膜阻垢剂的添加方式对装置运行的影响
膜阻垢剂的添加方式对装置运行的影响
wb216hp920
有内涵的环保攻城师
1.项目概况
随着近几年工业和城市的迅速发展，工业废水、城市生活污水和煤矿矿坑水的大量排放，使流经城市的行洪河道变成了排污河道，山西某地区地下水总硬度、硫酸盐等指标逐年递增，现已超出国家饮用水标准，百姓的饮用水安全和健康受到很大影响。为改变这一状况，当地市委、市政府决定启动城市饮用水水质改善工程，彻底解决困扰该地区多年的百姓用水问题。
工程按未来日产水量25万m³，日处理10万m³软水的规模设计，实施分期分阶段进行。土建部分按日处理10万m³软水的规模一次建成。设备部分分期分阶段实施：一期一阶段设备按日处理3.5万m³软水的规模建设。根据原水总硬度和硫酸盐逐渐上升的趋势，一期二阶段预计于10年后实施，其规模按日处理1.5万m³软水考虑，届时日处理软水规模为5万m³。
工程采用低压纳滤膜净水工艺，对部分原水采用纳滤净化，并将一级纳滤的浓水再次经膜处理降低硬度，排放10%左右的浓盐水，用净化后纳滤产水与过滤后的原水进行混合，从而降低水中总硬度和硫酸盐含量。
一期一阶段的设计指标值为：总硬度指标由以往的490mg/L降至355mg/L左右，比国家生活饮用水卫生标准的限值450mg/L低95mg/L左右，硫酸盐指标由以往的284mg/L降至205mg/L左右，比国家生活饮用水卫生标准的限值250mg/L低45mg/L左右。
2016年7月1日该工程进入试运行，2016年10月27日正式投入运行。日可生产软水3.5万m³，经检测：软水总硬度为15mg/L左右、硫酸盐为9mg/L左右；混合后的水质总硬度为330mg/L左右、硫酸盐为190mg/L左右，两项水质检验指标均优于设计标准。
2.水处理系统工艺
地下水→原水池→自清洗过滤器→(加阻垢剂/一对多加药方式）保安过滤器→纳滤系统（纳滤停机冲洗用原水，电导率1100μs/cm左右）→用水点
浓水池→（加阻垢剂/一对多加药方式、加盐酸）→保安过滤器→浓水纳滤系统（纳滤停机冲洗用一级纳滤浓水，电导率3300μs/cm左右）→用水点
一级纳滤装置：6×210m³/h，膜排列两段：32：16，7芯装，300psi，运行回收率：75%；
浓水纳滤装置：2×105m³/h，膜排列一段：24，7芯装，300psi，运行回收率：50%。
3.现场试验
设备运行初期，根据PWT公司的运行建议，通过开启阻垢剂加药计量泵，然后观察每台纳滤系统入口阻垢剂加药点的加药情况，结果系统存在偏流现象，如下图：
图一：单台阻垢剂计量泵对应3组纳滤系统
图二：阻垢剂偏流现象严重
4.纳滤运行情况及问题分析
4.1 纳滤的运行参数分析
当初设计方认为此种加药方式可以保证每套系统药剂都能够均匀的进行投加，所以加药系统未进行改动。且浓水纳滤停机冲洗采用的是一级纳滤浓水也未变动。当纳滤系统投运几个月后，2#、3#纳滤系统产水电导率逐渐上升，浓水纳滤系统产水电导率明显上升，化学清洗后又能恢复，运行数据如下（见表1）：
4.2 检查纳滤浓水端盖
打开产水电导率较高的6#纳滤系统膜壳出口端盖查看（2017年2月22日），其内部有大量的白色结垢物，如下图：
图三：纳滤出口端止推环表面附着白色物质
图四：膜壳内壁结垢，滴加盐酸不反应
4.3 污染物实验分析
经过实验分析，此类污染物为硫酸盐垢，其不与盐酸发生反应。工程公司只能对浓水端的纳滤膜元件进行了更换，随后纳滤继续和以前一样的运行方式运行。
4.4 改造加药点后的情况
2016年10月至2017年2月期间，经PWT公司多次建议工程公司改造阻垢剂加药点，即将阻垢剂加药点设在进水主管道上，并建议浓水纳滤停机时，用一级纳滤产水冲洗系统，但工程公司并未采纳。直到纳滤系统出现结垢以后，工程公司才改造了阻垢剂加药点（2017年3月），将阻垢剂加药点设在了主管道上，且浓水纳滤系统停机时，利用纳滤清洗水箱采用纳滤产水对浓水纳滤系统进行冲洗，置换出系统中的浓水。
