由于超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）膜絕大多數都是由高分子材料制成，其對進(jìn)水水質(zhì)有比較嚴格的要求，合理的預處理是保障系統正常運行和降低運行成本的關(guān)鍵環(huán)節。一旦預處理系統出現問(wèn)題，污染物可能會(huì )在膜表面堆積，給膜系統帶來(lái)不可逆轉的危害。
微生物造成很難逆轉的污染
細菌、真菌和藻類(lèi)進(jìn)入膜系統后，會(huì )粘附在膜表面時(shí)生長(cháng)繁殖，微生物及其代謝產(chǎn)物可能使膜孔完全堵塞，甚至使中空纖維內腔完全堵塞，對無(wú)論是超濾膜，還是納濾和反滲透膜都會(huì )造成不可逆轉的污染。
水處理工程中通常加入次氯酸難（NaClO）、臭氧（O3）等氧化劑，也可以配合紫外殺菌。這些措施只是防止微生物滋生，但并不能從水中去除微生物，殺滅不徹底的微生物還會(huì )復活。尤其是芽孢，由于耐受一定的殺菌劑，成為膜生物污染的潛在威脅。
適當的預處理不僅能夠提高殺菌劑的效果，比如介質(zhì)過(guò)濾，同時(shí)也可以濾除一部分微生物甚至芽孢，降低膜的微生物污染。
渾濁度降低產(chǎn)水率
當水中含有懸浮物、膠體、微生物和其他雜質(zhì)時(shí)，都會(huì )使水產(chǎn)生一定程度的混濁。由于濁度是測量被水中顆粒物反射的光線(xiàn)強度得來(lái)的，所以原水的顏色、不透明性、顆粒的大小、數量和形狀均影響測量結果。因此，濁度與懸浮物的關(guān)系是隨機的。對于較小的微粒，濁度并不能反映。
在膜法處理中，用濁度來(lái)反映渾濁度明顯是不精確的，實(shí)踐中使用SDI來(lái)預測顆粒物的污染傾向。
降低渾濁度傳統采用的方法是絮凝加介質(zhì)過(guò)濾器，由于介質(zhì)過(guò)濾器過(guò)濾效果受水質(zhì)波動(dòng)影響較大，近年來(lái)廣泛使用超濾或者微濾取代介質(zhì)過(guò)濾器作為膜法水處理工藝的預處理設備。
為了濾除細小的顆粒，一般需要向原水中添加一定量的絮凝劑來(lái)提高去除效率。在絮凝劑加入的同時(shí)，可加入助聚劑，如pH調節劑（石灰、碳酸鈉）、氧化劑（氯和漂白粉），加助聚劑（聚丙稀酰胺）等，提高混凝效果。
溶解性有機物的去除
溶解性有機物用絮凝沉降、多介質(zhì)過(guò)濾以及超濾均無(wú)法徹底去除。目前多采用氧化法或者吸咐法。
（1） 氧化法利用氯或次氯酸鈉（NaClO）進(jìn)行氧化，對除去溶解性有機物效果比較好，另外臭氧（O3）和高錳酸鉀（KMnO4）也是比較好的氧化劑，但成本略高。
（2） 吸附法利用活性炭或大孔吸附樹(shù)脂可以有效除去溶解性有機物。但對于難以吸附的醇、酚等仍需采用氧化法處理。
（3） 電化學(xué)氧化法是利用水及溶解物質(zhì)在電解條件下的氧化還原反應，產(chǎn)生氧化性的物質(zhì)來(lái)去除有機物。也可以配合傳統的吸附工藝聯(lián)合處理。
供水水質(zhì)調整
供水溫度的調整 ：膜的透水性能與溫度高低有直接的關(guān)系，膜組件標定的透水速率一般是用純水在25℃條件下測試的，膜的透水速率與溫度成正比。因此當供水溫度較低時(shí)（如＜5℃），可采用某種升溫措施，使其在較高溫度下運行，以提高工作效率。但當溫度過(guò)高時(shí)，同樣對膜不利，會(huì )導致膜性能的變化，對此，可采用冷卻措施，降低供水溫度。
供水PH值的調整：用不同材料制成的膜對pH值的適應范圍不同，例如醋酸纖維素適合pH=4～6，PAN和PVDF等膜，可在pH=2～12的范圍內使用，如果進(jìn)水超過(guò)使用范圍，需要加以調整，目前常用的PH調節劑主要有酸（HCl 和H2SO4）等和堿（NaOH等）。
