解，因此，需要維持一定量的水平才能殺滅微生物，同時還要考慮所用設備的耐臭氧能力，通常應選用不銹鋼。為了保護膜元件，必須仔細認真地脫除臭氧。紫外照射可以成功地達到這一目標。
6.7.4　紫外照射
　　254納米的紫外光被證明有殺菌作用，它已經在小型水廠得到應用，它不需要向水中加入化學品，設備維護要求低，僅需定期的清洗或更換水銀蒸汽燈管。但紫外照射處理的適用情況非常有限，僅適用于較干凈的水源，因為膠體和有機物會影響光輻射的穿透。
6.7.5　亞硫酸氫鈉
　　 當其濃度在海水淡化系統的進水中達到50mg/L時，控制生物污染就有效果。通過這種方法，還可以減少膠體污染。由于亞硫酸的酸性反應生成氫離子，因而無需加酸控制碳酸鈣，這是亞硫酸的一個額外優點。
　　HSO₃^- → H⁺ + SO₄^2-　　(14)
6.7.6　粒狀活性炭(GAC)
　　人們發現當活性炭過濾作為預處理時有細菌再脫落的危險，導致膜的生物污染，活性炭內孔表面積大，會吸附有機營養物，使得活性炭過濾器將促進生物滋生，僅當這類過濾器運行的流速足夠低(2～10m/hr)并有足夠高的床層高度(2～3m)時，所有的生物活動才會僅僅發生在濾層的上部區域，這樣過濾后的產水就幾乎不含細菌和營養物質了，這一設計技巧被廣泛地用于公共水務工程的設計中。另一個值得注意的現象是如果進水經過臭氧處理后再進入活性炭過濾器的話，則會促進活性炭過濾器上的微生物活動。
　　在限定的區域采用促進微生物生長的策略，而不是企圖殺滅它們，或許是一種控制膜生物污染的有效途徑之一，但到目前為止，積累的實際經驗仍很少。
6.8　預處理的設計和操作
　　為了防止膜受生物的污染，從取水到膜裝置本體的整個系統，必須保持干凈而衛生的狀態。
6.9　選用抗污染膜元件
　　FILMTEC FR(抗污染)膜元件能顯著地減少或延緩生物污染的發生，請參閱相關章節或與陶氏液體分離部代表 聯絡，以獲得更多FILMTEC FR膜元件及其應用資訊。

7　預防有機物污染
　　有機物在膜表面上的吸附會引起膜通量的損失，特別嚴重的情況下會出現不可逆的通量損失。當高分子量的有機物是憎水性的或帶正電荷時，這種吸附過程更易進行；當pH>9時，膜表面及有機物均呈負電荷，因而，高pH值將有利于防止有機物污染。但以乳化態出現的有機物會在膜表面形成有機污染薄層，引發嚴重的膜性能衰減，必須在預處理部分除去。
　　在天然水體中存在的有機物主要為腐植酸類物質，其以TOC含量計通常在0.5至20mg/L，當TOC超過3mg/L時，預處理部分應作專門的脫除有機物的考慮，腐植酸物質可以采用含氫氧根類絮凝劑的絮凝過程、超濾或活性炭吸附等方法除去，請參閱關于預防膠體和顆粒類污堵方面的信息。
　　當進入RO/NF的進水中油(碳氫化合物或硅基類)和油脂含量超過0.1mg/L時，必須采用絮凝或活性炭過濾。這些有機物質會隨時吸附到膜表面上，然而，如果由此引起的通量值下降不超過15%時，它們能被堿性的清洗劑清洗掉。
　　在廢水處理應用中，脫除和濃縮有機物是主要目標，有機物含量即使在百分數范圍內仍可以進行處理，這要取決于有機物的種類，而且需要針對每一個具體的對象進行現場試驗。請參閱估計有機物和其它化合物脫除特性的單獨資訊。

8　預防膜本身的降解
　　除了RO/NF進水中某些物質對膜有污染外，還需要考慮膜材料本身對這些物質的化學穩定性。一般情況下，所有的氧化劑對聚酰胺類復合膜均有損害作用，必須采用“預防膜生物污染”一節中所介紹的脫氯方法將它們脫除掉，其它化學品只要呈溶解狀態，不會聚集成有機相，在pH2～11范圍內，與其接觸，膜元件對大多數化學品是穩定的。

