港口海水淡化工藝研究

港口海水淡化工藝研究

國家走道政策的推動為促進許多外國港口工程的發(fā)展提供了機會。其中許多項目位于低發(fā)達國家地區(qū)。市政供水設施不完善，無法提供可靠的水源。港口項目建在海邊，海水淡化是解決生活和生產(chǎn)用水問題的唯一可靠方法。海水淡化是指通過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）、多級閃蒸法（MSF）、反滲透法（SWRO)3種方式，其主要優(yōu)缺點如表1所示海水淡化工程研究主要針對經(jīng)濟性分析角度，是一個能耗過程，產(chǎn)水能耗是衡量海水淡化工藝經(jīng)濟合理性選擇的重要指標，因此，將3種工藝能耗進行對比，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)無相變過程、無需消耗蒸汽、制水能耗較低，同時，出水水質(zhì)可滿足一般生活用水要求，設備相對簡單，具有能耗較低、占地面積少、設計簡潔、設備裝置易集成等特點，特別適合港區(qū)項目中中小型海水淡化設施建設需求。因此，推薦反滲透法作為港區(qū)工程項目海水淡化設計的發(fā)展方向。反滲透海水淡化方法主要是將預處理的海水通過高壓泵加壓，使給水側(cè)壓力高于滲透壓強，從而使原水中的水分子滲透到膜的另一側(cè)，除去水中無機鹽等成分，在低壓端獲得淡水，屬于物理脫鹽方法，主要特點為在海水淡化過程中溶質(zhì)與溶劑分離不發(fā)生相變。我國早在1965年就對海水淡化反滲透技術(shù)展開研究，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，反滲透海水淡化膜性能的研究已經(jīng)取得了巨大的進步。近年來，國內(nèi)海水淡化年增長率超過8%，相關(guān)工程規(guī)模增長主要來自于新建萬t以上級別的大型工程。根據(jù)《2019年全國海水利用報告》，截至2019年底，我國現(xiàn)有萬t級及以上海水淡化工程共37個，工程規(guī)模為140.3848萬t/d，占全國海水淡化總規(guī)模的89.20%。從淡化工藝選擇來看，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計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。對于港區(qū)開發(fā)同時配套建設碼頭工程，且港區(qū)用水取水量相對較小的特點，從經(jīng)濟造價考慮，工程設計推薦將海水取水泵房建設于碼頭面上，取水泵選用長軸深井泵，既建造方便節(jié)省造價，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。取水泵房選址應盡量根據(jù)水文條件和碼頭建設情況，選在碼頭上水位處，避免船舶工作?？繉λh(huán)境的影響。1.2淡化設備運行成本反滲透海水淡化是濃鹽水經(jīng)過高壓，水分子由高濃度側(cè)透過選擇性滲透膜達到淡水側(cè)，無機鹽成分被截留下來的技術(shù)。然而，海水中除鹽類外，還有懸浮物、泥沙、微生物和細菌等雜質(zhì)，在海水淡化過程中，上述雜質(zhì)會在膜表面進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，淡化設備運行成本大幅提高。為了滲透膜長期穩(wěn)定的運行，需對海水原水采用一級處理，常用的工藝為混凝沉淀和混凝澄清過濾，其主要目的是降低海水中懸浮物濃度和渾濁度，使一級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?shù)氐乃|(zhì)條件選擇適宜的一級處理工藝，以降低后續(xù)二級處理工藝負荷，提高反滲透膜組的使用壽命。根據(jù)多項目的工程實踐經(jīng)驗，結(jié)合工程海水水質(zhì)分析，本文對港區(qū)小規(guī)模的海水淡化一級工藝，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，建議可不進行一級處理，直接在二級處理前投加殺菌除藻劑和絮凝劑即可。1.3級處理工藝二級處理主要采用過濾方法，二級處理目的是進一步降低海水的渾濁度和懸浮物，同時為反滲透膜做最后的保護屏障，二級處理工藝含海水提升泵、多介質(zhì)過濾器、保安濾器和阻垢劑、殺菌劑投加設備等。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)過初步處理后的海水，再經(jīng)過滲透膜組處理后，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，海水淡化經(jīng)濟性也會大大降低。為此，可在濃鹽水的排放管路上安裝相應能量回收裝置，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)陸域占地面積本項目位于吉布提多哈雷港，港口位于吉布提國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預處理工藝，但為確保對滲透膜組的保護作用，二級處理工藝中選取了活性炭吸附過濾工藝，以保護后續(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海水過濾工程(1）海水取水泵系統(tǒng)經(jīng)過選址分析，在港區(qū)碼頭東北角設置取水泵房1座，泵房內(nèi)設置海水取水泵2臺（1用1備），取水泵采用長軸深井泵，水泵采用雙相不銹鋼材質(zhì)。以海水淡化設備產(chǎn)水率為40%進行估算，海水工作流量為25m(2）動投加裝置根據(jù)海水取水水質(zhì)情況，本工程未設置一級預處理構(gòu)筑物，但設置了殺菌滅藻劑和絮凝劑的自動投加裝置。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)實際運行情況進行調(diào)整，投加設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)海水二級處理包含海水加壓泵、多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器、保安濾器和阻垢劑投加設備等。加壓泵采用離心泵2臺（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)過濾器1臺，內(nèi)襯橡膠，設計能力為25m采用碳鋼結(jié)構(gòu)的柱形容器活性炭過濾器1臺，內(nèi)襯橡膠，每臺設計能力為25m1#反沖洗水泵1臺，Q=90m保安濾器2臺，串聯(lián)運行，采用玻璃鋼FRP材質(zhì)的柱形容器，設計能力為25m還原劑和阻垢劑自動投加設備各1套。為了對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)進行還原，使其不具備氧化能力，避免強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。為防止難溶性無機鹽類在反滲透海水淡化過程中出現(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濾器和多介質(zhì)過濾器進行反沖洗時均會產(chǎn)生一定的污泥，將其與濃鹽水儲存于污泥池，污泥池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，污泥池內(nèi)設潛污泵1臺，潛污泵根據(jù)污泥池液位自動啟停，將濃鹽水和污泥通過壓力管道排入海域。(6）設備和配件材質(zhì)海水具有較強腐蝕性，本工程埋地管材采用HDPE管，海水淡化間各設備之間管材采用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)設計應用(1)SWRO工藝設備較為成熟，具備簡單、能耗低、占地面積少、設計簡單、易集成等特點，非常適合港區(qū)工程中小型海水淡化設施需求，推薦反滲透海水淡化法作為港區(qū)海水淡化設計的應用方向。(2)SWRO對進水原水水質(zhì)要求較高，為了減少泥沙、懸浮物、微生物和細菌等對反滲透膜組的影響