膜法水處理的預處理
來(lai)源：銀海潔(北京）水處理技術有(you)限公司 閱讀：2289 更(geng)新時間(jian)：2011-07-21 14:36由(you)于超(chao)濾（UF）、納濾（NF）和反滲(shen)透（RO）膜(mo)絕大多數(shu)都是由(you)高(gao)分子材料制(zhi)成，其對(dui)進水水質有比較(jiao)嚴(yan)格的要求，合理的預處理是保障系統正常運(yun)行和降低運(yun)行成本(ben)的關(guan)鍵環節。一旦預處理系統出現問題，污染物可能會在膜(mo)表面堆(dui)積，給膜(mo)系統帶(dai)來不可逆轉的危害(hai)。
微(wei)生(sheng)物造成很難(nan)逆轉的污染
細菌、真菌和藻類進入(ru)膜系統后，會粘附在膜表(biao)面時生(sheng)(sheng)長(chang)繁殖，微生(sheng)(sheng)物(wu)及其代(dai)謝(xie)產物(wu)可能使膜孔完全(quan)堵(du)塞(sai)，甚至使中空纖維內腔完全(quan)堵(du)塞(sai)，對無論是(shi)超(chao)濾膜，還是(shi)納濾和反(fan)滲(shen)透(tou)膜都會造(zao)成不可逆轉的污染。
水(shui)處理工程中(zhong)通常加入次氯(lv)酸難(nan)（NaClO）、臭氧（O3）等(deng)氧化劑，也可以(yi)配合紫(zi)外(wai)殺(sha)菌。這些措施只是防止微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)滋生(sheng)，但并不能從水(shui)中(zhong)去除微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)，殺(sha)滅不徹底的微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)還(huan)會復活。尤其是芽孢(bao)，由于耐(nai)受一定的殺(sha)菌劑，成為(wei)膜生(sheng)物(wu)(wu)污染的潛在威脅。
適當的(de)預處理不僅能夠提高(gao)殺菌劑的(de)效果，比如(ru)介質過濾，同時(shi)也(ye)可以濾除一部分微(wei)生物甚至芽孢，降低膜的(de)微(wei)生物污染。
渾濁度降低產水率
當(dang)水(shui)中(zhong)含(han)有懸(xuan)浮物(wu)、膠體、微(wei)(wei)生物(wu)和(he)其他雜質時，都會(hui)使水(shui)產生一定程度(du)(du)的(de)混濁(zhuo)。由于濁(zhuo)度(du)(du)是(shi)測(ce)(ce)量被水(shui)中(zhong)顆粒物(wu)反射的(de)光線強度(du)(du)得來的(de)，所以原(yuan)水(shui)的(de)顏色、不透明性、顆粒的(de)大(da)小(xiao)、數(shu)量和(he)形狀均影響測(ce)(ce)量結果(guo)。因此，濁(zhuo)度(du)(du)與懸(xuan)浮物(wu)的(de)關系是(shi)隨機(ji)的(de)。對于較小(xiao)的(de)微(wei)(wei)粒，濁(zhuo)度(du)(du)并不能反映。
在膜法處理中，用濁度來反映渾(hun)濁度明(ming)顯是不精確(que)的，實踐中使用SDI來預測(ce)顆(ke)粒(li)物的污染(ran)傾向。
降低渾濁度(du)傳(chuan)統采(cai)用(yong)的方(fang)法是(shi)絮(xu)凝加介(jie)質過濾(lv)(lv)器(qi)，由于介(jie)質過濾(lv)(lv)器(qi)過濾(lv)(lv)效(xiao)果受水(shui)(shui)質波(bo)動影響較大(da)，近年來廣泛使用(yong)超濾(lv)(lv)或(huo)者微濾(lv)(lv)取代介(jie)質過濾(lv)(lv)器(qi)作為(wei)膜法水(shui)(shui)處理工藝的預處理設備。
為了(le)濾除(chu)細小的顆粒，一般需要向(xiang)原水中(zhong)添加(jia)一定量的絮(xu)凝(ning)劑(ji)來提高去除(chu)效(xiao)(xiao)率。在(zai)絮(xu)凝(ning)劑(ji)加(jia)入的同時，可加(jia)入助聚(ju)劑(ji)，如pH調節劑(ji)（石灰、碳(tan)酸鈉）、氧化(hua)劑(ji)（氯和漂(piao)白粉），加(jia)助聚(ju)劑(ji)（聚(ju)丙稀酰(xian)胺）等，提高混凝(ning)效(xiao)(xiao)果。
溶解性有機物的去除
溶(rong)解性有機物用(yong)絮凝沉降、多介質過濾以及超濾均(jun)無法徹底去(qu)除。目前多采用(yong)氧化法或者吸咐法。
（1） 氧(yang)化法利用氯(lv)(lv)或次氯(lv)(lv)酸(suan)鈉(na)（NaClO）進行氧(yang)化，對除去溶解性有機物(wu)效果比(bi)較(jiao)(jiao)好，另外臭氧(yang)（O3）和高錳酸(suan)鉀(jia)（KMnO4）也是比(bi)較(jiao)(jiao)好的(de)氧(yang)化劑，但成本略高。
（2） 吸附法(fa)利用活性炭或(huo)大孔吸附樹脂可以有(you)效(xiao)除去溶(rong)解性有(you)機物。但對于難(nan)以吸附的(de)醇、酚等仍需采用氧化法(fa)處理。
（3） 電化學氧(yang)化法是利用(yong)水及溶解(jie)物質在電解(jie)條(tiao)件下的氧(yang)化還原(yuan)反(fan)應，產生氧(yang)化性(xing)的物質來去除有(you)機物。也(ye)可(ke)以配合傳統的吸附工藝(yi)聯合處理。
供水水質調整
供(gong)水溫(wen)(wen)度的(de)(de)調整 ：膜(mo)(mo)的(de)(de)透水性(xing)能(neng)與溫(wen)(wen)度高(gao)低(di)有直接(jie)的(de)(de)關系，膜(mo)(mo)組件標定的(de)(de)透水速(su)率(lv)一般是用(yong)純水在(zai)25℃條件下(xia)測試的(de)(de)，膜(mo)(mo)的(de)(de)透水速(su)率(lv)與溫(wen)(wen)度成正比(bi)。因此當供(gong)水溫(wen)(wen)度較低(di)時(shi)（如(ru)＜5℃），可(ke)采(cai)用(yong)某(mou)種升(sheng)溫(wen)(wen)措(cuo)施(shi)，使其在(zai)較高(gao)溫(wen)(wen)度下(xia)運行，以提高(gao)工作效率(lv)。但當溫(wen)(wen)度過高(gao)時(shi)，同樣對(dui)(dui)膜(mo)(mo)不利，會導致(zhi)膜(mo)(mo)性(xing)能(neng)的(de)(de)變化，對(dui)(dui)此，可(ke)采(cai)用(yong)冷卻措(cuo)施(shi)，降低(di)供(gong)水溫(wen)(wen)度。
