港口海水淡化工藝研究

港口海水淡化工藝研究

國(guó)家走道政策的推動(dòng)為促進(jìn)許多外國(guó)港口工程的發(fā)展提供了機(jī)會(huì)。其中許多項(xiàng)目位于低發(fā)達(dá)國(guó)家地區(qū)。市政供水設(shè)施不完善，無(wú)法提供可靠的水源。港口項(xiàng)目建在海邊，海水淡化是解決生活和生產(chǎn)用水問(wèn)題的唯一可靠方法。海水淡化是指通過(guò)一定方法將海水脫鹽生產(chǎn)淡水的技術(shù)，海水淡化工業(yè)化至今已有50多年歷史，當(dāng)前世界上海水淡化技術(shù)中較為成熟且廣泛采用的規(guī)?；a(chǎn)海水淡化技術(shù)主要包括低溫多效蒸餾法（LT-MED）、多級(jí)閃蒸法（MSF）、反滲透法（SWRO)3種方式，其主要優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示海水淡化工程研究主要針對(duì)經(jīng)濟(jì)性分析角度，是一個(gè)能耗過(guò)程，產(chǎn)水能耗是衡量海水淡化工藝經(jīng)濟(jì)合理性選擇的重要指標(biāo)，因此，將3種工藝能耗進(jìn)行對(duì)比，如表2所示與其他兩種技術(shù)相比，反滲透海水淡化技術(shù)無(wú)相變過(guò)程、無(wú)需消耗蒸汽、制水能耗較低，同時(shí)，出水水質(zhì)可滿足一般生活用水要求，設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，具有能耗較低、占地面積少、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、設(shè)備裝置易集成等特點(diǎn)，特別適合港區(qū)項(xiàng)目中中小型海水淡化設(shè)施建設(shè)需求。因此，推薦反滲透法作為港區(qū)工程項(xiàng)目海水淡化設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。反滲透海水淡化方法主要是將預(yù)處理的海水通過(guò)高壓泵加壓，使給水側(cè)壓力高于滲透壓強(qiáng)，從而使原水中的水分子滲透到膜的另一側(cè)，除去水中無(wú)機(jī)鹽等成分，在低壓端獲得淡水，屬于物理脫鹽方法，主要特點(diǎn)為在海水淡化過(guò)程中溶質(zhì)與溶劑分離不發(fā)生相變。我國(guó)早在1965年就對(duì)海水淡化反滲透技術(shù)展開研究，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，反滲透海水淡化膜性能的研究已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)海水淡化年增長(zhǎng)率超過(guò)8%，相關(guān)工程規(guī)模增長(zhǎng)主要來(lái)自于新建萬(wàn)t以上級(jí)別的大型工程。根據(jù)《2019年全國(guó)海水利用報(bào)告》，截至2019年底，我國(guó)現(xiàn)有萬(wàn)t級(jí)及以上海水淡化工程共37個(gè)，工程規(guī)模為140.3848萬(wàn)t/d，占全國(guó)海水淡化總規(guī)模的89.20%。從淡化工藝選擇來(lái)看，大型海水淡化工程主要以反滲透海水淡化技術(shù)為主，約占海水淡化總工程規(guī)模的3.6%1關(guān)于日本落葉松的滲透設(shè)計(jì)1.1海水取水泵房根據(jù)取水量、水文條件和工程地質(zhì)構(gòu)造等因素，海水取水常采用引水渠取水、海岸式取水、深海取水和陸域滲透取水等取水方式。對(duì)于港區(qū)開發(fā)同時(shí)配套建設(shè)碼頭工程，且港區(qū)用水取水量相對(duì)較小的特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)造價(jià)考慮，工程設(shè)計(jì)推薦將海水取水泵房建設(shè)于碼頭面上，取水泵選用長(zhǎng)軸深井泵，既建造方便節(jié)省造價(jià)，還可以利用碼頭區(qū)域較好的水文條件，抽取較為清潔的海水。