纯水设备预处理系统是确保后续反渗透（RO）、离子交换等深度处理工艺稳定运行的关键环节，其核心原理是通过物理、化学方法去除原水中的悬浮物、胶体、有机物、微生物及部分硬度离子，从而降低水质对主处理设备的污染风险。以下是预处理环节的详细技术解析及典型工艺流程：

一、预处理的核心目标

1. 保护主设备：防止RO膜因结垢、堵塞或化学腐蚀而失效，延长使用寿命。

2. 优化进水水质：将浊度控制在＜1 NTU，SDI（污染密度指数）＜5，余氯＜0.1 mg/L，满足深度处理要求。

3. 降低运行成本：减少化学清洗频率，提升产水效率。

二、预处理关键技术模块及原理

1. 多介质过滤

原理：利用不同粒径的石英砂、无烟煤等滤料形成梯度过滤层，通过机械截留和吸附作用去除≥20μm的颗粒物。

设计要点：滤料层高度通常≥800mm，过滤速度8-10 m/h，需定期反洗（气水联合反洗效率更高）。

应用场景：适用于地表水、水库水等高浊度水源。

2. 活性炭吸附

原理：活性炭的微孔结构（比表面积500-1500㎡/g）通过范德华力吸附有机物（如TOC）、余氯及异味物质。

关键参数：接触时间≥10分钟，碘值≥900 mg/g的椰壳炭效果更佳。

再生方式：热再生（高温蒸汽）或化学再生（NaOH溶液），但经济性较差，通常直接更换。

3. 软化处理

离子交换法：

采用Na型阳离子树脂（如001×7），通过离子交换反应（Ca²⁺ + 2R-Na → R₂-Ca + 2Na⁺）去除Ca²⁺、Mg²⁺，硬度可降至＜0.03 mmol/L。

再生周期根据原水硬度计算，通常每吨树脂消耗100-150kg NaCl。

阻垢剂投加：

适用于中低硬度水源，通过有机磷酸盐（如ATMP）或聚羧酸盐抑制CaCO₃、CaSO₄结晶，投加量2-5 mg/L。

4. 精密过滤

滤芯类型：熔喷聚丙烯滤芯（1-5μm）：成本低，一次性使用。

烧结钛棒滤芯（0.5-1μm）：耐酸碱，可反复清洗。

作用：终端保安过滤，确保进入RO膜的水质无颗粒泄漏。

5. 氧化与杀菌

次氯酸钠投加：

控制微生物滋生，典型投加量0.5-2 mg/L（需保证接触时间＞30分钟）。

UV紫外线：

254nm波长破坏DNA结构，剂量≥30 mJ/cm²时可灭活99.9%细菌。

还原剂处理：

亚硫酸氢钠（投加量1.5-3倍余氯浓度）用于去除残余氧化剂，保护RO膜。

三、特殊水质预处理方案

1. 高铁锰水源：

曝气+锰砂过滤（MnO₂催化氧化Fe²⁺/Mn²⁺形成不溶物）。

2. 高COD废水：

混凝沉淀（PAC+PAM）+臭氧催化氧化（TiO₂负载催化剂）。

3. 海水淡化：

两级过滤（砂滤+超滤）+ 在线酸洗（pH调至6.5-7.0防CaCO₃结垢）。

四、系统控制与维护

自动化设计：

采用PLC控制多路阀，实现多介质过滤器自动反洗（压差＞0.5bar触发）。

在线监测SDI、ORP（氧化还原电位）及浊度，数据上传至中控系统。

通过科学的预处理工艺组合，可显著提升纯水设备的综合效能。实际设计中需结合原水水质报告（如ICP-MS元素分析、TOC检测数据）进行模块化选型，并定期开展性能评估（如膜通量衰减率测试），才能实现稳定高效的纯水制备。