海水淡化混凝預處理運行優(yōu)化

晏玥

摘 要：本文通過研究混凝劑加藥量、水的pH值、水溫、流速等因素對海水淡化預處理影響，得出了網(wǎng)格絮凝池的最佳運行參數(shù)，并通過優(yōu)化網(wǎng)格絮凝池的運行方式，使得網(wǎng)格絮凝池的出水滿足系統(tǒng)設計要求。

關鍵詞：預處理、混凝劑、網(wǎng)格絮凝池

1.引言

海水淡化預處理的目的是去除海水中存在的顆粒、細菌、膠體、微生物等雜質(zhì)，以保證后續(xù)海水淡化設備的安全運行。三門核電二期工程海水淡化系統(tǒng)于2015年投入使用，其中海水淡化預處理采用混凝沉淀+濾砂工藝。海水淡化系統(tǒng)海水取自三門灣，海水泥沙含量大，且泥沙為粒徑小、粘性差的黏土質(zhì)粉砂，導致海水淡化的預處理難度較大。海水淡化預處理設計的進水濁度范圍為0-400NTU。實際運行過程中發(fā)現(xiàn)：季節(jié)、天氣、漲落潮等因素均可能導致海水的濁度變化，且其變化范圍大體為：300-1500NTU。海水淡化系統(tǒng)取水口處未設計取水池進行海水初沉淀，導致海水直接進入網(wǎng)格絮凝池，使得進水水質(zhì)波動變化較大。海水進水按照混凝劑的設計投加量15ppm無法滿足出水濁度小于5NTU的要求。為提高對海水中濁度、膠體、有機物的去除效果，優(yōu)化海水淡化預處理的運行，通過試驗確定海淡預處理的最佳運行參數(shù)，提高海水淡化預處理的出水水質(zhì)。

2.網(wǎng)格絮凝池情況

海水淡化預處理部分設置三組網(wǎng)格絮凝池和三組濾池，每組設計水量500m3/h。網(wǎng)格絮凝池分為小孔網(wǎng)格絮凝區(qū)和斜板沉淀區(qū)，其中小孔網(wǎng)格絮凝區(qū)采用小孔眼網(wǎng)板，絮凝時間為15min。斜板沉淀區(qū)采用小間距斜板，斜板長1.0m，厚1mm，間距25mm，斜板水平傾角為60o，斜板沉淀區(qū)上升流速為2.1mm/s。在海水進入網(wǎng)格絮凝池前投加次氯酸鈉和氯化鐵，并使用靜態(tài)管式混合器進行藥液的攪渾。在網(wǎng)格絮凝池進水端根據(jù)需要加聚丙烯酰胺（PAM）作為助凝劑，使得海水經(jīng)過混凝沉淀后出水濁度小于等于5NTU。

3.試驗情況

混凝劑投入海水中后，藥劑的擴散、水解，以及膠體的脫穩(wěn)、聚集等階段與混凝劑加藥量、海水pH值、海水水溫、海水流速等均有關系。介于此，分析不同混凝劑加藥量、不同海水水溫、不同海水pH值、不同海水流速下的混凝效果，以找到網(wǎng)格絮凝池的最佳運行方式。

3.1.混凝劑投加量影響

混凝劑的用量對海水預處理混凝效果有重要影響，特別是對低濁度水和中等濁度水的混凝效果。主要是因為低濁度水的顆粒間距大，顆粒間碰撞機會少，分子的吸附架橋難度增加，絮凝效果較差。中等濁度水在混凝劑加藥量不當時，會使得已經(jīng)脫穩(wěn)的膠體出現(xiàn)“再穩(wěn)定”現(xiàn)象，以至于更難將膠體去除。[1]所以混凝劑的投加量需要根據(jù)海水水質(zhì)來確定。

三門灣海水水質(zhì)變化較大，進水濁度在200-2000NTU范圍內(nèi)波動。對海水進口濁度分別為198NTU、509NTU、639NTU、858NTU、1200NTU、1500NTU進行不同劑量混凝劑和助凝劑投加量試驗。試驗發(fā)現(xiàn)：1）當濁度大于500NTU時，混凝劑投加量為25ppm時，混凝效果最佳;2）增大混凝劑投加量后，混凝效果變差，出水水質(zhì)變差;3）當海水濁度低于500NTU時，需要提高混凝劑投加量為30ppm;4）對于低濁度海水和中高濁度海水，投加助凝劑（1-2ppm）均能大幅度提高絮凝效果，使得出水水質(zhì)變好，出水濁度明顯降低。