結垢的防治
結垢是難溶性鹽類(lèi)的結晶析出，以固體形式的沉積物。
在反滲透和納濾系統中析出的垢主要是無(wú)機成分，以碳酸鈣為主。在天然的水源中存有的主要難溶性鹽類(lèi)主要有：碳酸鈣（CaCO3）、硫酸鋇（BaSO4）、硫酸鈣（CaSO4）、氟化鈣（CaF2）、硫酸鍶（SrSO4）和二氧化硅（SiO2）。一般來(lái)說(shuō)，鹽的溶解度受各種在水中成分的濃度、pH 值、溫度以及共存的其它鹽分濃度影響，難溶鹽的溶解度通常用溶度積（Ksp）來(lái)表示，溶度積越小溶解度就越低。同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。
碳酸鈣穩定傾向可以用LSI（當TDS < 4 000 mg/L 時(shí)）或SDSI（當TDS > 4 000 mg/L 時(shí)）進(jìn)行估算。
回收率
反滲透以及納濾系統的回收率和原水中總溶解物質(zhì)的濃縮倍率有直接關(guān)系，回收率50%的系統，濃縮倍數是2倍；回收率75%時(shí)，濃縮4倍；回收率80%時(shí)，則濃縮5倍；回收率達到90%時(shí)，相當于濃縮10倍。
膜系統內由于濃差極化現象的存在，膜表面附近的料液含鹽量會(huì )變得很高，其濃縮程度遠大于這個(gè)濃縮倍數。因此，原水由于被濃縮，膜表面的污染會(huì )比想象中發(fā)生的更快。系統的運行條件、原水的特性狀態(tài)等因素會(huì )影響回收率，一旦選擇過(guò)高的回收率，就會(huì )面臨結垢的形成和急速的污染的風(fēng)險。
因此，按照實(shí)際情況適當的設定回收率就顯得尤為重要�；谠乃|(zhì)分析數據結合把握其四季變動(dòng)范圍，考慮前處理和產(chǎn)水的回收率、運行溫度等相關(guān)的膜系統設計方式，設定運行條件。
絮凝
絮凝是向水中加入絮凝劑，中和膠體粒子表面的電荷，使得膠體粒子間的排斥力變弱，最終導致微粒子之間變的更容易聚集。絮凝通過(guò)以下三個(gè)方式起作用：（1）膠體間的引力和反作用力；（2）粒子和粒子的接觸、碰撞；（3）化學(xué)作用（金屬氫氧化物的溶解度）。多數常用絮凝劑（表4.4 所示）與水中的堿性成分反應，生成金屬氫氧化物。然而如果加入絮凝劑的量過(guò)多，會(huì )導致生成的氫氧化物析出并對膜元件造成污染。
絮凝劑的種類(lèi)以及添加1mg/L引起的水質(zhì)變化
| 化學(xué)藥劑名 | 分子量 | 有效pH 值范圍 | 氫氧化物的量，mg/L |
| 硫酸鋁 Al 2 (SO 4 ) 3 ・18H 2 O，（8% as Al 2 O 3 ） | 666 | 6.0 – 8.5 | 0.234 |
| 三氯化鐵FeCl 3 ・6H 2 O，（38% as FeCl 3 ） | 207.5 | 3.5 – 11.0 | 0.250 |
| 硫酸鐵 Fe 2 (SO 4 ) 3 ，（11% as Fe 3+ ） | 400 | 4.0 – 11.0 | 0.532 |
| 聚合氯化鋁[Al 2 (OH)n・Cl6-n] m，（n = 5） | 174.5×m | 6.0 – 8.5 | 0.894 |
影響絮凝的因素，除了絮凝劑的注入量以外，還有pH 值、攪拌條件、共存離子以及水溫等。在實(shí)際設計中，必須預先對這些絮凝條件進(jìn)行預測。
介質(zhì)過(guò)濾
