TUF软化系统由化学加药预处理系统及TUF管式膜过滤系统两个部分组成。

预处理系统

系统由化学加药系统和两级级反应池组成，在两个反应槽内，根据工艺需要添加相应的化学药剂，并对反应的pH值进行 控制，通过充分的机械搅拌使得药剂和进水完全混合发生反应，经过两级反应后的含沉淀物的水溢流进入到管式膜的浓缩池。同时两级反应池均配套有机械搅拌装置，避免沉淀物沉入池底。

预处理化学加药软化的反应机理：

1) 软化去除钙、镁：

溶解的钙、镁（硬度成分）与石灰、纯碱反应生成碳酸钙、氢氧化镁沉淀:

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

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

这里 “s”表示发生反应生成了不溶物，即悬浮固体。

以上反应式中的石灰起到提供氢氧根的作用，但是会带入钙离子，这些带入的钙离子和水中已有的钙离子都需要碳酸氢根与之反应形成沉淀，而水中现有的碳酸氢根多数情况下其当量浓度高于现有钙离子浓度，却又不足以在投加石灰的情况下沉淀所有的钙离子，这就是为什么需要同时投加纯碱的缘故。在传统沉淀分离的软化工艺中，由于固液分离效果相对不可靠，石灰投加的另一重要目的是目的在于充当混凝剂，起到增加污泥量、促进沉淀的作用。但是在管式膜进行固液分离的软化工艺中则不同：由于管式膜高效可靠的固液分离界面，以及通过排泥可随意控制的污泥浓度，使得石灰投加不再必需，也就是说液碱（偶尔水中碱度不足以沉淀自身钙离子的情况下辅助投加纯碱）软化的加药方式成为了另一种选择。

后面对于石灰和液碱软化的各自特点有较为详细的描述。

2) 软化除硅:

SiO2 + Mg(OH)2(s) --> Mg(HSiO3)2(s)

这里的反应比较复杂，可以理解为水中二氧化硅被软化反应所生成的氢氧化镁沉淀物所吸附，或者说发生了共沉淀反应，通过管式膜的高效固液分离，二氧化硅同时被除去。而在传统沉淀工艺中，限于固液分离的效果，二氧化硅很少能被同时除去。

部分资料显示，根据初始和 终硅的含量，为了有效的携带二氧化硅共沉淀，所需要的Mg离子浓度（mg/l）大约需要是二氧化硅浓度（mg/l）的2.5倍。不同的技术文献有不同的比例数值，相信和很多其他影响因素有关，因此实际情况应根据烧杯实验确定才 可靠。在水中现有的镁离子不足以携带二氧化硅沉淀的情况下，就需要人工投加镁盐来促进除硅效果。可供选择的镁盐有氧化镁和氯化镁，前者一般廉价易得，但是不易操作，且反应较慢，需要一定温度；后者则相对价格较高，但是因其易溶于水制成溶液，因此操作方便，反应迅速。

3) 除氟、钡、锶

以上三类都是常见于自然水体，同时对反渗透等除盐浓缩设备有结垢风险的成分。在软化反应的pH条件下，这三者都会同时形成各自的不溶物（氟化钙、硫酸钡、硫酸锶等），并随后被管式超滤膜有效截留除去。

预处理化学加药类型的选择：

（1） 使用石灰还是液碱？

石灰辅以纯碱或液碱辅以纯碱均可作为此类水源除硬的反应用药剂，反应的目的都在于将水中的钙、镁离子生成各自的不溶物然后用管式膜除去，同时钡、锶、二氧化硅等也同样除去。石灰相比于液碱来讲比较廉价，但其问题是会带进更多的钙离子，需要等当量的碳酸根将其沉淀，如果水中已有的碳酸氢根+碳酸根浓度不足以将石灰带来的钙离子沉淀，则须另外投加纯碱，而纯碱的药剂费用则相当高。液碱投加的话，则无须担心带入钙离子，可是需要考虑的是另外一个问题：如果水中已有的碳酸氢根+碳酸根相对其钙离子浓度过高的话，会出现碱度的剩余，这会导致后续pH回调时（为了后续处理的稳定运行，pH回调到偏中性是必须的）会消耗过多的酸。

所以综合分析，在大多数的水质条件下（碳酸氢根+碳酸根浓度略大于钙离子浓度），采用石灰+液碱的复合碱性药剂是更为合适的，其优点有三个：

l 无需投加费用很高的纯碱；

l 除去钙硬度的同时， 大程度上消耗水中的碳酸氢根+碳酸根离子，不但减少后续pH回调时的酸消耗量，而且可改善RO产水的电导率（二氧化碳会更少）；

l 适度的增加污泥量，而不是像石灰工艺那样大量增加；

当然，对于一些异常的水质（极低或极高的碱度成分）条件下，须根据实际情况来选择合适的药剂。例如有一些特别的高硬度水像脱硫废水，几乎不含有碱度，此时 佳加药方式自然是只投加液碱，而不适合用石灰；另外有一些极高碱度的水源，此时也许即便全部的氢氧根都来自石灰，也不至于将水中的碳酸氢根+碳酸根消耗完毕，这种情况下投加液碱就没有意义了。

（2） 是否需要投加镁盐？

镁盐（氯化镁或氧化镁）的投加目的在于以吸附作用和化学反应作用与水中的二氧化硅形成共沉淀物，多数情况下的自然水体经等量浓缩之后，水中的镁离子是足以沉淀二氧化硅的，但某些条件下可能需要补充镁盐以便除硅，注意补充镁盐的同时，需要添加等当量的碱（石灰或液碱）与这些镁盐反应。