9　預防鐵和錳的污堵
　　一般地，含鹽量為苦咸水范圍的某些井水水源是呈還原態的，這類水源的典型特點是含有二價鐵離子和錳離子，此時膜發生污堵的主要原因之一就是鐵、鋁和淤泥(硅酸鐵或硅酸鋁)，如果對這類水源進行加氯處理，然后進行脫氯處理或水中含氧量達到5ppm以上，二價鐵就會轉化成三價鐵，并形成難溶性的膠體氫氧化物顆粒，下面為亞鐵和錳的氧化反應：
　　4Fe(HCO₃)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃ + 8CO₂
　　4Mn(HCO₃)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Mn(OH)₃ + 8CO₂
　　因為鐵氧化發生的pH值更低，使得鐵污堵出現的頻度比錳污堵要高得多。即使SDI₁₅小于5，反滲透和納濾進水中的亞鐵含量低于0.1mg/L，仍然會出現污堵問題。由于FeCO₃的溶度積低，而Fe²⁺的濃度則受到FeCO₃溶解度的制約，通常堿度低的水源含鐵的濃度比堿度高的水源要高。
　　引起膜面上沉積可溶性的二價鐵和相關三價鐵的污染物的可能情況為：
　 ☆　 氧氣進入到含二價鐵的進水中；
　 ☆　 高堿度水源形成FeCO₃；
　 ☆　 鐵與硅反應形成難溶性的硅酸鐵；
　 ☆　 受鐵還原細菌氧化作用影響，將會加劇生物膜的滋生和鐵垢的沉積；
　 ☆　 由含鐵絮凝劑轉變引起的膠體狀鐵；
　 ☆　 來自鋼管或其它部件腐蝕產物的沉淀；
　 ☆　 含二價鐵的水源與含H₂S的水源混合，形成黑色難溶硫化鐵FeS。
　　處理這類水源的一種方法是防止整個系統與空氣或任何氧化劑(如氯)的接觸，低pH值有利于抑制Fe²⁺的氧化，當pH<6，氧<0.5mg/L時，最大允許Fe²⁺濃度為4mg/L，下表羅列了幾種除去亞鐵或鐵離子以及防止鐵的污堵的方法。

方式

說明

離子交換軟化

采用陽樹指軟化可以從水中除去溶解狀鐵，脫除效率取決于鐵的種類，Fe²⁺和Fe³⁺可以十分有效的被強酸陽樹脂所吸附，但當進水中其含量超過0.05ppm時，會污染離子交換樹脂并對樹脂有催化降解作用。膠體或有機物－鐵復合物通常完全不能被離子交換所吸附，仍殘留在離子交換出水中，其顆粒的大小、離子交換運行流速和離子交換床層深度則決定了它們能否被樹脂本身所過濾掉。

當處理亞鐵含量高的水源時，人們必須特別關注鐵污堵，有報道稱，添加焦亞硫酸鈉可以防止樹脂受鐵的污染。

絮凝

在線絮凝可以脫除亞鐵

阻垢劑

一些阻垢劑對防止Fe污染有效，最大允許Fe含量因阻垢劑品牌的不同而不同。

【充氣】
【加氯處理】
【臭氧處理】

經過氧化反應和緊接的過濾可以除去鐵和錳。但即使在較高的pH值條件下，希望通過加氣能有效脫除二價錳的氧化反應太慢。為了提高脫除效率，常常采用高錳酸鉀或ClO₂氧化二價錳。
【充氣】利用空氣可以將溶解態鐵轉化成難溶性鐵，但當水中含有高濃度的二氧化碳時，會形成非常微小的膠體狀鐵沉淀，過濾脫除十分困難。
【加氯處理】次氯酸鈉或漂白粉投加到進水中用于將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，經氧化的進水再通過多介質過濾器將Fe³⁺過濾掉。

同步氧化過濾

◇　錳砂
◇　軟錳礦MnO2
◇　專門產品(Birm等)

通過電子轉移反應，采用能氧化Fe²⁺的過濾介質，可以使氧化和過濾同時完成，錳砂就是這類粒狀介質，干燥狀態時，錳砂為海綠礦石，當其失去氧化能力時，可以用KMnO₄進行再生。再生后再次投入運行時，必須充分地沖洗掉KMnO₄，以防止其對膜的氧化損傷，當水中Fe²⁺的含量小于2mg/L時，可以采用這一工藝過程；但當水源Fe²⁺含量高時，KMnO₄應連續不斷地加入到錳砂過濾器的進水中，但應千萬注意，必須采取有效防范措施，確保高錳酸不會接觸到膜面上，例如可在錳砂濾器之后按裝活性炭過濾器。
Birm過濾可從RO進水中高效地脫除Fe²⁺，當采用Birm過程時，pH值會增加，結果LSI值會隨之發生變化，此時應采取措施防止CaCO₃在過濾器和RO系統中發生沉淀。