按照過(guò)濾的速度可分為慢速過(guò)濾和快速過(guò)濾兩個(gè)大類(lèi)。介質(zhì)過(guò)濾可以有效的去除給水中的懸浮物，降低濁度和SDI 值。僅靠絮凝、砂濾無(wú)法把原水中的粒子有效捕捉時(shí)，還可以配合使用絮凝沉淀和氣浮組合。但是，添加過(guò)濾輔助藥劑或者絮凝劑，有可能會(huì )導致反滲透和納濾膜污染。因此需要做小型實(shí)驗，以確認藥劑的添加是否對反滲透和納濾系統有影響。
在選擇濾速時(shí)，依據原水水質(zhì)的不同可以有所變化。通常對于地下水水源，由于水中的膠體、懸浮物含量較少，可以選擇較高的濾速；對于污染較嚴重的地表水，濾速的設定一定不能太高，以免對反滲透和納濾系統造成嚴重污染（通過(guò)多年的實(shí)際經(jīng)驗，對于受污染的地表水，過(guò)濾速度應盡量小于8 米/小時(shí)，有條件的可以接近6 米/ 小時(shí)，最高也不要超過(guò)10 米/小時(shí)）。
介質(zhì)過(guò)濾的特征
| 過(guò)濾的種類(lèi) | 慢速過(guò)濾 | 快速過(guò)濾 |
| 過(guò)濾速度 | 約5米/天 | 4 – 10 米/小時(shí) |
| 過(guò)濾材料的層高 | 約0.7 – 1.0 米 | 約0.6 – 0.9 米 |
| 有效過(guò)濾直徑 | 0.30 – 0.45 毫米 | 0.45 – 0.70 毫米 |
| 均等系數 | < 2.0 | < 1.7 |
| 過(guò)濾層的再生 | 阻力增加時(shí)，將表層取出進(jìn)行清洗 | 反洗 |
| 目的 | 去除細小的難溶物質(zhì) | 適合去處于粒徑為0.1 – 50 微米的顆粒物 |
活性炭
活性炭可以用來(lái)吸附溶解性有機物以及游離氯和臭氧等氧化劑，用活性炭作為反滲透和納濾膜系統的預處理已經(jīng)被廣泛使用。通常被采用的活性炭有兩種類(lèi)型：顆�；钚蕴亢头勰┗钚蕴�。
| 活性炭 的種類(lèi) | 顆粒 活性炭 | 粉末 活性炭 |
| 使用方法 | 和介質(zhì)過(guò)濾一樣 | 添加到攪拌槽中與水混合 |
| 使用中的特點(diǎn) | 可以再生，可長(cháng)期連續運行 | 一次性投加不能再生，可隨時(shí)改變加藥量和品牌 |
| 經(jīng)濟上的特點(diǎn) | 設備投入較大 | 設備簡(jiǎn)單，但須對廢炭進(jìn)行處理，長(cháng)期連續運行成本較大 |
微濾和超濾
微濾（MF）和超濾（UF）是近幾年才大規模應用的反滲透和納濾預處理工藝。同絮凝、沉淀以及砂濾比較，其過(guò)濾的水質(zhì)穩定、設備管理比較簡(jiǎn)單，也不會(huì )產(chǎn)生過(guò)濾殘渣或絮凝污泥等廢棄物。
作為預處理，微濾和超濾膜的使用可以完全去除不溶解的物質(zhì)，降低顆粒物的污染風(fēng)險，使得反滲透的設計水通量可以適當增加約10 – 20%。在選擇微濾和超濾作為預處理時(shí)，一定要嚴格控制藥劑的投加量、嚴格按照微濾和超濾制造商提供的設計參數設計，雖然微濾和超濾系統自動(dòng)化程度高、運行操作簡(jiǎn)單，但也同樣要做好維護工作，確保系統穩定的運行。
保安過(guò)濾器
通過(guò)預處理的水在進(jìn)入反滲透和納濾系統之前通常會(huì )設置5 μm 左右的保安過(guò)濾器，這是為了防止管路和中間水箱帶入污染物。需要注意的是保安過(guò)濾器可能會(huì )成為微生物污染的發(fā)生源，保安過(guò)濾器同樣需要定期清洗和殺菌。有廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務(wù)平臺咨詢(xún)具備類(lèi)似污水處理經(jīng)驗的企業(yè)。
除鐵和除錳