供水PH值(zhi)的調整：用(yong)不(bu)同(tong)材料制成的膜對pH值(zhi)的適(shi)應范(fan)(fan)圍(wei)不(bu)同(tong)，例如醋酸(suan)纖維素(su)適(shi)合pH=4～6，PAN和(he)PVDF等(deng)膜，可在pH=2～12的范(fan)(fan)圍(wei)內使用(yong)，如果(guo)進水超(chao)過使用(yong)范(fan)(fan)圍(wei)，需要(yao)加(jia)以調整，目前常用(yong)的PH調節劑(ji)主要(yao)有酸(suan)（HCl 和(he)H2SO4）等(deng)和(he)堿（NaOH等(deng)）。
結垢的防治
結垢(gou)是難溶性鹽類的(de)結晶析出，以固體(ti)形(xing)式的(de)沉(chen)積物。
在反滲透和(he)納濾(lv)系統中析(xi)出的(de)(de)垢(gou)主(zhu)(zhu)要是無機成(cheng)分(fen)(fen)，以碳酸鈣為主(zhu)(zhu)。在天然的(de)(de)水源中存(cun)有(you)的(de)(de)主(zhu)(zhu)要難溶(rong)(rong)性鹽(yan)(yan)類主(zhu)(zhu)要有(you)：碳酸鈣（CaCO3）、硫酸鋇（BaSO4）、硫酸鈣（CaSO4）、氟化鈣（CaF2）、硫酸鍶(si)（SrSO4）和(he)二氧化硅（SiO2）。一般來說，鹽(yan)(yan)的(de)(de)溶(rong)(rong)解度(du)受各種(zhong)在水中成(cheng)分(fen)(fen)的(de)(de)濃度(du)、pH 值、溫度(du)以及(ji)共存(cun)的(de)(de)其它鹽(yan)(yan)分(fen)(fen)濃度(du)影響，難溶(rong)(rong)鹽(yan)(yan)的(de)(de)溶(rong)(rong)解度(du)通常用溶(rong)(rong)度(du)積（Ksp）來表示，溶(rong)(rong)度(du)積越小(xiao)溶(rong)(rong)解度(du)就越低。
碳(tan)酸鈣穩定傾向可(ke)以(yi)用LSI（當(dang)TDS < 4 000 mg/L 時）或(huo)SDSI（當(dang)TDS >; 4 000 mg/L 時）進(jin)行(xing)估算。
回收率
反滲透以(yi)及納濾系統的回(hui)收(shou)率和原水中總溶解物質的濃(nong)縮倍(bei)率有直接關系，回(hui)收(shou)率50%的系統，濃(nong)縮倍(bei)數是2倍(bei)；回(hui)收(shou)率75%時，濃(nong)縮4倍(bei)；回(hui)收(shou)率80%時，則(ze)濃(nong)縮5倍(bei)；回(hui)收(shou)率達到90%時，相(xiang)當于濃(nong)縮10倍(bei)。
膜(mo)(mo)系統(tong)內(nei)由于(yu)濃差(cha)極化現象的(de)存在(zai)，膜(mo)(mo)表面(mian)附近的(de)料液(ye)含鹽量會(hui)變得很高，其濃縮程度遠大于(yu)這(zhe)個濃縮倍數。因(yin)此，原水由于(yu)被(bei)濃縮，膜(mo)(mo)表面(mian)的(de)污染會(hui)比想象中(zhong)發生的(de)更快。系統(tong)的(de)運行(xing)條件、原水的(de)特(te)性狀態等(deng)因(yin)素會(hui)影響回收率，一旦選擇過高的(de)回收率，就會(hui)面(mian)臨結垢的(de)形成和急(ji)速(su)的(de)污染的(de)風險。
因此(ci)，按照(zhao)實(shi)際(ji)情況(kuang)適當(dang)的(de)設定回收率就(jiu)顯得尤(you)為(wei)重(zhong)要(yao)。基于原水(shui)的(de)水(shui)質分析數據結合把握其四季變動范圍，考慮前處理和產水(shui)的(de)回收率、運(yun)行溫(wen)度等相(xiang)關(guan)的(de)膜(mo)系統(tong)設計方式，設定運(yun)行條件。
絮凝
絮(xu)(xu)凝是向水中(zhong)(zhong)加入(ru)絮(xu)(xu)凝劑，中(zhong)(zhong)和膠(jiao)(jiao)體粒子(zi)表面的(de)(de)電荷(he)，使得膠(jiao)(jiao)體粒子(zi)間(jian)的(de)(de)排斥力變(bian)弱，最終導致微(wei)粒子(zi)之間(jian)變(bian)的(de)(de)更容(rong)易(yi)聚集。絮(xu)(xu)凝通過以下三個方式起(qi)作用(yong)(yong)(yong)：（1）膠(jiao)(jiao)體間(jian)的(de)(de)引力和反(fan)作用(yong)(yong)(yong)力；（2）粒子(zi)和粒子(zi)的(de)(de)接觸、碰撞；（3）化(hua)學作用(yong)(yong)(yong)（金(jin)屬(shu)氫(qing)氧化(hua)物的(de)(de)溶(rong)解度）。多(duo)數常用(yong)(yong)(yong)絮(xu)(xu)凝劑（表4.4 所示）與水中(zhong)(zhong)的(de)(de)堿性成分反(fan)應，生(sheng)成金(jin)屬(shu)氫(qing)氧化(hua)物。然而如果加入(ru)絮(xu)(xu)凝劑的(de)(de)量過多(duo)，會導致生(sheng)成的(de)(de)氫(qing)氧化(hua)物析出并對膜元(yuan)件造成污染。
絮凝劑的種類以及添加1mg/L引(yin)起的水質(zhi)變化
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影響絮凝(ning)的因素，除了絮凝(ning)劑(ji)的注(zhu)入(ru)量以外(wai)，還有pH 值、攪拌條件、共存離子以及水溫等。在(zai)實際設(she)計中，必須預(yu)先對(dui)這(zhe)些(xie)絮凝(ning)條件進(jin)行預(yu)測。
