2.5　原水过滤除浊技术

原海水中的漂浮物可采用格栅和栅网过滤方法去除。海水中大部分的悬浮物和胶体需经混凝沉淀或澄清处理除去；部分细小悬浮物还需通过滤料过滤、膜过滤、活性炭吸附过滤等方法除去。海水过滤工艺的选择与海水淡化设备进水水质要求、过滤前海水浊度和所含杂质成分有关。对蒸馏法和电渗析法海水淡化一般采用一级滤料过滤工艺；而对反渗透法海水淡化，通常采用的过滤工艺有二级滤料过滤工艺、滤料-超滤膜组合过滤工艺、单级超滤膜过滤工艺和单级微絮凝滤料过滤工艺等。后两种过滤工艺一般适用于常年低浊度、有机杂质含量少的海水。对有色度和臭味、有机物含量较大的海水，可采用活性炭吸附过滤。

2.5.1　格栅和格网

格栅和格网设置于海水取水头部或集水井，拦截海水中的漂浮物，如树枝、杂草、废塑料等。格栅和格网一般都用金属钢材制造，需做海水防腐蚀处理。格栅间距为30～50mm，栅网的网孔为25～50mm2，分别作为前、后两道的海水过滤。过栅网孔的设计流速不大于0.8m/s。海水取水量小于5000m3/h时一般采用平板格网；海水取水量大于10000m3/h时，可采用旋转格网。格栅和格网设计套数为一开一备。格栅和格网的设计可参见标准设计（S321-1～3）和（S321-3～6）。

2.5.2　滤料过滤［5］

滤料过滤是目前最常用和有效的过滤方法。滤料过滤的过程是拦截-洗脱循环进行的过程，含悬浮物和胶体的海水通过颗粒状介质组成的滤层，滤层具有筛分功能，在迁移-黏附-截留的机理作用下，在滤层中孔隙逐渐变小，除去悬浮物和胶体；同时滤层具有接触吸附功能，还能部分去除海水中的有机物、细菌以及铁、铝、锰等重金属离子。

在海水除浊过滤中普遍使用的滤料为石英砂和无烟煤，它们具有耐腐、耐磨、比表面积大、价格低廉和易洗脱等优点。滤料的选用应考虑滤料的有效粒径和滤料的级配，通常以有效粒径d10和不均匀系数K80表示滤料级配指标。不均匀系数为1，表示滤料粒度完全均一。不均匀系数愈大，滤料粒度愈不均匀，则过滤出水水质越差，而且难洗脱，反洗时易跑砂。一般选用不均匀系数K80值为1.4～2.0。滤层厚度增大与过滤速度和滤料有效粒径等有关，厚度增大，水中杂质不易穿透，但水的阻降和投资会增加，因此应根据运行实践经验，设计计算一个较佳的滤层厚度。

按石英砂、无烟煤滤料粒径级配和填装厚度的不同组合，可构成单层、双层、多层滤料滤池和均粒滤料滤池。滤池的滤料、粒径、厚度和设计流速参见表2-16。

①进水浊度约5NTU。

2.5.2.1　一级滤料过滤设备

一级滤料过滤是指海水经混凝沉淀或澄清处理后的出水进行第一次滤料过滤，一般都采用重力式过滤。一级滤料过滤设备通常采用重力式无阀滤池、普通快滤池或V型滤池。三种滤池的特点、适用条件和主要工艺设计参数参见表2-17。

2.5.2.2　二级滤料过滤设备

二级滤料过滤是一级滤料过滤出水通过增压再进入填装不同级配的无烟煤和石英砂滤料的压力滤器进行第二次滤料过滤。采用过滤一反洗的循环运行过程，当进出水压差>0.06MPa时停止过滤，进行反洗。经二级滤料过滤的海水出水浊度<0.3NTU，SDI15值<5，能满足反渗透海水淡化设备的进水要求。

