二. 原水預處理

1. 原水中的雜質

2. 原水預處理的目的

3. 介質過濾和氧化-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. 預防結垢

10.前處理措施及效能一覽表

11.原水預處理的水質監控

12.原水預處理階段的常見問題

1.原水中的雜質

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水要求。原水只有經過適當的預處理后，方能滿足后道制水工序對進水的水質要求。

原水預處理的主要對象是危害后道工序的雜質，如懸浮物、微生物、膠體、有機物、游離狀態的余氯、鐵、錳、鋁、堿土金屬和重金屬等。

預處理做得越好，被污染的機會就越小，反滲透膜、離子交換樹脂所需的清洗或活化次數就越少，使用壽命就越長。

根據的法規，制藥用水的原料水至少應采用符合國家衛生標準的生活飲用水。因此，對直接從湖泊、河流、深井取天然水生產制藥用水的這部分企業，應首先取得衛生防疫部門的二次供水衛生許可證書。

2.原水預處理的目的

預防結垢

預防膠體和顆粒污堵

預防微生物污染

預防有機物污染

預防膜本身的降解

預防鐵、錳和鋁的污堵

預防樹脂氧化、催化降解和污染失活

3.介質過濾和氧化-過濾

介質過濾可以除去泥砂、顆粒、懸浮物和膠體，當水流通過過濾介質的床層時，這些機械雜質會被吸附并截留在過濾介質表面，又稱機械過濾。經過介質過濾可以達到SDI15≤5的水質。

常用的過濾介質為石英砂和無煙煤，當采用石英砂上填充無煙煤的雙介質過濾器時，可產生更有效的深層過濾。

為了除去Fe²⁺和Mn²⁺，在介質過濾器內加入氧化劑(如KMnO4)或充填具有氧化或催化作用的過濾介質，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的表面而被去除。當其氧化能力耗盡時，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)

當原水中所含的懸浮物和膠體很高時，通過在特別設計的反應器中投加絮凝劑/助凝劑，產生氫氧化絮體并在反應器內長大沉淀，沉淀以淤泥形式除掉，上清液進入多

介質濾器，這一過程稱為絮凝-助凝。

當原水中所含的懸浮物和膠體較高時，通過靜態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，產生的氫氧化絮體直接通過介質過濾器被截留，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性能的下降，因此含鋁絮凝劑應避免使用。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，應避免過量添加并需在后續處理中除去。

5.粒狀活性炭過濾

活性炭分子結構內具有大量空隙，比表面積大，可吸附有機物，是去除有機物的主要措施。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物，使得活性炭過濾器內的微生物大量滋生。如不及時清洗和消毒，會有細菌再脫落甚至崩塌的危險，嚴重危及膜、樹脂的安全及導致產水污染。

當流速足夠低(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域。

如果進水經過含氯消毒劑或臭氧處理后，可能會反而促進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以上的一些有機物。

通過超濾/微濾和濾芯式過濾達到SDI小于1的水質，但這些膜過濾手段都不能用來過濾大量的雜質。通常作為反滲透制水預處理的zui后一道保安過濾，對膜和高壓泵起保護作用。實際上是將污染問題轉移到超濾/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防結垢的措施。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溶液進行再生。

雖然鐵離子可以被陽離子交換樹脂所吸附，但當進水中其含量超過0.05ppm時，也會對樹脂產生催化降解作用。如原水中鐵的含量較高時(生活飲用水衛生標準中鐵的限度為0.3ppm)，在進入軟化器前，還是需要預先通過氧化-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。在預處理流程中維持水中余氯濃度0.5-1.0ppm 就可預防熱交換器和介質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，一般不需要再進行在線消毒。

但是針對使用地表水，或者處在管網末梢水余氯指標只有≥0.05mg/L的用戶，通常需要考慮在預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)；氯與水中氨類物質反應將形成氯胺，這類氯胺化合物被稱為結合余氯(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水中有機物的含量，因為有機物也會消耗氯。

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合反滲透膜膜均有損害作用。為了預防膜本身的降解在進入膜元件或離子交換樹脂之前(注入點一般設置在保護安濾器的出口處)，必須經過*地脫氯處理。

某些特種膜元件具有一定的抗氯能力，可以在一定時間內對抗氯的攻擊，但長期高濃度接觸，也會出現膜的降解。

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。

焦亞硫酸鈉(SMBS)、亞硫酸氫鈉(SBS)是zui常用的去除余氯的化學品，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.預防結垢

當難溶鹽類在膜元件內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生結垢，如果反滲透水處理系統采用50%回收率操作時，其濃水中的鹽濃度就會增加到進水濃度的兩倍，回收率越高，產生結垢的風險性就越大。

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

9.預防結垢

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，不但不能預防膜的結垢，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型置換水中結垢陽離子如Ca²⁺、Ba²⁺和Sr²⁺，脫除效率大于99%，可預防各種碳酸鹽或硫酸鹽垢。

調整操作參數：當其它結垢控制措施均不起作用時，必須調整通過降低系統回收率來降低濃水中的濃度。水中硅酸鹽含量較高時，調節參數參數是防止結垢的*有效措施。

10.前處理措施及效能一覽表

11.原水預處理的水質監控

余氯：進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。同時可監控活性炭過濾器的脫氯能力。

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

12.原水預處理階段的常見問題

多介質過濾器、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水出水口未安裝溫度指示儀表。

原水儲罐、多介質過濾器、活性炭過濾器未制訂清洗(消毒)方法及周期。

未制定多介質過濾器、活性炭過濾器內填料的更換周期，或無余氯、SDI值定期檢測結果，或實際未執行。

未明確多介質過濾器、活性炭過濾器內填料的供應廠家和牌(型)號，或更換廠家和牌(型)號后未進行再驗證。

預處理系統設備、操作程序變更后未進行再驗證。