介質過濾
按照過濾(lv)(lv)的(de)(de)(de)速(su)度可(ke)分為慢速(su)過濾(lv)(lv)和(he)(he)快速(su)過濾(lv)(lv)兩個大(da)類。介質過濾(lv)(lv)可(ke)以有(you)效(xiao)的(de)(de)(de)去除給水中的(de)(de)(de)懸浮物，降低(di)濁度和(he)(he)SDI 值。僅靠絮(xu)(xu)凝(ning)、砂濾(lv)(lv)無法(fa)把(ba)原水中的(de)(de)(de)粒(li)子有(you)效(xiao)捕捉(zhuo)時，還(huan)可(ke)以配合(he)(he)使用絮(xu)(xu)凝(ning)沉淀(dian)和(he)(he)氣浮組合(he)(he)。但是(shi)，添加過濾(lv)(lv)輔助(zhu)藥劑或者絮(xu)(xu)凝(ning)劑，有(you)可(ke)能會導致反滲透和(he)(he)納濾(lv)(lv)膜污(wu)染。因此需要做小型實驗，以確認藥劑的(de)(de)(de)添加是(shi)否(fou)對反滲透和(he)(he)納濾(lv)(lv)系(xi)統有(you)影響(xiang)。
在選擇濾(lv)速(su)時，依據(ju)原水(shui)(shui)水(shui)(shui)質的(de)(de)(de)不(bu)同可(ke)以有所變化。通常對于地(di)下水(shui)(shui)水(shui)(shui)源，由于水(shui)(shui)中的(de)(de)(de)膠體、懸浮物含量(liang)較少，可(ke)以選擇較高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)濾(lv)速(su)；對于污染(ran)較嚴(yan)重的(de)(de)(de)地(di)表(biao)水(shui)(shui)，濾(lv)速(su)的(de)(de)(de)設定一定不(bu)能(neng)太高(gao)(gao)(gao)，以免對反滲透和(he)納濾(lv)系統造成嚴(yan)重污染(ran)（通過多年的(de)(de)(de)實際經驗，對于受(shou)污染(ran)的(de)(de)(de)地(di)表(biao)水(shui)(shui)，過濾(lv)速(su)度應盡量(liang)小于8 米(mi)/小時，有條件的(de)(de)(de)可(ke)以接近6 米(mi)/ 小時，最(zui)高(gao)(gao)(gao)也(ye)不(bu)要超過10 米(mi)/小時）。
介質過濾的特征
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活性炭
活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)可以(yi)用來吸附溶解性(xing)(xing)有機(ji)物以(yi)及游離氯和臭氧等氧化(hua)劑，用活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)作為(wei)反滲(shen)透和納(na)濾膜系統的預處理已經被廣泛使用。通常(chang)被采用的活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)有兩種類型(xing)：顆粒活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)和粉末活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)。
活性炭的特征
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微濾和超濾
微濾(lv)(lv)（MF）和超濾(lv)(lv)（UF）是(shi)近(jin)幾年才大規模應用的(de)反滲透和納濾(lv)(lv)預處理工藝(yi)。同絮凝、沉淀以及砂濾(lv)(lv)比較(jiao)(jiao)，其過濾(lv)(lv)的(de)水質穩定、設(she)備管理比較(jiao)(jiao)簡單，也不(bu)會產生過濾(lv)(lv)殘渣或絮凝污泥等廢棄物。
作為(wei)預處(chu)理(li)，微(wei)(wei)濾(lv)和超(chao)濾(lv)膜的(de)(de)使用可以完全去除(chu)不溶解的(de)(de)物質，降(jiang)低顆粒(li)物的(de)(de)污染風險，使得反(fan)滲透(tou)的(de)(de)設計(ji)水(shui)通量(liang)可以適(shi)當增加約10 – 20%。在選擇微(wei)(wei)濾(lv)和超(chao)濾(lv)作為(wei)預處(chu)理(li)時，一定(ding)要嚴(yan)格控制藥(yao)劑的(de)(de)投加量(liang)、嚴(yan)格按照微(wei)(wei)濾(lv)和超(chao)濾(lv)制造商(shang)提(ti)供的(de)(de)設計(ji)參數(shu)設計(ji)，雖然微(wei)(wei)濾(lv)和超(chao)濾(lv)系統自動化程度高、運(yun)行操(cao)作簡單(dan)，但也同樣要做好維(wei)護(hu)工作，確保系統穩定(ding)的(de)(de)運(yun)行。
保安過濾器
通過預處理的(de)水(shui)在(zai)進入(ru)反(fan)滲透和納濾(lv)(lv)系統之前(qian)通常會(hui)設(she)置5 μm 左(zuo)右的(de)保(bao)安過濾(lv)(lv)器，這(zhe)是(shi)為(wei)了防(fang)止管路(lu)和中間(jian)水(shui)箱帶入(ru)污染物。需要注意的(de)是(shi)保(bao)安過濾(lv)(lv)器可(ke)能(neng)會(hui)成為(wei)微(wei)生物污染的(de)發生源，保(bao)安過濾(lv)(lv)器同樣需要定期清洗和殺菌。
除鐵和除錳
在有的井水中含有還原態的Fe2+和Mn2+。這種水在氧化后或者當水中的氫氧根超過5 mg/L 時，Fe2+會轉變為Fe3 ，生成膠體的氫氧化物。
4 Fe（HCO3）2 + O2 + H2O → 4 Fe（OH）3 + 8 CO2
鐵比(bi)錳更容易(yi)造成反(fan)滲透(tou)和納(na)濾(lv)膜(mo)的(de)污染。用反(fan)滲透(tou)系(xi)統來(lai)(lai)處(chu)理這樣的(de)水時，重要(yao)的(de)是不要(yao)接觸空氣。在進入反(fan)滲透(tou)裝置前(qian)對(dui)原(yuan)水進行(xing)氧化，然后使用過濾(lv)器脫(tuo)除，也可以防止鐵和錳帶來(lai)(lai)的(de)污染。