二级滤料过滤一般采用钢制密闭压力式滤料过滤器，压力式过滤器属低级压力容器，可并联也可串联使用。滤器分类从外观上有立式和卧式滤器；从水流方向分类有下向流、上向流、双向流滤器；从隔室分类有单隔室、双隔室和三隔室滤器，其中下向流单隔室或卧式的滤料滤器应用较普遍。立式滤器最大直径约为3200mm，单台出水量为60～80m3/h，适用于小中型海水淡化厂；卧式滤池在国外应用较普遍，尺寸一般为ф3200，长10～15m，单台出水量为150～600m3/h，适用于中、大型海水淡化厂。

滤器内壁衬塑胶，内装有进水挡板或配水管，底层气水分配一般采用水阻降小的缝隙式滤头。滤料填装有单滤层或双滤层，滤料层滤料级配可参见表2-16。滤层厚度约为1000～1200mm。滤器外部配有进水、出水、进气、排气、反洗、上排和下排等阀门，视镜、入孔、压力和流量等仪表器。压力式滤料滤器可参见图2-12，其性能与工艺参数参见表2-18。

2.5.2.3　微絮凝滤料过滤

微絮凝滤料过滤是原海水在管道混合器中投加混凝剂后，不经过混凝沉淀池或澄清池，直接进入滤料过滤器进行过滤。一般采用压力式滤料过滤器，其适用于处理水量小，常年浊度<5NTU，色度和有机物含量低的海水。

微絮凝滤料过滤机理大致是由于滤料的物化性能和固-液界面流动接触，产生表面附着作用，水中杂质颗粒、微细絮体颗粒和混凝剂进入滤层后还继续发生絮凝和接触吸附反应，并黏附在滤料表面而被截留过滤。

为提高微絮凝滤料滤器的截污能力和减少过滤阻力，可使用高分子混凝剂，采用双层滤料、双向流式和上向流式的滤料滤器。

微絮凝滤料过滤具有工艺简单、占地面积小、设备投资和运行费用低等优点。

2.5.3　膜法海水淡化预处理技术［6］

鉴于传统预处理技术的局限性，人们提出了利用膜分离技术进行海水反渗透预处理的工艺流程，主要包括微滤（MF）、超滤（UF）和纳滤（NF）三种。MF在去除悬浮固体、降低SDI上效果明显。UF不但可截留悬浮固体和细菌，还可截留大分子有机物、胶体等。NF是介于UF和RO之间的膜过程，其可选择性去除海水中二价离子，在防止结垢和减少进料TDS方面有独特的作用［7］。

2.5.3.1　微滤（MF）技术［8，9］

微孔膜过滤（简称微滤）是一种以压力为动力的筛分过程，它属于精密过滤技术。微孔膜孔径范围一般为0.05～10μm，其特点是膜孔径均一、过滤精密度高、滤速快、吸附量少、无介质脱落等。

微孔滤膜（简称微滤膜）材料为聚丙烯、磺化聚醚砜、聚四氟乙烯等，膜组件有五种形式：管式、毛细管式、中空纤维式、板框式和卷式。管式膜组件膜管直径为10～20mm，毛细管膜膜管直径约为1～2mm，中空纤维膜管外径约40～250μm，外径与内径之比为2～4。几种组件特性比较见表2-19。其中管式、毛细管式和中空纤维式膜组件适合微滤过滤预处理。

微孔滤膜操作有全流式和错流式两种。前者应用于稀料液和较小的规模，膜制成滤芯，大多为一次性，如化纤绕线型滤芯，用于深层型过滤，微孔膜滤芯产品上常标有孔径大小和精度，供使用者选择。错流操作又称切线流操作，对悬浮粒子大小、浓度的变化不很敏感，适用于较大规模的应用，这类操作的膜组件需经常地周期性清洗、再生［11］。微孔滤膜过滤器如图2-13所示。

