委內(nèi)瑞拉某海水淡化項(xiàng)目預(yù)處理工藝的選擇

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 311122）

委內(nèi)瑞拉位于南美洲北部，北臨加勒比海和大西洋，海岸線長達(dá)2 813 km。海水、石油、礦產(chǎn)資源非常豐富，淡水資源卻極度匱乏，“水比油貴”的局面一直困擾著當(dāng)?shù)卣：Ｋ鳛榻鉀Q水資源短缺的主要手段，已經(jīng)為40多個(gè)國家解決了飲用水問題[1]。因地制宜，海水淡化是解決委內(nèi)瑞拉淡水資源短缺的有效途徑。

海水淡化主流技術(shù)有蒸餾法和反滲透膜法[2]。蒸餾法主要分為多效蒸餾、多級閃蒸和壓氣蒸餾。膜法海水淡化主要有電滲析法和反滲透膜法。反滲透膜法投資少、占地省、能耗相對較低，因此作為一種典型的方法在全世界廣泛應(yīng)用，反滲透膜法約占全球海水淡化工程的60%[3]。膜法海水淡化預(yù)處理技術(shù)是保證膜法海水淡化裝置穩(wěn)定、可靠、長期運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。本文以委內(nèi)瑞拉某海水淡化工程為例，對膜法海淡的預(yù)處理進(jìn)行了比較與選擇，優(yōu)選出最佳的預(yù)處理方案，為膜法海水淡化系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行提供必要條件，為同類型的海水淡化項(xiàng)目提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 影響預(yù)處理工藝選擇的主要因素

1.1 反滲透裝置進(jìn)水指標(biāo)要求

膜法海水淡化的關(guān)鍵是反滲透膜，其原理是在高于溶液滲透壓的作用下，依據(jù)其他物質(zhì)過半透膜而將這些物質(zhì)和水分離開來。RO膜孔徑非常?。▋H為0.000 1 μm左右），因此能夠有效去除水中的溶液鹽類、膠體、有機(jī)物、微生物等。RO膜的壽命一般只有5年，這是造成海水淡化處理成本較高的一個(gè)主要原因。

引起RO膜壽命降低的主要因素有三個(gè)方面。一是進(jìn)水的溫度、壓力、pH值、余氯含量等參數(shù)的劣化，引起RO膜的水解及氧化；二是進(jìn)水的懸浮物、有機(jī)物、膠體和可溶性高分子聚集在膜表面，使膜表面受到污染；三是進(jìn)水的微生物和細(xì)菌、微生物和及細(xì)菌的殘?bào)w還會(huì)以固體形式析出，降低膜的性能。

預(yù)處理的目的就是去除進(jìn)水的懸浮物、有機(jī)物、膠體、可溶性高分子、微生物、細(xì)菌及某些有害物質(zhì)（如鈣、錳、鐵、氧化物等），使其達(dá)到反滲透進(jìn)水水質(zhì)要求，如表1所示。

表1 反滲透進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

1.2 水水質(zhì)及處理量

委內(nèi)瑞拉某海水淡化項(xiàng)目規(guī)模為10 000 m3/d，取水水源水質(zhì)較好，具體海水水質(zhì)如表2所示。

表2 海水水質(zhì)指標(biāo)

1.3 海水取水工藝

海水取水的難點(diǎn)在于海水取水位置的潮位差、風(fēng)浪、海水氯離子的腐蝕性及取水口微生物、細(xì)菌和貝類的生長。典型的海水取水工藝有表層海水取水、海灘水井取水、海床過濾取水和海灘水平暗渠取水[4]。各取水工藝的優(yōu)缺點(diǎn)如表3所示。

表3 海水取水工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

委內(nèi)瑞拉某海水淡化項(xiàng)目取水海灘平緩、潮位差小、水質(zhì)較好，經(jīng)過取水方案比選和環(huán)境評價(jià)后，選擇采用表層海水取水工藝，在取水海灘修建兩條明渠引水至海水取水池，然后經(jīng)泵提升至海水淡化車間。在海水取水頭部投加次氯酸鈉殺菌劑，防止海水取水口及取水渠藻類和貝類的滋生，降解有機(jī)物并殺菌。

2 一級預(yù)處理工藝比選

2.1 氣浮和混凝沉淀的比選

氣浮原理是指溶氣系統(tǒng)在水中產(chǎn)生大量的微細(xì)氣泡，以微小氣泡作為載體，黏附水中的懸浮物顆粒，造成密度小于水的狀態(tài)，利用浮力原理使其浮在水面，從而實(shí)現(xiàn)固-液分離[5]。氣浮具有預(yù)曝氣、脫色、降低COD的作用，對低濁含藻水及含油廢水來說，氣浮處理效率高，出水水質(zhì)好，占地面積小。但是，氣浮池建造成本較高，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)較高，對一些高密度且體積較大的顆粒（如砂礫等）去除效果很低甚至沒有。