比较典型的须补充镁盐的例子是主系统（除盐水站）的预处理阶段采用了离子交换软化或石灰软化法+沉淀池的工艺，这两种情况下，镁离子浓度都有所降低，然而二氧化硅则并未除去，导致处理后的水中含有的镁离子不再足以沉淀自身的二氧化硅，需要额外投加。

TUF膜过滤系统

TUF系统由浓缩水池、超滤膜和其他配套设备组成。

浓缩水池可接收不断被超滤膜浓缩的污水，保持污泥浓度达到 佳状态。

管式超滤膜的结构是膜被浇铸在多孔材料管的内部。含被过滤物质（固体）的水流透过膜后，再透过多孔支撑材料，进入产水侧（水被净化）。被膜截留的固体颗粒在水流的推动下，不会停留在膜的表面，而是在膜表面起到一定的冲刷作用，避免污染物在膜表面停留。

错流式超滤作为过滤是为了达到非常好的出水水质代替传统的沉降或澄清工艺。超滤利用微孔的膜把废水中的沉淀物分离出来。它不需要沉淀物粒径足够大和比重足够大，所以当把物质从溶解状态转化为不溶状态后，它是一种更有效的分离方法。

与普通的中空纤维超滤不同，TUF超滤膜可以承受很高的污泥浓度2~5%，和很高的pH值，在pH为14的条件下也能正常稳定的工作。

1. TUF系统简介

（1） 废水直接进入调节池后再进入超滤系统。在 个反应池里，通常加入共沉剂。在多数情况下，共沉剂是一些形式的铁或钙。废水再进入第二个反应池，利用NaOH或石灰将PH调高。对于软化水处理系统， 个反应池添加熟石灰或碱加氯化钙，第二个反应池则添加碳酸钠或镁盐。来自第二个反应池的出水靠重力流到超滤的浓缩池里。这就开始了固体分离。来自浓缩池的水被泵提升到超滤膜组件。

（2） 利用错流过滤技术，废水中的污泥被高速打到膜管中间，然后回到浓水罐。澄清水或渗透水透过膜后进到 终PH调节系统。每通过膜一次，污泥就浓缩一点。为了阻止快速的堵塞或污堵膜要用气和干净的产水反洗。从而迫使膜孔内或膜表面的堵塞物回到污泥流里。

（3） 在浓缩池里安装了一套液位计来控制超滤供给泵的启和停。这个罐子的目的是保证被打到膜组件的水固体浓度在2-5%之间，固体的脱水是自动或手动的. 浓缩池的固体被用一个气动隔膜泵打到污泥浓缩池或压滤机。气动隔膜泵的周期和频率是自动控制的。有时，运行人员需要从浓水罐里取样做一个简单的沉降测试。这个测试的结果可能有时导致气动隔膜泵的现场调节。此外，作为简单的操作模式，也可不设气动隔膜泵，而是由运行人员间歇地开启浓缩槽底部排水阀，将多余的浓缩液排放；

（4） 产水流量连续监测。如果运行人员观察到流量低到预定值时，那么膜就需要化学清洗了。根据膜组件的排列布置，可以对全部或部分膜进行清洗。 每清洗一次需要几个小时完成。在清洗操作时，运行人员需要手动开关阀门。酸性清洗液用来清洗无机污垢，NaClO用来去除有机物。在重新投入运行前，需要用新鲜水冲洗膜。化学清洗罐和新鲜水罐以及循环泵是就地清洗系统的主要部分。

（5） 膜组件的产水在重力流的情况下流到 终PH调节系统。

（6） 管式 超滤膜系统包括固定架、反洗装置、循环泵、就地清洗系统、清洗罐、气动隔膜泵、电力控制、仪表、浓水罐和PLC控制。这个系统配齐了运行的所有管道、线缆和设备。

2. TUF工艺的技术优势

1) 不需沉淀和预过滤，可直接进行过滤实现固体颗粒和液体的分离，水中污染物不需要沉淀就能有效去除。

2) 可在高pH条件下持续运行（pH大于10），因此更能保证有效去除钙镁硅沉淀，和锶、钡等有结垢倾向的离子成分。

3) 如有必要，可通过压滤机实现彻底的固液分离，固体微粒可回收利用，可将固体废弃物资源化。

4) 回收率接近100%（考虑配置压滤机的情况下）。

5) 化学清洗药品仅仅需要常规的无机酸、碱和氧化剂，没有废水排放限制。

6) 采用管式大流量错流过滤，水流切向高速流过膜表面，在过滤的同时还有冲刷清洁膜表面的作用，污染物不易累积，膜面不易污染。

7) 适合过滤高浊度（50g/L）和污染物粒径相近的料液。

8) 采用坚固的管式结构，和烧结法成膜，从原理上杜绝了断丝泄漏现象的发生。

9) 0.1um的 过滤孔径，产水浊度<1NTU，可以有效的保护反渗透。

10) 丰富的使用经验，从上世纪70年代就开始被应用

11) 管式超滤膜专门针对废水处理设计，具有出色的耐化学性和耐磨擦性。

3. TUF水槽及pH回调

TUF产水基本无压，自留到PH回调槽，在此槽内添加酸将pH回调到大约7.5-8.0；同时，在PH回调槽内添加适量的NaHSO3以便除去水中残留的余氯，以免影响后续的反渗透正常运行。