微滤器使用一段时间后，由于管壁上的微孔易为杂物堵塞，压降增加，当进出水压力相差98.0665kPa（1kgf/cm2）左右时，就应进行“反冲再生”，通常采用压缩空气和清水脉冲式反冲洗，再用6％～7％的盐酸浸泡24h，最后用清水冲洗到水呈中性，即可投入运行［12，13］。

（1）新型MF技术　以连续微滤（continuous micro-filtration，CMF）为代表。采用0.2μm孔径的聚丙烯、磺化聚醚砜或聚丙烯腈中空纤维膜，内压式死端过滤。该膜可使胶体颗粒和细菌数量减少几个数量级，提高净化水的水质，并可在很低的横流速度下运行。CMF-RO技术采用空气反冲洗，以自动频繁脉冲方式和短时间的冲洗来保持稳定的产水通量，与常规过滤器因反冲洗而出现的停运相比，这种脉冲清洗的时间特别短，因此非常适于过滤固体含量高的液体。

采用CMF技术代替传统的多介质过滤器-活性炭过滤器的预处理工艺，不但大大减少絮凝剂、杀菌剂和余氯脱除剂等化学药品的加入量，还可避免多介质和活性炭的频繁更换。经CMF过滤后的产水SDI<3，浊度<0.2NTU，TSS<1mg/L，颗粒粒径<0.2μm（传统多介质过滤器为5～10μm），大肠杆菌<3个/L，能够达到反渗透系统对进水水质的要求。该法能耗低，约为0.15～0.3kW·h/m3处理水。

与传统预处理方法相比，采用连续微滤技术改进了反渗透系统的进水水质，延长了反渗透膜的使用寿命，提高了系统的回收率，大大减少了设备占地面积，减少了操作费用，降低了劳动强度，并可以有效地实现微滤过程的自动化控制。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预处理部分采用天津工业大学的CMF技术，运行两年多来，CMF出水SDI<2，且运行比较稳定。

（2）无机陶瓷膜　是以氧化铝、氧化钛、氧化锆等经高温烧结而成的具有多孔结构的精密陶瓷过滤材料，多孔支撑层、过渡层及微孔膜层呈非对称分布。陶瓷膜过滤技术是基于多孔陶瓷介质的筛分效应而进行的物质分离技术。

由于潮汐和风浪影响，取用的近岸海水中含有大量泥沙，为防止泥沙粗颗粒物进入陶瓷膜管，堵塞水流通道，采用过滤精度20μm的自动叠片式过滤器去除。叠片式过滤可自动运行和反冲洗，采用时间和压差控制反冲洗操作，每个单元只需10～20s即可完成，反洗用水量少，清洗效果好。此外，叠片式过滤器还具有占用空间小，几乎不需日常维护的优点。

陶瓷膜过滤器采用高效的错流过滤方式，泥沙、悬浮物等浓缩物质随水流的冲刷作用带出膜管，使膜表面的污染物附着层厚度保持较薄的水平，从而保证了正常运行。陶瓷膜过滤的反冲洗采用频繁、短时、自动清洗设计。陶瓷膜过滤器对进水水质的适应性强，同时有效、长期保持较好的出水水质（保证出水中SDI指数及颗粒指标），如胶体颗粒、病菌、隐性孢子等几乎能被完全去除，使SWRO保持稳定运行，并延长使用寿命。海水中胶体物质较多时，添加混凝剂使水中的胶体颗粒脱稳并凝聚成絮凝体，从而被陶瓷膜截留去除，减轻其对陶瓷膜的危害和污染。海水中胶体物质较少时，也可不加或少加混凝剂，该工艺对混凝反应的要求较低，不设专门的混凝反应器，直接采用管道混凝。

由于陶瓷膜对水中溶解性小分子量有机物的去除作用有限，海水中有机物含量较高时，为了防止反渗透膜被水中的有机物污染，可增设保安过滤器，以去除水中的有机物，保证反渗透进水水质。活性炭过滤器为可选设备，若水中有机物较少，陶瓷膜出水可直接进入反渗透膜组件。