取水泵房選址應(yīng)盡量根據(jù)水文條件和碼頭建設(shè)情況，選在碼頭上水位處，避免船舶工作停靠對(duì)水環(huán)境的影響。1.2淡化設(shè)備運(yùn)行成本反滲透海水淡化是濃鹽水經(jīng)過(guò)高壓，水分子由高濃度側(cè)透過(guò)選擇性滲透膜達(dá)到淡水側(cè)，無(wú)機(jī)鹽成分被截留下來(lái)的技術(shù)。然而，海水中除鹽類外，還有懸浮物、泥沙、微生物和細(xì)菌等雜質(zhì)，在海水淡化過(guò)程中，上述雜質(zhì)會(huì)在膜表面進(jìn)行沉積甚至繁殖和侵蝕，造成滲透膜污染和堵塞，使膜滲透通量減小，膜壓差増大，滲透膜清洗頻率增加，使用壽命減小，淡化設(shè)備運(yùn)行成本大幅提高。為了滲透膜長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，需對(duì)海水原水采用一級(jí)處理，常用的工藝為混凝沉淀和混凝澄清過(guò)濾，其主要目的是降低海水中懸浮物濃度和渾濁度，使一級(jí)處理后海水出水渾濁度≤15NTU，懸浮物濃度≤20mg/L。不同區(qū)域海水的泥沙、渾濁度和微生物含量不同，水質(zhì)差別較大，為此，需結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)條件選擇適宜的一級(jí)處理工藝，以降低后續(xù)二級(jí)處理工藝負(fù)荷，提高反滲透膜組的使用壽命。根據(jù)多項(xiàng)目的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合工程海水水質(zhì)分析，本文對(duì)港區(qū)小規(guī)模的海水淡化一級(jí)工藝，推薦以下組合模式。1）海水渾濁度較高，渾濁度≥100NTU，推薦采用澄清池和無(wú)閥濾池組合處理工藝。2）海水渾濁度適中，15NTU≤渾濁度<100NTU，推薦采用豎流式沉淀池或者斜管沉淀池。3）海水渾濁度較低，渾濁度<15NTU，建議可不進(jìn)行一級(jí)處理，直接在二級(jí)處理前投加殺菌除藻劑和絮凝劑即可。1.3級(jí)處理工藝二級(jí)處理主要采用過(guò)濾方法，二級(jí)處理目的是進(jìn)一步降低海水的渾濁度和懸浮物，同時(shí)為反滲透膜做最后的保護(hù)屏障，二級(jí)處理工藝含海水提升泵、多介質(zhì)過(guò)濾器、保安濾器和阻垢劑、殺菌劑投加設(shè)備等。1.4反滲透+膜組法海水反滲透淡化裝置主要包括高壓泵、反滲透膜組和能量回收裝置。經(jīng)過(guò)初步處理后的海水，再經(jīng)過(guò)滲透膜組處理后，濃鹽水仍然具有很高的壓力，如果不能將這部分濃海水中的能量加以回收利用，將造成極大的能量浪費(fèi)，海水淡化經(jīng)濟(jì)性也會(huì)大大降低。為此，可在濃鹽水的排放管路上安裝相應(yīng)能量回收裝置，用于回收濃海水中的能量，以有效降低單位產(chǎn)水綜合能耗。2多哈港區(qū)陸域占地面積本項(xiàng)目位于吉布提多哈雷港，港口位于吉布提國(guó)首都吉布提市多哈雷區(qū)，扼紅海入印度洋的要沖，工程碼頭長(zhǎng)度為1200m，港區(qū)陸域占地面積為1.75×102.1海水淡化站的規(guī)模確定本工程最大日生活用水量為110m2.2海水淡化站處理工藝選擇本工程位于紅海區(qū)域，海水鹽度達(dá)4.0%，海水渾濁度較低，因此，根據(jù)水質(zhì)條件，海水淡化站未采用一級(jí)預(yù)處理工藝，但為確保對(duì)滲透膜組的保護(hù)作用，二級(jí)處理工藝中選取了活性炭吸附過(guò)濾工藝，以保護(hù)后續(xù)處理中滲透膜工作效率，具體海水淡化工藝流程如圖1所示。