膜劣化的防止
膜的(de)劣化(hua)，主要是受物理或(huo)化(hua)學作用發生不(bu)可逆的(de)細微構造(zao)或(huo)分子(zi)構造(zao)變化(hua)，導致(zhi)膜性(xing)能下(xia)降(jiang)的(de)現象。
物(wu)理劣(lie)(lie)化：已知物(wu)理劣(lie)(lie)化的顯著(zhu)事例是(shi)從水泵發(fa)出的超聲波(bo)會造成(cheng)(cheng)膜破損（脫鹽率下降(jiang)），超過允許的壓力(li)或超過上限溫(wen)度(du)（45℃）的運行，也都會造成(cheng)(cheng)膜劣(lie)(lie)化導致(zhi)水通量下降(jiang)。
化(hua)學(xue)劣化(hua)：是指反(fan)滲透和納濾膜受(shou)氧化(hua)劑(ji)(ji)影(ying)響，芳(fang)香聚(ju)酰胺的聚(ju)合鏈(lian)被(bei)切斷，或者因過量酸、堿等藥劑(ji)(ji)清洗，導致(zhi)膜分離性(xing)能的衰減。
醋(cu)酸纖維素反滲(shen)透膜會受到來自細菌(jun)分(fen)解(jie)影響導(dao)致高分(fen)子聚(ju)合(he)鏈(lian)斷裂，進(jin)而導(dao)致脫鹽率下降。
反滲透進水(shui)的(de)水(shui)質允許值檢查表
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導致膜(mo)污(wu)染(ran)的指標
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允(yun)許值
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解(jie)決方(fang)法
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懸浮物等
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濁度
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< 1 NTU
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過(guo)濾，絮凝沉淀，微(wei)濾，超濾
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SDI15
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< 5.0
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N/A
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顆(ke)粒物
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< 100個/ml
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過(guo)濾，絮(xu)凝沉淀(dian)，微濾，超濾
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微生物
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< 1個/ml
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殺菌(jun)，微(wei)濾，超濾
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金屬氧(yang)化物
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鐵，Fe3+
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< 50μg/L
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氧化+沉淀或過(guo)濾
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錳，Mn
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< 50μg/L
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使(shi)用分散劑
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結垢物質
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CaCO3
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LSI<0
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回收率，pH值，阻(zu)垢劑
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CaSO4
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< 230%
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回(hui)收率，阻垢(gou)劑
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BaSO4
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< 6 000%
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回收率(lv)，阻垢劑
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SrSO4
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< 800%
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回(hui)收率，阻(zu)垢劑
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CaF2
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濃水< 1.7 mg/L
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回收(shou)率
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Ca3(PO4)2
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濃水側濃度不(bu)能超(chao)過溶解度
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回收(shou)率
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SiO2
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< 100 %
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回收率
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有機物3
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油
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0
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氣浮、吸附
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TOC
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< 10 mg/L
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活性炭，過(guo)濾，吸附樹(shu)脂
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COD
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< 10 mg/L
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活性炭，過濾，吸(xi)附樹(shu)脂
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BOD
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< 5 mg/L
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活性炭，過濾，吸附樹脂
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導致膜劣化的指標
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允(yun)許值
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去除方法
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pH值4
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3 – 10
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加入酸或堿調(diao)節(jie)
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溫度
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5 – 45℃
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換熱(re)器
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氧(yang)化(hua)劑(ji)
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余氯
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< 0.1 mg/L
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還(huan)原(yuan)劑，活性炭吸附
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臭氧
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0
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其他
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0
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表面活(huo)性劑
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選擇陽離子(zi)或兩性表面活性劑時要注意
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酒精
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< 10%
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N/A
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