与有机膜比较，无机陶瓷膜耐高温，可实现在线消毒；化学稳定性好，能抗微生物降解；对于有机溶剂、腐蚀气体和微生物侵蚀表现良好的稳定性；机械强度高，耐高压，有良好的耐磨、耐冲刷性能；孔径分布窄，分离性能好，渗透量大，可反复清洗再生，使用寿命长。此外，陶瓷膜用于反渗透海水淡化预处理，具有能耗低、产水率高、占地面积小、出水水质稳定等优点，且陶瓷膜管抗污染及再生能力强，长期闲置时无需添加特别的保养液进行膜管维护，操作管理方便，是较理想的预处理工艺。其缺点是通常的陶瓷膜过滤工艺一次性投资成本较高。

2.5.3.2　超滤（UF）技术［8，9］

超滤技术是一种以机械筛分原理为基础，以膜两侧压差为驱动力的膜分离技术。它的筛分孔径较微滤小，可截留水中的细菌、病毒、胶体、大有机分子、油脂、蛋白质、悬浮物等。超滤技术有中空、卷式、平板、管式等几种组件类型，其中中空纤维膜是超滤技术中最为成熟与先进的一种形式。超滤膜按膜材质和配方、制备工艺的不同，有多种不同性能、用途和不同规格型式的超滤膜组器，大致分类归纳列于表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）超滤膜组器使用条件　水温5～40℃；pH2～11；油脂含量<5mg/L；连续游离氯含量<5mg/L；安装于室内，避免日光直接照射；湿态保存，防冰冻。

（2）技术要点

①应根据海水水质、浊度、pH值、产水水质要求和现场海水超滤膜过滤试验的结果，选择海水超滤膜组器和过滤工艺。

②在海水预处理中通常选用以PS、PEA和PVD下为材质，截留分子量为（8～15）×104Dalton，内压式或外压式中空纤维超滤膜组器。

③海水超滤膜过滤工艺分全流式过滤和错流式过滤工艺，如图2-14所示。

通常海水经过混凝沉淀、澄清、砂滤处理后，或海水常年浊度<5NTU时，可选用全流式超滤膜过滤工艺；海水常年浊度>10NTU时，宜选用错流式超滤膜过滤工艺［11，14］。

④多种因素影响超滤膜产水通量和反洗频率，其参数值可根据现场试验结果或参照已有工程项目经验来确定。

⑤超滤膜过滤应设置加药的化学加强反洗（CEB）和化学清洗（CIP）装置，根据超滤膜污染情况，确定化学加强反洗（CEB）和化学清洗（CIP）周期。

⑥超滤膜过滤应前置过滤精度为100～200μm的全自动清洗保安滤器，以保护中空纤维超滤膜不受损害。

⑦超滤膜透过水通量会随水温下降而减少，产水通量应根据膜厂商提供的温度校正曲线或有关计算公式进行校正。

⑧超滤膜过滤在运行和气水反洗过程中，应采取水、气的缓升降措施，防止冲击造成中空纤维膜的破损。

⑨超滤膜过滤装置应设置完整性检测系统，以便在出水水质下降时，检查超滤膜的破损情况，及时修复或更换超滤膜组器。

⑩超滤膜组器过滤过程应按自动化操作运行设置。

（3）有关计算公式和工艺参数

①超滤膜组总有效膜面积

式中，A为超滤膜组器总有效膜面积，m2；Q为设计产水量，m3/h；J为在单位时间内单位膜面积水透过率，m3/（m2·h）。

②超滤膜元件数

式中，n为超滤膜元件数（支）；S为单支超滤膜元件的有效膜面积，m2。

③产水量温度校正系数

G=（1+0.0215）25-T

式中，G为产水量温度校正系数；T为运行水温，℃。

④水回收率

式中，R为水回收率，％；Q1为单位时间进水量，m3/h；Q2为单位时间产水量，m3/h；Q3为单位时间自耗水量，m3/h。

在某海水淡化试验现场，中空纤维超滤膜海水过滤主要工艺参数见表2-21。

注：1bar=0.1MPa。

（4）超滤海水进水和产水水质分析结果　在某海水淡化试验现场，原海水经混凝沉淀处理后，采用自清洗保安滤器和内压或外压式中空纤维超滤膜过滤进行中试。中试工艺为全流式过滤，运行压力为0.8～1.5bar，跨膜压差（TMP）为0.6～1.0bar，水回收率为86％～91％。超滤的海水进水和产水水质的分析结果参见表2-22。