混凝沉淀法分為凝聚和絮凝兩個(gè)階段。凝聚是指通過添加混凝劑等電解質(zhì)，在水體中形成膠團(tuán)，與水體中的膠體物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)相互吸附在一起，凝結(jié)成團(tuán)。絮凝是指通過添加助凝劑，將凝聚階段生成的膠團(tuán)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^大絮狀顆粒的過程，使得其密度比水大從而產(chǎn)生沉降[6]?；炷恋聿坏梢匀コ辛綖?0-3～10-6的懸浮物，而且能夠去除油分、色度、氮磷等富營養(yǎng)物質(zhì)、微生物以及重金屬等?；炷恋砭哂袠?gòu)造簡單、管理方便等優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)委內(nèi)瑞拉某海水淡化項(xiàng)目水質(zhì)，油及COD值都比較小，通過氣浮與混凝沉淀法的比選，本工程選用混凝沉淀法。

2.2 V型濾池和無閥濾池的比選

過濾是預(yù)處理工藝中去除濁度的最后也是最重要的環(huán)節(jié)，根據(jù)過濾水流流向、濾料材質(zhì)及其級配、閥門的配置、配水系統(tǒng)的形式及反沖洗方法的不同，主要分為無閥濾池、普通快濾池、V型濾池以及翻板濾池等。海淡預(yù)處理過濾采用較多的是無閥濾池和V型濾池。

無閥濾池進(jìn)、出水采用虹吸原理，用虹吸管替代閥門，不需要另外設(shè)置反洗設(shè)備，易操作，造價(jià)低。但是，反洗強(qiáng)度不易控制，影響濾料砂層的沖洗效果，出水水質(zhì)不穩(wěn)定，反洗的耗水量也較大（占產(chǎn)水量的3.8%）。

V型濾池采用V型槽配水，另外配置氣水反洗設(shè)備。反沖洗時(shí)進(jìn)行表面掃洗，可進(jìn)行水反洗、氣水反洗、氣反洗等，沖洗效果好且穩(wěn)定，沖洗水量低，運(yùn)行自動(dòng)化程度高，管理方便。

委內(nèi)瑞拉某海水淡化項(xiàng)目為市政供水項(xiàng)目，對出水水質(zhì)要求高，且水廠建設(shè)規(guī)模較大，選用V型濾池作為一級預(yù)處理的過濾設(shè)備。

3 二級預(yù)處理工藝比選

海水二級預(yù)處理的目的是進(jìn)一步去除海水中雜質(zhì)，使出水水質(zhì)達(dá)到反滲透裝置的進(jìn)水要求。二級預(yù)處理工藝主要有超濾和多介質(zhì)濾器。

超濾基本上是按分子量大小進(jìn)行分離的壓力驅(qū)動(dòng)膜過程，超濾膜的孔徑在1～100 nm，能夠有效截留水中大于該孔徑的懸浮物、微生物、膠體、有機(jī)物甚至是氨氮成分，出水濁度低，一般能保證產(chǎn)水SVI＜3。超濾可采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，占地少，美觀；超濾膜裝置總體高度不高，對廠房層高要求低；自身重量輕，對土建基礎(chǔ)要求??；超濾膜元件的外殼一般為塑料材質(zhì)，防腐性能好。但超濾膜本身存在被污染的風(fēng)險(xiǎn)，膜污染導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性變差、膜孔堵塞等問題，膜組件需要定期進(jìn)行維護(hù)清洗，運(yùn)行幾年后也需要進(jìn)行更換，投資及運(yùn)行費(fèi)用較高。

多介質(zhì)濾器內(nèi)填充不同級配的石英砂、無煙煤濾料。過濾過程是水通過濾料，水中膠體、絮體、藻類等顆粒在不同級配濾料層被截留，發(fā)生重疊和架橋過程，形成一層附加的濾膜，從而使過濾后的水質(zhì)提高，同時(shí)過濾器進(jìn)出口壓差逐漸增大。當(dāng)壓差達(dá)一定值時(shí)，濾料需氣水反洗、水正洗，恢復(fù)濾器的原工況狀態(tài)。多介質(zhì)濾器造價(jià)較低，運(yùn)行費(fèi)用低，出水水質(zhì)較好，能滿足反滲透進(jìn)水水質(zhì)要求；多介質(zhì)濾器的濾料為石英砂和無煙煤，使用壽命較長。但是，多介質(zhì)濾器一般為鋼制結(jié)構(gòu)，內(nèi)部需要做襯膠防腐，外部做涂漆防腐，設(shè)備高，重量大，對土建基礎(chǔ)要求較高。

結(jié)合近幾年來反滲透二級預(yù)處理選用超濾和多介質(zhì)濾器的實(shí)際運(yùn)行狀況，尤其是海水淡化中的實(shí)際過程，超濾的預(yù)處理效果均不理想，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高。而采用多介質(zhì)濾器作為海水淡化二級預(yù)處理，實(shí)際運(yùn)行表現(xiàn)良好，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。

綜上所述，本工程選用多介質(zhì)過濾器作為海水淡化的二級預(yù)處理工藝。

4 結(jié)論

經(jīng)過綜合對比，結(jié)合各預(yù)處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn)、委內(nèi)瑞拉某海水淡化項(xiàng)目海水水質(zhì)、占地面積、取水工藝及類似的海水淡化項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，選用混凝沉淀池+V型濾池+多介質(zhì)濾器的預(yù)處理工藝，以保證反滲透裝置的進(jìn)水水質(zhì)符合要求，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。