在有的井水中含有還原態(tài)的Fe2+和Mn2+。這種水在氧化后或者當水中的氫氧根超過(guò)5 mg/L 時(shí)，Fe2+會(huì )轉變?yōu)镕e3 ，生成膠體的氫氧化物。
4 Fe（HCO3）2 + O2 + H2O → 4 Fe（OH）3 + 8 CO2
鐵比錳更容易造成反滲透和納濾膜的污染。用反滲透系統來(lái)處理這樣的水時(shí)，重要的是不要接觸空氣。在進(jìn)入反滲透裝置前對原水進(jìn)行氧化，然后使用過(guò)濾器脫除，也可以防止鐵和錳帶來(lái)的污染。
膜劣化的防止
膜的劣化，主要是受物理或化學(xué)作用發(fā)生不可逆的細微構造或分子構造變化，導致膜性能下降的現象。
物理劣化：已知物理劣化的顯著(zhù)事例是從水泵發(fā)出的超聲波會(huì )造成膜破損（脫鹽率下降），超過(guò)允許的壓力或超過(guò)上限溫度（45℃）的運行，也都會(huì )造成膜劣化導致水通量下降。
化學(xué)劣化：是指反滲透和納濾膜受氧化劑影響，芳香聚酰胺的聚合鏈被切斷，或者因過(guò)量酸、堿等藥劑清洗，導致膜分離性能的衰減。
醋酸纖維素反滲透膜會(huì )受到來(lái)自細菌分解影響導致高分子聚合鏈斷裂，進(jìn)而導致脫鹽率下降。
反滲透進(jìn)水的水質(zhì)允許值檢查表
| 導致膜污染的指標 | 允許值 | 解決方法 | ||||||
| 懸浮物等 | 濁度 | < 1 NTU | 過(guò)濾，絮凝沉淀，微濾，超濾 | |||||
| SDI 15 | < 5.0 | N/A | ||||||
| 顆粒物 | < 100個(gè)/ml | 過(guò)濾，絮凝沉淀，微濾，超濾 | ||||||
| 微生物 | < 1個(gè)/ml | 殺菌，微濾，超濾 | ||||||
| 金屬氧化物 | 鐵，Fe 3+ | < 50μg/L | 氧化+沉淀或過(guò)濾 | |||||
| 錳，Mn | < 50μg/L | 使用分散劑 | ||||||
| 結垢物質(zhì) | CaCO 3 | LSI<0 | 回收率，pH值，阻垢劑 | |||||
| CaSO 4 | < 230% | 回收率，阻垢劑 | ||||||
| BaSO 4 | < 6 000% | 回收率，阻垢劑 | ||||||
| SrSO 4 | < 800% | 回收率，阻垢劑 | ||||||
| CaF 2 | 濃水< 1.7 mg/L | 回收率 | ||||||
| Ca 3 (PO 4 ) 2 | 濃水側濃度不能超過(guò)溶解度 | 回收率 | ||||||
| SiO 2 | < 100 % | 回收率 | ||||||
| 有機物3 | 油 | 0 | 氣浮、吸附 | |||||
| TOC | < 10 mg/L | 活性炭 ，過(guò)濾，吸附樹(shù)脂 | ||||||
| COD | < 10 mg/L | 活性炭 ，過(guò)濾，吸附樹(shù)脂 | ||||||
| BOD | < 5 mg/L | 活性炭 ，過(guò)濾，吸附樹(shù)脂 | ||||||
| 導致膜劣化的指標 | 允許值 | 去除方法 | ||||||
| pH值4 | 3 – 10 | 加入酸或堿調節 | ||||||
| 溫度 | 5 – 45℃ | 換熱器 | ||||||
| 氧化劑 | 余氯 | < 0.1 mg/L | 還原劑， 活性炭 吸附 | |||||
| 臭氧 | 0 | |||||||
| 其他 | 0 | |||||||
| 表面活性劑 | 選擇陽(yáng)離子或兩性表面活性劑時(shí)要注意 | |||||||
| 酒精 | < 10% | N/A | ||||||
