1.項目概況
隨著近幾年工業和城市的迅速發展，工業廢水、城市生活污水和煤礦礦坑水的大量排放，使流經城市的行洪河道變成了排污河道，山西某地區地下水總硬度、硫酸鹽等指標逐年遞增，現已超出國家飲用水標準，百姓的飲用水安全和健康受到很大影響。為改變這一狀況，當地市委、市政府決定啟動城市飲用水水質改善工程，徹底解決困擾該地區多年的百姓用水問題。
工程按未來日產水量25萬m3，日處理10萬m3軟水的規模設計，實施分期分階段進行。土建部分按日處理10萬m3軟水的規模一次建成。設備部分分期分階段實施：一期一階段設備按日處理3.5萬m3軟水的規模建設。根據原水總硬度和硫酸鹽逐漸上升的趨勢，一期二階段預計于10年后實施，其規模按日處理1.5萬m3軟水考慮，屆時日處理軟水規模為5萬m3。
工程采用低壓納濾膜凈水工藝，對部分原水采用納濾凈化，并將一級納濾的濃水再次經膜處理降低硬度，排放10%左右的濃鹽水，用凈化后納濾產水與過濾后的原水進行混合，從而降低水中總硬度和硫酸鹽含量。
一期一階段的設計指標值為：總硬度指標由以往的490mg/L降至355mg/L左右，比國家生活飲用水衛生標準的限值450mg/L低95mg/L左右，硫酸鹽指標由以往的284mg/L降至205mg/L左右，比國家生活飲用水衛生標準的限值250mg/L低45mg/L左右。
2016年7月1日該工程進入試運行，2016年10月27日正式投入運行。日可生產軟水3.5萬m3，經檢測：軟水總硬度為15mg/L左右、硫酸鹽為9mg/L左右；混合后的水質總硬度為330mg/L左右、硫酸鹽為190mg/L左右，兩項水質檢驗指標均優于設計標準。
2.水處理系統工藝
地下水→原水池→自清洗過濾器→(加阻垢劑/一對多加藥方式）保安過濾器→納濾系統（納濾停機沖洗用原水，電導率1100μs/cm左右）→用水點
濃水池→（加阻垢劑/一對多加藥方式、加鹽酸）→保安過濾器→濃水納濾系統（納濾停機沖洗用一級納濾濃水，電導率3300μs/cm左右）→用水點
一級納濾裝置：6×210m3/h，膜排列兩段：32：16，7芯裝，300psi，運行回收率：75%；
濃水納濾裝置：2×105m3/h，膜排列一段：24，7芯裝，300psi，運行回收率：50%。
3.現場試驗
設備運行初期，根據PWT公司的運行建議，通過開啟阻垢劑加藥計量泵，然后觀察每臺納濾系統入口阻垢劑加藥點的加藥情況，結果系統存在偏流現象，如下圖：
圖一：單臺阻垢劑計量泵對應3組納濾系統
圖二：阻垢劑偏流現象嚴重
4.納濾運行情況及問題分析
4.1 納濾的運行參數分析
當初設計方認為此種加藥方式可以保證每套系統藥劑都能夠均勻的進行投加，所以加藥系統未進行改動。且濃水納濾停機沖洗采用的是一級納濾濃水也未變動。當納濾系統投運幾個月后，2#、3#納濾系統產水電導率逐漸上升，濃水納濾系統產水電導率明顯上升，化學清洗后又能恢復，運行數據如下（見表1）：
4.2 檢查納濾濃水端蓋
打開產水電導率較高的6#納濾系統膜殼出口端蓋查看（2017年2月22日），其內部有大量的白色結垢物，如下圖：
圖三：納濾出口端止推環表面附著白色物質
圖四：膜殼內壁結垢，滴加鹽酸不反應
4.3 污染物實驗分析
經過實驗分析，此類污染物為硫酸鹽垢，其不與鹽酸發生反應。工程公司只能對濃水端的納濾膜元件進行了更換，隨后納濾繼續和以前一樣的運行方式運行。
4.4 改造加藥點后的情況
2016年10月至2017年2月期間，經PWT公司多次建議工程公司改造阻垢劑加藥點，即將阻垢劑加藥點設在進水主管道上，并建議濃水納濾停機時，用一級納濾產水沖洗系統，但工程公司并未采納。直到納濾系統出現結垢以后，工程公司才改造了阻垢劑加藥點（2017年3月），將阻垢劑加藥點設在了主管道上，且濃水納濾系統停機時，利用納濾清洗水箱采用納濾產水對濃水納濾系統進行沖洗，置換出系統中的濃水。