以UF作为RO的预处理可构成UF-RO集成技术，中空纤维UF膜可以处理高度污染的表层海水。该型UF膜系统的特点是具有频繁、短时、自动清洗毛细管膜的功能，且具有在较低的错流流速下运行的能力。其中，UF膜截留分子量为150～200kDa，可确保RO在较高通量和较高截留率下操作，产水量可提高10％，减少运行费用。该预处理能耗低，约为0.15～0.3kW·h/m3，淡化水成本可降低10％左右。Galloway等在Trinidad和Venezuela海域进行中空纤维UF处理海水的中试研究，结果表明，UF中试装置连续稳定运行数个月，可有效解决海水水质波动范围较大的问题，超过95％的产品水的SDI<3，并且超过85％的SDI<2。VanHoof等经过2500h的测试，有98.4％的产品水的SDI<3，说明该UF预处理的出水水质较优。Brehant等用中空纤维UF膜预处理表层海水，其UF出水SDI<1，且出水水质非常稳定，而传统的双重介质过滤则仅能降到2.5左右，且水质不稳定。

在韩国釜山，正在建造容量为45000m3/d的海水淡化实验平台。S.Kim等［8］针对此海域低浊度特点，分别考察了UF和DMF（多介质过滤器）作为海水淡化预处理方式处理低浊度海水的运行效果。实验表明，UF能够为反渗透系统提供稳定、高质的进水，絮凝工艺能够有效去除芳香性有机化合物并有效减缓膜污染现象；而DMF的产水SDI不达标，对DMF工艺参数进行调整也不能使其产水满足反渗透进水要求，必须采用多级DMF系统和高效絮凝工艺，这就大大增大了DMF的设计和运行成本。

大唐王滩电厂反渗透海水淡水系统是中国第一个投运的“双膜法（UF+SWRO）”海水淡化项目［15］，一期总设计出力10800m3/d，已建成装置出力7200m3/d。项目采用了代表世界最新科技的预处理工艺：自清洗过滤器+UF。通过四年多运行数据可知，对缺乏淡水的地区或海水水温随季节波动较大的地区，超滤作为反渗透海水淡化系统的预处理是切实可行的。此预处理中采用了Omexell压力式中空纤维超滤膜元件SFP2660，其材质为聚偏氟乙烯，过滤精度为0.03μm。超滤系统产水的SDI值基本保持在3以下，投运以来总共进行了四次在线化学清洗（CIP），平均一年一次。此外，在王滩电厂海水淡化项目中，调试初期采用3mg/L聚合氯化铝。在系统调试过程中，发现后续超滤系统跨膜压差增加较快，产水量衰减较快，怀疑是聚合氯化铝（PAC）导致超滤膜污染，因此将聚合氯化铝（PAC）投加系统关闭，发现后续超滤系统运行随即正常，反洗频率大幅降低，说明此系统不宜采用絮凝工艺［16］。

2.5.3.3　纳滤（NF）技术

纳滤是反渗透膜过程为适应工业软化水的需求及降低成本的经济性不断发展的新型压力驱动膜分离技术，广泛应用于饮用水纯化、废水净化、有价值组分分离与浓缩等领域。NF主要膜材料为醋酸纤维素、醋酸-三醋酸纤维素、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺复合材料和无机材料等。NF膜孔径达纳米级，一般在1～2nm，截留分子量为200～1000Da，且膜表面带有电荷，可有效选择性截留二价离子（Ca2+、Mg2+和等）。即使在很低操作压力下（0.5MPa），也可大幅度降低原海水的二价离子和溶解性有机物含量，有效解决传统海水淡化过程中存在的结垢和有机污染等问题，保证反渗透膜组件的安全稳定运行，并大幅度提高了水回收率［17，18］。