氧化—MF/UF過濾

這是相當新的處理技術，經過氧化形成的鐵和錳顆粒可以經過MF/UF除去。

　　在反滲透或納濾系統的第一段和最后一段常常發生硅酸鋁的污堵，低濃度的鋁(例如50ppb)就會引起系統性能的下降，原因如下：
1)　鋁會與硅反應，即使硅濃度較低(10ppm)同樣會導致硅酸鋁污堵，因此在預處理部分使用含鋁的化合物將顯著地增加鋁污堵的風險，此時，建議不要使用含鋁的產品，而是使用含鐵的產品。
2)　低pH(<7)將影響鋁的溶解度，根據原水組成，只要不會形成碳酸垢污染，建議系統運行pH在7～9之間。
3)　聚合物類阻垢劑(如丙烯酸類)對鐵和錳等重金屬更為敏感，因此選擇適宜的阻垢劑十分重要，否則，阻垢劑就會失去作用(即阻垢劑本身中毒)，從而出現膜的結垢現象或出現阻垢劑本身的污堵。阻垢劑本身的污堵產物將會成為微生物的養份，進而發生生物污染。
4)　微細淤泥/砂粒，處理部分應當設置多介質過濾器、超濾或微濾以除去淤泥/砂粒，有時還需要使用絮凝劑讓它們變大以提高多介質濾器或微濾/超濾的脫除效率。
　　當不在原水中投加絮凝劑和阻垢劑時，一般允許進水中鐵、錳和鋁的指標如下：

成份

最大含量(ppm)

條件

亞鐵

4

pH<6，氧<0.5ppm

鐵和錳

0.05

鋁

0.05

注：由于絮凝劑和材料腐蝕也會引起鐵和鋁的污堵，必須在保安濾器進水或出水中分析這些離子的含量。

10　含H₂S水源的處理
　　一般地，含鹽量為苦咸水范圍的某些井水水源是呈還原態的，有時這類水源含有硫化氫，當不存在氧時，硫化氫表現為溶解性氣體。由硫化氫引發的膠體硫極難清洗，受污染的元件性能下降嚴重，例如產水量和脫鹽率降低。膠體硫污染的早期信號常常是系統壓差增加，當有二價鐵存在時，還會與硫化氫反應生成硫化鐵污染污染，只要按照FilmTec清洗導則選用磷酸清洗就可達到有效地清洗。
　　避免膠體硫或硫化物污堵的建議如下：
1)　通過添加亞硫酸氫鈉等還原劑維持系統的絕氧狀態；
2)　對進水脫氣以除去H₂S，既可以設置在膜系統的上游，也可以設置在下游，如果RO/NF系統不能保證H₂S呈溶解氣體狀態，則建議將脫氣設置在膜系統上游（進水側），如果產水輸送系統中不能保證H₂S呈溶解氣體狀態，則建議將脫氣設置在下游(產水側)；
3)　將H₂S氧化成難溶硫，此時可以使用空氣、氯或高錳酸鉀，難溶硫可以通過多介質濾器或絮凝和UF/MF組合處理工藝：
2H₂S + O₂→2H₂O + 2S â

11　預處理方法匯總

Table　3. 膜系統結垢和污堵預防措施一覽表

預處理

CaCO₃

CaSO₄

BaSO₄

SrSO₄

CaF₂

SiO₂

SDI

Fe

Al

細菌

氧化劑

有機物

加酸

l

m

投加阻垢劑

m

l

l

l

l

m

離子樹脂軟化

l

l

l

l

l

離子交換脫堿

m

m

m

m

m

石灰軟化

m

m

m

m

m

m

m

m

m

預防性清洗

m

m

m

m

m

m

m

調節操作參數

m

m

m

m

l

多介質過濾

m

m

m

m

氧化－過濾

m

l

在線凝絮

m

m

m

m

絮凝－助凝

m

l

m

m

l

微濾 / 超濾

l

l

m

m

m

l

濾芯式過濾

m

m

m

m

m

氯化氧化

l

脫氯

l

沖擊處理

m

預防性殺菌

m

粒狀活性炭過濾

m

l

l

　 m 可能有效　　　l 非常有效

水化學及處理[1]