3.2.海水水溫影響

水溫對混凝效果的影響主要反映在低溫對混凝效果的影響較大。主要原因是混凝劑的水解反應是吸熱反應。低溫情況下，混凝劑的水解程度低，影響膠體的脫穩(wěn)，導致混凝效果較差。同時，低溫情況下，顆粒的布朗運動減慢，動能降低，水的黏度較大，不利于顆粒的碰撞和絮凝體的長大。所形成的絮凝物結構疏松，含水量多，顆粒小。[2]故而，海水水溫不同時混凝情況差異明顯。

海水淡化預處理設計上有兩個取水通道，正常情況下從虹吸井進行取水，而當夏季虹吸井溫度過高或機組停運檢修時從循泵的旋轉濾網(wǎng)后進行取水。對三門灣海域近5年水溫進行監(jiān)測可知，系統(tǒng)進水溫度最低為14℃，此時從虹吸井進行取水;最高為26℃左右，此時從循泵的旋轉濾網(wǎng)后取水。對于低溫情況下的絮凝情況，通過試驗可知：1）低溫情況下（溫度低于17℃）時，僅通過添加混凝劑，絮凝效果較差，必須添加助凝劑進行絮凝;2）在低溫情況下，對于中高濁度的海水，混凝劑的投加量最優(yōu)為25ppm，同時需要投加助凝劑（1-2ppm）。

3.3.海水pH值影響

海水pH值對混凝效果的影響主要是pH對混凝劑的影響。因為混凝劑在不同pH值下的水解程度不同，導致其在水中的形式不同，使得混凝效果不同。海域中海水pH值較為穩(wěn)定，在不添加任何藥劑的情況下，基本處于7.9-8.1之間。對于混凝劑（氯化鐵）而言，其對于pH的適應范圍為4-12，較優(yōu)的pH值范圍為6-10。為找到氯化鐵作為混凝劑時的最優(yōu)pH條件，故對不同pH條件下的混凝效果進行試驗。試驗可知：1）當pH處于8.0-8.1之間，混凝劑處于最優(yōu)工作狀態(tài)，使得絮凝效果最好;2）當pH繼續(xù)升高，絮凝效果變差。

3.4.海水流速影響

海水預處理過程中，礬花的成長過程中，會隨著絮凝時間的延長絮凝效果增強。故而，若降低海水的流速以增加絮凝時間，理論上可以提高絮凝效果，使得出水濁度降低。

4.系統(tǒng)優(yōu)化

對海水進水pH值、進水水溫、混凝劑投加量等進行綜合考慮（由于系統(tǒng)設計上未設計氫氧化鈉投加點，故此處優(yōu)化不考慮調(diào)整進水pH），對網(wǎng)格絮凝池的運行方式進行如下優(yōu)化：

?降低網(wǎng)格絮凝池出力：網(wǎng)格絮凝池由設計上的2用1備改為3套降1/3負荷運行，單套進水流量為330m3/h。

?混凝劑加藥量控制：正常運行時控制混凝劑加藥量在20-25ppm，在進水濁度大幅度降低時，增加混凝劑加藥量為30ppm。

?助凝劑投加：冬季低溫運行期間、低濁水以及惡劣天氣運行期間（如臺風天氣），輔助投加助凝劑（1-2ppm）以增加絮凝效果。

通過優(yōu)化網(wǎng)格絮凝池的運行方式，網(wǎng)格絮凝池的出水濁度能達到設計要求，滿足系統(tǒng)設計要求。

5.結論

通過對網(wǎng)格絮凝池混凝劑加藥量、海水水溫、海水流速等因素對網(wǎng)格絮凝池處理能力的研究，得出了網(wǎng)格絮凝池的最佳運行參數(shù)，通過優(yōu)化網(wǎng)格絮凝池的運行方式，使得網(wǎng)格絮凝池的出水滿足系統(tǒng)設計要求。

參考文獻：

[1]周柏青，陳志和.熱力發(fā)電廠水處理.上冊，4版[M].中國電力出版社，2009，38-39

[2]聶鑫，國華滄東電廠海水淡化預處理工藝改進