1986年，纳滤作为反渗透预处理技术被引入海水淡化中，可有效降低反渗透进水硬度、总固溶物和有机物含量，从而达到防止反渗透膜结垢与污染、提高系统回收率和降低成本的目的。据沙特阿拉伯盐水转化公司（Saline Water Conversion Corporation，SWCC）的研究表明［19，20］，纳滤海水软化工艺可将海水总硬度由7500mg/L降至220mg/L，去除率达97％；总溶解固体由45460mg/L降至28260mg/L，去除率达38％；氯度由21587mg/L降至16438mg/L，去除率达24％；由2300mg/L降至20mg/L，去除率达99％；相同操作条件下，反渗透海水淡化系统的总回收率提高30％。Hassan等［21］报道了NF在海水淡化预处理方面的一系列研究和应用工作，NF膜有效地降低了硬度、SDI、微生物和浊度等。在2.2MPa压力下，NF膜对Ca2+、Mg2+、、和总硬度的截留率分别是89.6％、94.0％、97.8％、76.6％和93.3％，TDS截留率为37.13％～54.11％，水回收率为40％～45％。由于NF膜的前处理，使得SWRO和MSF系统的回收率高达70％和80％。受渗透压影响，反渗透海水淡化回收率只有40％，纳滤-反渗透组合工艺可使回收率大幅度提高。模拟设计计算结果表明，海水浓度35000mg/L，反渗透膜的脱盐率为99％，纳滤膜的截留率为50％，反渗透采用同样的操作压力，当反渗透回收率为40％时，总的产水回收率可提高到60％。

2.5.3.4　膜法预处理的膜污染问题

超滤膜具有多孔致密表皮层和海绵支撑层组成的不对称结构，有利于水在小阻降条件下通过，而不易污堵，约1μm厚的表皮层上的细微小孔可制备成多种不同尺寸规格的孔径，具有筛分功能。超滤膜孔径大小按截留分子量区分大致在1000～500000Dalton范围，相对孔径尺寸约为0.002～0.1μm。超滤膜过滤是在压力为驱动力的作用下，含杂质的水溶液通过以超滤膜作为过滤介质时，水和溶解性盐类的小分子能透过膜，而颗粒直径大于膜孔径的杂质，如悬浮物、胶体、蛋白质、细菌等物质被截留，达到水的除浊功能。超滤膜过滤过程是过滤-气水反冲洗交错循环的过程。当超滤膜有污染时，需进行加药的化学加强反洗（CEB）和化学清洗（CIP）来恢复超滤膜的产水通量。

（1）超滤膜的污染和控制［9］　超滤膜污染研究一直是国际淡化界关心的热点问题。海水对UF膜造成污染的物质主要有有机物（腐殖酸等）、胶体（硅酸铝胶体等）、细菌和悬浮固体等。这些物质与膜存在物理化学作用或机械作用，在膜表面或膜孔内附着、沉积，使膜孔径变小或堵塞，造成了UF膜不可逆污染。如氢氧化铁、氢氧化铝和硅等胶体，可通过交联有机或无机聚合物增大颗粒直径，形成凝胶态和无定形态污染物。

当膜污染严重时，必须对UF膜进行清洗，以确保UF过程的正常运行。近年来，国内外在UF膜污染的理论研究与应用实践的基础上，积累了不少行之有效的经验和方法，例如强化过滤操作、改变进水水质、开发新型便利的清洗、反冲技术等。