阻垢劑加藥點及運行方式更改之后，至今納濾系統二段膜元件從未出現結垢現象。雖然后期曾經有一個月（2017年4月底至5月），工程公司仍認為一根阻垢劑加藥管道可以分多支管道對應幾臺納濾系統，分流均勻不會結垢。但實驗再一次失敗，將一級納濾系統阻垢劑加藥方式更改為原來的方式后，再次出現了納濾系統的結垢現象（期間濃水納濾系統加藥方式繼續保持母管式加藥、且停機沖洗用的仍然是一級納濾產水，未曾出現結垢現象）。通過PWT公司的多次建議下，2017年6月，工程公司又對加藥系統進行了恢復，（將一對多的加藥方式恢復至母管式加藥），且更換了部分結垢嚴重的膜元件。納濾系統投運至今，二段從未出現過結垢現象。
5.改造過程中納濾參數的變化情況
5.1 加藥點改造后納濾的運行參數
以6#納濾系統為例，2月底工程公司對阻垢劑加藥點進行了改造，改成了母管式加藥，觀察納濾的實際運行情況（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，阻垢劑通過改為母管式加藥后2個月內，納濾的運行數據非常穩定。
5.2 加藥點恢復到改造前納濾的運行參數
由于工程公司相關負責人需要調整加藥的方式，2017年4月底將改造完后的加藥方式又恢復到原有阻垢劑加藥方式（即從母管式加藥改為一對多式投加）（表3）
由上表可以看出，隨著納濾運行時間的延長，在進水電導率比較穩定的情況下，6#納濾產水電導率又逐漸上升（短時間內從90.6μs/cm上升到了111.6μs/cm），二段壓差逐漸上升（從1.84Bar上升到2.2Bar），濃水流量逐漸下降，二段膜元件很快就出現了結垢現象。因程序設定額定了產水量，所以納濾回收率逐漸被動升高，加速了膜元件結垢的速度。由于本地區水質本身硬度較大，一旦阻垢劑加藥系統存在問題，結垢在很短時間內就會出現。
5.3 再次改造后納濾的運行參數
由于恢復到原有加藥方式后造成了嚴重的結垢現象，在PWT公司的多次建議下，2017年6月初，工程公司對阻垢劑加藥方式又恢復到母管式加藥，并更換了部分膜元件。下表為6#納濾系統的運行數據：（2017年10月至2019年5月）
由上表可以看出，阻垢劑通過改為母管式加藥后的一年半時間里，膜元件在長時間的運行中，自身性能略有衰減，納濾系統的產水電導稍有上升，但二段壓差基本保持平穩，運行數據總體比較穩定。
6.總結
（1）阻垢劑的投加：一對（分）多支加藥管道
由于阻垢劑加藥計量泵流量很小，藥劑流量不易控制，所以從一支加藥母管分出多支管道后存在藥劑嚴重的偏流現象，不能保證每臺納濾/反滲透中阻垢劑足夠的投加量。由于阻垢劑加藥量不足，極易造成膜系統的結垢現象，最終造成設備的產水水質變差、產水量減少、設備損壞和資源的浪費。
（2）阻垢劑的投加：母管式加藥
通過管道混合器將藥劑和水充分混合后，再將水分流至多組膜系統中，能夠實現阻垢劑混合均勻后到達每組膜系統中，滿足設備的正常運行。
（3）納濾/反滲透系統停機沖洗方式（用高含鹽量水）
用含鹽量較高的水對停運后的納濾/反滲透進行沖洗時，由于沖洗過程中會形成產水，所以沖洗期間來水會出現濃縮的現象，膜元件濃水側的含鹽量會變得更高，當水中離子（包括易結垢離子）達到飽和狀態時會以固體形式析出，污堵膜元件，且時間越長，膜元件污堵越嚴重。
（4）納濾/反滲透系統停機沖洗（用低含鹽量水）
用含鹽量較低的水（納濾/反滲透產水）對停運后的納濾/反滲透進行沖洗時，即使沖洗過程中來水出現濃縮，但水中的離子（包括易結垢離子）數量是極少的，不易形成固體析出。所以納濾/反滲透停機所取用的水源盡量取低含鹽量水，當納濾/反滲透給水電導＜500μs/cm時，停機沖洗可以選用。最好選用納濾/反滲透的產水或除鹽水對停機的系統進行沖洗，達到置換掉膜表面的濃水，防止無機鹽析出的目的。
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