阻垢剂加药点及运行方式更改之后，至今纳滤系统二段膜元件从未出现结垢现象。虽然后期曾经有一个月（2017年4月底至5月），工程公司仍认为一根阻垢剂加药管道可以分多支管道对应几台纳滤系统，分流均匀不会结垢。但实验再一次失败，将一级纳滤系统阻垢剂加药方式更改为原来的方式后，再次出现了纳滤系统的结垢现象（期间浓水纳滤系统加药方式继续保持母管式加药、且停机冲洗用的仍然是一级纳滤产水，未曾出现结垢现象）。通过PWT公司的多次建议下，2017年6月，工程公司又对加药系统进行了恢复，（将一对多的加药方式恢复至母管式加药），且更换了部分结垢严重的膜元件。纳滤系统投运至今，二段从未出现过结垢现象。
5.改造过程中纳滤参数的变化情况
5.1 加药点改造后纳滤的运行参数
以6#纳滤系统为例，2月底工程公司对阻垢剂加药点进行了改造，改成了母管式加药，观察纳滤的实际运行情况（2017年2月21日至2017年4月19日)，如下表：（表2）
由上表可以看出，阻垢剂通过改为母管式加药后2个月内，纳滤的运行数据非常稳定。
5.2 加药点恢复到改造前纳滤的运行参数
由于工程公司相关负责人需要调整加药的方式，2017年4月底将改造完后的加药方式又恢复到原有阻垢剂加药方式（即从母管式加药改为一对多式投加）（表3），
由上表可以看出，随着纳滤运行时间的延长，在进水电导率比较稳定的情况下，6#纳滤产水电导率又逐渐上升（短时间内从90.6μs/cm上升到了111.6μs/cm），二段压差逐渐上升（从1.84Bar上升到2.2Bar），浓水流量逐渐下降，二段膜元件很快就出现了结垢现象。因程序设定额定了产水量，所以纳滤回收率逐渐被动升高，加速了膜元件结垢的速度。由于本地区水质本身硬度较大，一旦阻垢剂加药系统存在问题，结垢在很短时间内就会出现。
5.3 再次改造后纳滤的运行参数
由于恢复到原有加药方式后造成了严重的结垢现象，在PWT公司的多次建议下，2017年6月初，工程公司对阻垢剂加药方式又恢复到母管式加药，并更换了部分膜元件。下表为6#纳滤系统的运行数据：（2017年10月至2019年5月）
由上表可以看出，阻垢剂通过改为母管式加药后的一年半时间里，膜元件在长时间的运行中，自身性能略有衰减，纳滤系统的产水电导稍有上升，但二段压差基本保持平稳，运行数据总体比较稳定。
6.总结
（1）阻垢剂的投加：一对（分）多支加药管道
由于阻垢剂加药计量泵流量很小，药剂流量不易控制，所以从一支加药母管分出多支管道后存在药剂严重的偏流现象，不能保证每台纳滤/反渗透中阻垢剂足够的投加量。由于阻垢剂加药量不足，极易造成膜系统的结垢现象，最终造成设备的产水水质变差、产水量减少、设备损坏和资源的浪费。
（2）阻垢剂的投加：母管式加药
通过管道混合器将药剂和水充分混合后，再将水分流至多组膜系统中，能够实现阻垢剂混合均匀后到达每组膜系统中，满足设备的正常运行。
（3）纳滤/反渗透系统停机冲洗方式（用高含盐量水）
用含盐量较高的水对停运后的纳滤/反渗透进行冲洗时，由于冲洗过程中会形成产水，所以冲洗期间来水会出现浓缩的现象，膜元件浓水侧的含盐量会变得更高，当水中离子（包括易结垢离子）达到饱和状态时会以固体形式析出，污堵膜元件，且时间越长，膜元件污堵越严重。
（4）纳滤/反渗透系统停机冲洗（用低含盐量水）
用含盐量较低的水（纳滤/反渗透产水）对停运后的纳滤/反渗透进行冲洗时，即使冲洗过程中来水出现浓缩，但水中的离子（包括易结垢离子）数量是极少的，不易形成固体析出。所以纳滤/反渗透停机所取用的水源尽量取低含盐量水，当纳滤/反渗透给水电导＜500μs/cm时，停机冲洗可以选用。最好选用纳滤/反渗透的产水或除盐水对停机的系统进行冲洗，达到置换掉膜表面的浓水，防止无机盐析出的目的。