TUF軟化系統(tǒng)由化學(xué)加藥預(yù)處理系統(tǒng)及TUF管式膜過濾系統(tǒng)兩個(gè)部分組成。

預(yù)處理系統(tǒng)

系統(tǒng)由化學(xué)加藥系統(tǒng)和兩級(jí)級(jí)反應(yīng)池組成，在兩個(gè)反應(yīng)槽內(nèi)，根據(jù)工藝需要添加相應(yīng)的化學(xué)藥劑，并對(duì)反應(yīng)的pH值進(jìn)行 控制，通過充分的機(jī)械攪拌使得藥劑和進(jìn)水完全混合發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過兩級(jí)反應(yīng)后的含沉淀物的水溢流進(jìn)入到管式膜的濃縮池。同時(shí)兩級(jí)反應(yīng)池均配套有機(jī)械攪拌裝置，避免沉淀物沉入池底。

預(yù)處理化學(xué)加藥軟化的反應(yīng)機(jī)理：

1) 軟化去除鈣、鎂：

溶解的鈣、鎂（硬度成分）與石灰、純堿反應(yīng)生成碳酸鈣、氫氧化鎂沉淀:

        Ca(HCO3)2  + Ca(OH)2  --> 2CaCO3 (s)

        MgCl2 + Ca(OH)2 + Na2 CO3  -->  2CaCO3 (s) + 2NaCl+  Mg(OH)2(s)

這里 “s”表示發(fā)生反應(yīng)生成了不溶物，即懸浮固體。

以上反應(yīng)式中的石灰起到提供氫氧根的作用，但是會(huì)帶入鈣離子，這些帶入的鈣離子和水中已有的鈣離子都需要碳酸氫根與之反應(yīng)形成沉淀，而水中現(xiàn)有的碳酸氫根多數(shù)情況下其當(dāng)量濃度高于現(xiàn)有鈣離子濃度，卻又不足以在投加石灰的情況下沉淀所有的鈣離子，這就是為什么需要同時(shí)投加純堿的緣故。在傳統(tǒng)沉淀分離的軟化工藝中，由于固液分離效果相對(duì)不可靠，石灰投加的另一重要目的是目的在于充當(dāng)混凝劑，起到增加污泥量、促進(jìn)沉淀的作用。但是在管式膜進(jìn)行固液分離的軟化工藝中則不同：由于管式膜高效可靠的固液分離界面，以及通過排泥可隨意控制的污泥濃度，使得石灰投加不再必需，也就是說液堿（偶爾水中堿度不足以沉淀自身鈣離子的情況下輔助投加純堿）軟化的加藥方式成為了另一種選擇。

后面對(duì)于石灰和液堿軟化的各自特點(diǎn)有較為詳細(xì)的描述。

2) 軟化除硅:

SiO2 + Mg(OH)2(s) --> Mg(HSiO3)2(s)

這里的反應(yīng)比較復(fù)雜，可以理解為水中二氧化硅被軟化反應(yīng)所生成的氫氧化鎂沉淀物所吸附，或者說發(fā)生了共沉淀反應(yīng)，通過管式膜的高效固液分離，二氧化硅同時(shí)被除去。而在傳統(tǒng)沉淀工藝中，限于固液分離的效果，二氧化硅很少能被同時(shí)除去。

部分資料顯示，根據(jù)初始和最終硅的含量，為了有效的攜帶二氧化硅共沉淀，所需要的Mg離子濃度（mg/l）大約需要是二氧化硅濃度（mg/l）的2.5倍。不同的技術(shù)文獻(xiàn)有不同的比例數(shù)值，相信和很多其他影響因素有關(guān)，因此實(shí)際情況應(yīng)根據(jù)燒杯實(shí)驗(yàn)確定才最可靠。在水中現(xiàn)有的鎂離子不足以攜帶二氧化硅沉淀的情況下，就需要人工投加鎂鹽來促進(jìn)除硅效果。可供選擇的鎂鹽有氧化鎂和氯化鎂，前者一般廉價(jià)易得，但是不易操作，且反應(yīng)較慢，需要一定溫度；后者則相對(duì)價(jià)格較高，但是因其易溶于水制成溶液，因此操作方便，反應(yīng)迅速。

3) 除氟、鋇、鍶

以上三類都是常見于自然水體，同時(shí)對(duì)反滲透等除鹽濃縮設(shè)備有結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)的成分。在軟化反應(yīng)的pH條件下，這三者都會(huì)同時(shí)形成各自的不溶物（氟化鈣、硫酸鋇、硫酸鍶等），并隨后被管式超濾膜有效截留除去。