对含悬浮微粒或胶状物的海水可采用砂滤、微滤或加混凝剂、絮凝剂等方法；对富含微生物的海水可添加杀菌剂或先进行紫外线杀菌以避免微生物对膜的污染和侵蚀。通常在UF系统的进水中加入少量FeCl3絮凝剂。这种微絮凝预处理对UF膜污染起到很好的缓解作用：①减少进入UF膜孔的污染物量，微絮凝预处理可使小分子溶解性有机物聚集或吸附在金属氢氧化物上形成絮体，从而被截留在膜表面，不能进入膜孔内；②改善UF膜表面沉积层的性质，经过微絮凝预处理后颗粒尺寸增大，形成的滤饼层阻力减小，渗透通量增大。混凝预处理基本消除了膜孔污染，并且大大降低了膜表面滤饼层污染阻力；与直接UF相比，混凝-UF组合工艺对溶解的天然有机物的去除率较高，DOC去除率从28％升高到53％，UV254去除率从40％提高到78％。

对UF膜进行反冲和清洗是防治膜污染的有效措施之一，反冲和清洗可使膜表面及膜孔内所吸附的污染物脱离滤膜，从而使通量得以恢复。反冲包括直接反冲、化学强化反冲（CEB）和气体强化反冲（AEB）。通常CEB采用的试剂为NaClO和H2O2。清洗包括负压清洗、反压清洗、低压高流速清洗、机械清洗、化学清洗等。其中，定期化学清洗是最常见的清洗方式，化学清洗采用的试剂通常为NaClO、EDTA、HNO3和柠檬酸等。

（2）纳滤膜污染和控制［22，23］　由于海水成分复杂性以及纳滤膜纳米级膜孔与特殊荷电性，纳滤在海水软化过程中的膜污染现象和机理较其他膜（微滤、超滤、反渗透）过程更为复杂，已成为纳滤大规模应用于海水软化领域的瓶颈之一。

通常在海水软化过程中，纳滤膜元件易受到海水中某些污染物的污染而导致分离性能的下降和操作成本的提高。这些污染物通常为无机盐沉淀（碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶以及金属氧化物和硅沉积物等）、有机物（天然有机物、合成有机物以及无机-有机络合物等）和生物（藻类、细菌、真菌等）。

纳滤膜的无机污染主要是指碳酸钙及钙、钡、锶的硫酸盐、硅酸盐等结垢物质对纳滤膜造成的污染，其中CaCO3和CaSO4等盐垢最为常见。碳酸盐沉淀可通过酸性试剂的化学清洗方法予以有效解决；而硫酸盐沉淀的形成则是不可逆的，采用普通化学试剂不易清除，最好通过饱和度计算来评估成垢趋势进而加以预防。海水中的腐殖酸和富里酸是主要的天然有机物（NOM），其分子量在500～2000 Dalton范围内，不仅增加水体的色度、异臭味、配水管网的腐蚀和生物不稳定性，还是氯化消毒副产物的前驱体，此外可与Fe、Ba等重金属及农药形成络合物，降低此类物质的生物可降解性。

有机污染物与纳滤膜的相互作用（物理化学或者机械作用）使污染物在膜表面和膜孔内吸附、堵塞，严重影响纳滤膜的通量以及分离性能。纳滤膜有机污染的影响因素很多，包括有机污染物的种类与含量、膜面结构与化学性质、进水离子强度与pH值、操作条件（回收率、操作压力等）。

C.Jarusutthirak采用GE公司Desal HL-F107聚酰胺纳滤膜考察了进水中NOM含量对纳滤膜通量的影响。结果表明，膜面滤饼层的厚度随进水中NOM含量增加而增大，说明增大NOM含量会加剧纳滤膜有机污染程度；在过滤压力作用下，NOM在膜表面累积而形成凝胶层或者滤饼层，使得膜面处离子或有机物的渗透压增加，导致驱动力降低从而膜通量下降；而滤饼层的形成有利于提高NOM以及其他溶质的截留率。