2.3海水過(guò)濾工程(1）海水取水泵系統(tǒng)經(jīng)過(guò)選址分析，在港區(qū)碼頭東北角設(shè)置取水泵房1座，泵房?jī)?nèi)設(shè)置海水取水泵2臺(tái)（1用1備），取水泵采用長(zhǎng)軸深井泵，水泵采用雙相不銹鋼材質(zhì)。以海水淡化設(shè)備產(chǎn)水率為40%進(jìn)行估算，海水工作流量為25m(2）動(dòng)投加裝置根據(jù)海水取水水質(zhì)情況，本工程未設(shè)置一級(jí)預(yù)處理構(gòu)筑物，但設(shè)置了殺菌滅藻劑和絮凝劑的自動(dòng)投加裝置。殺菌滅藻劑采用二氧化氯，投加量為2～3mg/L；混凝劑采用三氯化鐵，投加量為15～60mg/L；兩者投加量可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整，投加設(shè)備分別將滅藻劑和混凝劑投加于海水箱入水管道上。海水箱采用玻璃鋼FRP材質(zhì)，有效容積為50m(3）反滲透濃縮系統(tǒng)海水二級(jí)處理包含海水加壓泵、多介質(zhì)過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器、保安濾器和阻垢劑投加設(shè)備等。加壓泵采用離心泵2臺(tái)（1用1備），水泵參數(shù)為Q=25m采用碳鋼結(jié)構(gòu)的柱形容器多介質(zhì)過(guò)濾器1臺(tái)，內(nèi)襯橡膠，設(shè)計(jì)能力為25m采用碳鋼結(jié)構(gòu)的柱形容器活性炭過(guò)濾器1臺(tái)，內(nèi)襯橡膠，每臺(tái)設(shè)計(jì)能力為25m1#反沖洗水泵1臺(tái)，Q=90m保安濾器2臺(tái)，串聯(lián)運(yùn)行，采用玻璃鋼FRP材質(zhì)的柱形容器，設(shè)計(jì)能力為25m還原劑和阻垢劑自動(dòng)投加設(shè)備各1套。為了對(duì)原水中氧化型殺菌劑所剩余的殘余游離氯等氧化性物質(zhì)進(jìn)行還原，使其不具備氧化能力，避免強(qiáng)氧化性使反滲透膜受到氧化降解破壞，投加亞硫酸氫鈉，投加量為3mg/L。為防止難溶性無(wú)機(jī)鹽類在反滲透海水淡化過(guò)程中出現(xiàn)沉淀結(jié)垢，投加硫酸作為阻垢劑，投加量為3mg/L。(4）能量回收系統(tǒng)反滲透系統(tǒng)由高壓給水系統(tǒng)（高壓泵、能量回收裝置）、反滲透膜組及沖洗系統(tǒng)組成，本工程能量回收裝置采用轉(zhuǎn)子式壓力交換器，能量回收效率可達(dá)90%～95%沖洗系統(tǒng)1套，采用1m(5）污泥和濃鹽水排放活性炭過(guò)濾器和多介質(zhì)過(guò)濾器進(jìn)行反沖洗時(shí)均會(huì)產(chǎn)生一定的污泥，將其與濃鹽水儲(chǔ)存于污泥池，污泥池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，污泥池內(nèi)設(shè)潛污泵1臺(tái)，潛污泵根據(jù)污泥池液位自動(dòng)啟停，將濃鹽水和污泥通過(guò)壓力管道排入海域。(6）設(shè)備和配件材質(zhì)海水具有較強(qiáng)腐蝕性，本工程埋地管材采用HDPE管，海水淡化間各設(shè)備之間管材采用SCH40UPVC給水管，閥門及各類配件選用不銹鋼SS316L材質(zhì)，離心泵采用SS316L材質(zhì)，取水長(zhǎng)軸深井泵采用雙相不銹鋼DSS材質(zhì)，滿足使用要求。3swro系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用(1)SWRO工藝設(shè)備較為成熟，具備簡(jiǎn)單、能耗低、占地面積少、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易集成等特點(diǎn)，非常適合港區(qū)工程中小型海水淡化設(shè)施需求，推薦反滲透海水淡化法作為港區(qū)海水淡化設(shè)計(jì)的應(yīng)用方向。(2)SWRO對(duì)進(jìn)水原水水質(zhì)要求較高，為了減少泥沙、懸浮物、微生物和細(xì)菌等對(duì)反滲透膜組的影響