預(yù)處理化學(xué)加藥類型的選擇：

（1） 使用石灰還是液堿？

石灰輔以純堿或液堿輔以純堿均可作為此類水源除硬的反應(yīng)用藥劑，反應(yīng)的目的都在于將水中的鈣、鎂離子生成各自的不溶物然后用管式膜除去，同時(shí)鋇、鍶、二氧化硅等也同樣除去。石灰相比于液堿來講比較廉價(jià)，但其問題是會(huì)帶進(jìn)更多的鈣離子，需要等當(dāng)量的碳酸根將其沉淀，如果水中已有的碳酸氫根+碳酸根濃度不足以將石灰?guī)淼拟}離子沉淀，則須另外投加純堿，而純堿的藥劑費(fèi)用則相當(dāng)高。液堿投加的話，則無須擔(dān)心帶入鈣離子，可是需要考慮的是另外一個(gè)問題：如果水中已有的碳酸氫根+碳酸根相對(duì)其鈣離子濃度過高的話，會(huì)出現(xiàn)堿度的剩余，這會(huì)導(dǎo)致后續(xù)pH回調(diào)時(shí)（為了后續(xù)處理的穩(wěn)定運(yùn)行，pH回調(diào)到偏中性是必須的）會(huì)消耗過多的酸。

所以綜合分析，在大多數(shù)的水質(zhì)條件下（碳酸氫根+碳酸根濃度略大于鈣離子濃度），采用石灰+液堿的復(fù)合堿性藥劑是更為合適的，其優(yōu)點(diǎn)有三個(gè)：

l 無需投加費(fèi)用很高的純堿；

l 除去鈣硬度的同時(shí)， 上消耗水中的碳酸氫根+碳酸根離子，不但減少后續(xù)pH回調(diào)時(shí)的酸消耗量，而且可改善RO產(chǎn)水的電導(dǎo)率（二氧化碳會(huì)更少）；

l 適度的增加污泥量，而不是像石灰工藝那樣大量增加；

當(dāng)然，對(duì)于一些異常的水質(zhì)（極低或極高的堿度成分）條件下，須根據(jù)實(shí)際情況來選擇合適的藥劑。例如有一些特別的高硬度水像脫硫廢水，幾乎不含有堿度，此時(shí) 加藥方式自然是只投加液堿，而不適合用石灰；另外有一些極高堿度的水源，此時(shí)也許即便全部的氫氧根都來自石灰，也不至于將水中的碳酸氫根+碳酸根消耗完畢，這種情況下投加液堿就沒有意義了。

（2） 是否需要投加鎂鹽？

鎂鹽（氯化鎂或氧化鎂）的投加目的在于以吸附作用和化學(xué)反應(yīng)作用與水中的二氧化硅形成共沉淀物，多數(shù)情況下的自然水體經(jīng)等量濃縮之后，水中的鎂離子是足以沉淀二氧化硅的，但某些條件下可能需要補(bǔ)充鎂鹽以便除硅，注意補(bǔ)充鎂鹽的同時(shí)，需要添加等當(dāng)量的堿（石灰或液堿）與這些鎂鹽反應(yīng)。

比較典型的須補(bǔ)充鎂鹽的例子是主系統(tǒng)（除鹽水站）的預(yù)處理階段采用了離子交換軟化或石灰軟化法+沉淀池的工藝，這兩種情況下，鎂離子濃度都有所降低，然而二氧化硅則并未除去，導(dǎo)致處理后的水中含有的鎂離子不再足以沉淀自身的二氧化硅，需要額外投加。

TUF膜過濾系統(tǒng)

TUF系統(tǒng)由濃縮水池、超濾膜和其他配套設(shè)備組成。

濃縮水池可接收不斷被超濾膜濃縮的污水，保持污泥濃度達(dá)到 狀態(tài)。

管式超濾膜的結(jié)構(gòu)是膜被澆鑄在多孔材料管的內(nèi)部。含被過濾物質(zhì)（固體）的水流透過膜后，再透過多孔支撐材料，進(jìn)入產(chǎn)水側(cè)（水被凈化）。被膜截留的固體顆粒在水流的推動(dòng)下，不會(huì)停留在膜的表面，而是在膜表面起到一定的沖刷作用，避免污染物在膜表面停留。

錯(cuò)流式超濾作為過濾是為了達(dá)到非常好的出水水質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的沉降或澄清工藝。超濾利用微孔的膜把廢水中的沉淀物分離出來。它不需要沉淀物粒徑足夠大和比重足夠大，所以當(dāng)把物質(zhì)從溶解狀態(tài)轉(zhuǎn)化為不溶狀態(tài)后，它是一種更有效的分離方法。

與普通的中空纖維超濾不同，TUF超濾膜可以承受很高的污泥濃度2~5%，和很高的pH值，在pH為14的條件下也能正常穩(wěn)定的工作。

1. TUF系統(tǒng)簡(jiǎn)介

（1） 廢水直接進(jìn)入調(diào)節(jié)池后再進(jìn)入超濾系統(tǒng)。在 個(gè)反應(yīng)池里，通常加入共沉劑。在多數(shù)情況下，共沉劑是一些形式的鐵或鈣。廢水再進(jìn)入第二個(gè)反應(yīng)池，利用NaOH或石灰將PH調(diào)高。對(duì)于軟化水處理系統(tǒng)， 個(gè)反應(yīng)池添加熟石灰或堿加氯化鈣，第二個(gè)反應(yīng)池則添加碳酸鈉或鎂鹽。來自第二個(gè)反應(yīng)池的出水靠重力流到超濾的濃縮池里。這就開始了固體分離。來自濃縮池的水被泵提升到超濾膜組件。