微生物包括细菌、藻类、真菌、芽孢、孢子和病毒以及其代谢产物组成的生物学上的活性有机体，可视为胶体，带有负电荷。在纳滤膜通量过高或发生浓差极化时，微生物呈数倍的快速繁殖。微生物污染是膜材料、流动参数（如溶解物、流动速度、压力等）和微生物间附着的相互作用的结果，分为四个阶段：①预备阶段，腐殖质、聚糖脂与微生物的代谢产物等大分子物质在膜表面吸附的过程，形成一层具备微生物生存条件的黏膜；②初期黏附阶段，进水中黏附速度较快的部分微生物初步在膜表面黏附的过程；③后期黏附阶段，进水中大量不同种类的微生物在膜表面黏附并形成胞外聚合物（黏垢），膜表面的微生物能够利用代谢产物及被膜吸附的有机营养物质进行新陈代谢而快速繁殖；④成膜阶段，难溶性化合物在膜表面形成一层生物膜，造成膜孔不可逆阻塞，大大增加过滤阻力。

纳滤设备通常采用阻垢剂控制盐垢，阻垢剂本身也会产生微生物，导致微生物污染。

2.5.4　吸附过滤［24］

吸附过滤法是利用吸附剂的吸附作用，去除原水中的悬浮杂质、有机物、细菌、铁和锰等，属于纯水制备中的深度处理方法。吸附过滤器结构形式与机械压力过滤器类似，只是将石英砂、无烟煤等改为活性炭、硅藻土等吸附剂，过滤器的底部可装填0.2～0.3m高的卵石及石英砂作为吸附剂支持层。过滤器的过滤速度一般为6.0～12.0m/h，原水从上而下顺流进行。为了提高过滤效果，可将两个或两个以上的过滤器串并联使用。表2-23所列为活性炭过滤器设计参数。

活性炭有巨大的比表面积，一般为500～2000m2/g，有很强的吸附能力，能吸附水体中的气体、臭味、油脂、有机物、细菌、铁、锰和重金属离子等，其中对有机吸附去除率可达90％以上。可用于水处理的活性炭有粒状、粉状和纤维毯状等类型，其中粒状和纤维毯状可用于吸附过滤器。而粉状活性炭可用于砂滤棒过滤器［5］。

活性炭过滤器使用一段时间后，由于截污过多，活性炭表面及内部的微孔被水中的杂质所堵塞，活性丧失，出水水质变坏，需进行反洗和再生。

2.5.4.1　活性炭过滤器反洗再生步骤［12］

（1）清水反洗　反洗强度8～10L/（m2·s），反洗时间15～20min。

（2）蒸汽吹洗　打开过滤器的放气阀及进气阀，以3.0kgf/cm2（294.2kPa）的饱和蒸汽吹洗15～20min。

（3）NaOH溶液淋洗　用6％～8％的NaOH溶液，温度40℃，用量为活性炭体积的1.2～1.5倍，淋洗活性炭，然后用原水顺流正洗活性炭，清洗到出水水质符合规定要求后投入正常运行。

2.5.4.2　活性炭其他再生方法

（1）化学再生法　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机物脱附去除后获再生。

（2）热处理再生法　先把失效的活性炭用水冲洗干净，然后用4％的盐酸浸泡8～12h后再用水冲洗至中性，晒干或在200℃左右温度下烘干。接着将干燥后的活性炭放入热处理再生设备中，在隔绝空气或氮气氛中慢慢升温到200～800℃，烘烤适当时间，使吸附的有机物分解和挥发，再在800～950℃温度下焙烧1～1.5h，使有机物充分分解和挥发，冷却后用水漂洗，除去粉末。

新买的活性炭在装入过滤器之前必须进行预处理，去除活性炭在生产和包装运输过程中可能掺入的一些灰分、铁锈和油类等物质。处理方法是将活性炭用清水浸泡搅拌，去除水面上的漂浮物，反复几次，直至清洁为止。如果活性炭中污物较多，在清水清洗之后，用5％ HCl溶液浸泡1h，再用清水冲洗到pH=6～7。

日本通用的活性炭吸附及砂层精密过滤器的设计参数见表2-24。