（2） 利用錯(cuò)流過濾技術(shù)，廢水中的污泥被高速打到膜管中間，然后回到濃水罐。澄清水或滲透水透過膜后進(jìn)到最終PH調(diào)節(jié)系統(tǒng)。每通過膜一次，污泥就濃縮一點(diǎn)。為了阻止快速的堵塞或污堵膜要用氣和干凈的產(chǎn)水反洗。從而迫使膜孔內(nèi)或膜表面的堵塞物回到污泥流里。

（3） 在濃縮池里安裝了一套液位計(jì)來控制超濾供給泵的啟和停。這個(gè)罐子的目的是保證被打到膜組件的水固體濃度在2-5%之間，固體的脫水是自動(dòng)或手動(dòng)的. 濃縮池的固體被用一個(gè)氣動(dòng)隔膜泵打到污泥濃縮池或壓濾機(jī)。氣動(dòng)隔膜泵的周期和頻率是自動(dòng)控制的。有時(shí)，運(yùn)行人員需要從濃水罐里取樣做一個(gè)簡(jiǎn)單的沉降測(cè)試。這個(gè)測(cè)試的結(jié)果可能有時(shí)導(dǎo)致氣動(dòng)隔膜泵的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)。此外，作為簡(jiǎn)單的操作模式，也可不設(shè)氣動(dòng)隔膜泵，而是由運(yùn)行人員間歇地開啟濃縮槽底部排水閥，將多余的濃縮液排放；

（4） 產(chǎn)水流量連續(xù)監(jiān)測(cè)。如果運(yùn)行人員觀察到流量低到預(yù)定值時(shí)，那么膜就需要化學(xué)清洗了。根據(jù)膜組件的排列布置，可以對(duì)全部或部分膜進(jìn)行清洗。 每清洗一次需要幾個(gè)小時(shí)完成。在清洗操作時(shí)，運(yùn)行人員需要手動(dòng)開關(guān)閥門。酸性清洗液用來清洗無機(jī)污垢，NaClO用來去除有機(jī)物。在重新投入運(yùn)行前，需要用新鮮水沖洗膜?；瘜W(xué)清洗罐和新鮮水罐以及循環(huán)泵是就地清洗系統(tǒng)的主要部分。

（5） 膜組件的產(chǎn)水在重力流的情況下流到最終PH調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

（6） 管式 超濾膜系統(tǒng)包括固定架、反洗裝置、循環(huán)泵、就地清洗系統(tǒng)、清洗罐、氣動(dòng)隔膜泵、電力控制、儀表、濃水罐和PLC控制。這個(gè)系統(tǒng)配齊了運(yùn)行的所有管道、線纜和設(shè)備。

2. TUF工藝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1) 不需沉淀和預(yù)過濾，可直接進(jìn)行過濾實(shí)現(xiàn)固體顆粒和液體的分離，水中污染物不需要沉淀就能有效去除。

2) 可在高pH條件下持續(xù)運(yùn)行（pH大于10），因此更能保證有效去除鈣鎂硅沉淀，和鍶、鋇等有結(jié)垢傾向的離子成分。

3) 如有必要，可通過壓濾機(jī)實(shí)現(xiàn)徹底的固液分離，固體微?？苫厥绽茫蓪⒐腆w廢棄物資源化。

4) 回收率接近100%（考慮配置壓濾機(jī)的情況下）。

5) 化學(xué)清洗藥品僅僅需要常規(guī)的無機(jī)酸、堿和氧化劑，沒有廢水排放限制。

6) 采用管式大流量錯(cuò)流過濾，水流切向高速流過膜表面，在過濾的同時(shí)還有沖刷清潔膜表面的作用，污染物不易累積，膜面不易污染。

7) 適合過濾高濁度（50g/L）和污染物粒徑相近的料液。

8) 采用堅(jiān)固的管式結(jié)構(gòu)，和燒結(jié)法成膜，從原理上杜絕了斷絲泄漏現(xiàn)象的發(fā)生。

9) 0.1um的 過濾孔徑，產(chǎn)水濁度<1NTU，可以有效的保護(hù)反滲透。

10) 豐富的使用經(jīng)驗(yàn)，從上世紀(jì)70年代就開始被應(yīng)用

11) 管式超濾膜專門針對(duì)廢水處理設(shè)計(jì)，具有出色的耐化學(xué)性和耐磨擦性。

3. TUF水槽及pH回調(diào)

TUF產(chǎn)水基本無壓，自留到PH回調(diào)槽，在此槽內(nèi)添加酸將pH回調(diào)到大約7.5-8.0；同時(shí)，在PH回調(diào)槽內(nèi)添加適量的NaHSO3以便除去水中殘留的余氯，以免影響后續(xù)的反滲透正常運(yùn)行。