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摘要：海水淡化预处理技术是保证海水淡化装置稳定、可靠、长期运行的关键因素之一。本文即结合具体工程案例详细阐述了电厂海水预处理系统的设计与优化措施。
关键词：海水；预处理；淡化；SWRO
一、影响电厂海水预处理的因素
（一）原水水质
对海水进行预处理，首先要考虑原水水质的问题。其中需着重考虑其盐度、含沙量、有机物含量、污染程度等。
以我国黄海和渤海为例，黄海的含沙量是非常高，而渤海海水有机物含量等指标均较一般海水高，浊度、悬浮物等指标随天气、季节等因素的变化波动很大。
而且这两个海域的近海岸海水由于受到生活污水和工厂污水的污染，水质比大海深处和远处的海水水质相差很多。这都是在这两个海域进行海水预处理应重点考虑的问题。
（二）取水方式
1、海滩井取水
海滩井取水是在海岸线边上建设取水井，从井里取出经海床渗滤过的海水，作为海水淡化厂的原水。
优点：原水经过了天然海滩的过滤，可降低颗粒物的含量，使得海水的浊度低，水质好，并且水温变化幅度小。
缺点：要考虑水质含铁量过高的问题，并且容易发生低溶氧的状况。另外还受海滩水文与工程地质的限制，并且取水的初期投资也会较高。
2、深海取水
深海取水是通过管道或箱涵将35m 深处的海水引到泵房的取水方式。
优点：深海的海水较之浅海海水水质更好，水温更低，很适用于热法海水淡化，低温海水可以使淡化水出水温度更低，有利于后期的处理。
缺点：由于水温低，不能很好的满足常规水处理法的要求，需要进行预先加热。
3、浅海取水
浅海取水是在海面以下 1~6 m 处取水。
浅海取水具有初期投资少的优点，但浅海取水的缺点是十分明显的，这个水域的海水水质很差，这种有机物和微生物的含量也很高，并且污染严重，无疑大大增加了预处理的成本。
（三）可能的污染
海水预处理也要考虑海水可能存在的污染问题，例如船舶海上事故，海洋石油开发意外泄漏造成海洋污染，那么在选择预处理系统时必须考虑所采用的预处理系统能否承受水质的突然变化以及是否具有除油设施。
（四）当地工人的技术储备
如果当地混凝沉淀法水处理技术应用比较多，技术成熟，那么选择常规预处理或者高效沉淀池可以节省操作工人的技术培训成本，而欧美日等国家和地区是膜和膜组件的生产大国，膜分离水处理容量占有较高的比重，处理能力较大，优先考虑膜法预处理。
二、最佳预处理系统的选择
海水淡化装置能否长期稳定地运行，良好的海水预处理是至关重要的。在确定预处理系统时应根据海水淡化方法、海水淡化设备材质和影响预处理的诸多基本条件，综合考虑造水比（热法）、膜的特性（SWRO）、投资成本和运行成本等因素。
（一）常用海水淡化方案的优缺点
1、多级闪蒸MSF
多级闪蒸MSF法，也就是蒸馏法，是指经过加热的海水，依次在多个压力逐级降低的闪蒸室进行蒸发，将蒸汽冷凝而得到淡水。
优点：工艺成熟、维护量小、运行可靠，出水品质好。
缺点：动力消耗大，不利于节能，并且如果传热管腐蚀穿孔，也严重污染水质。
2、低温多效LT-MED
低温多效LT-MED法，也就是热法海水淡化，这种方法要求盐水的最高蒸发温度低于 70 ℃，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水。
优点：系统操作弹性大、效率高、动力消耗小，出水品质好。
缺点：盐水蒸发温度不能超过70 ℃，制约其进一步提高热效率。
3、海水反渗透SWRO
海水反渗透SWRO法是在反渗透膜的海水侧施加高于渗透压的压力，使水分子透过反渗透膜，在另一侧得到淡水。
优点：反渗透过程无相变，能耗低、厂房占地面积小，建设周期短。
缺点：海水预处理要求严格，操作要求高，膜更换费用高。
（二）最佳预处理系统的选择
1、海水反渗透SWRO
海水反渗透SWRO 预处理的目的就是为了防止膜表面受污染和表面结垢沉淀。通常水中的悬浮物、胶体物质和可溶性有机高分子聚集在膜的表面会使膜受到污染；微生物和细菌会使膜受到侵蚀；微生物和细菌的残体还会以固体形式析出，使膜性能变坏；铁、锰等金属氧化物和二氧化硅以及碳酸钙、氢氧化镁等会在膜表面形成沉淀降低透水率；水的温度、pH 值、余氯含量、压力等参数的劣化会引起膜的水解、氧化。另外，不同膜材料的化学稳定性，对给水预处理的要求也各不同。
2、多级闪蒸MSF
多级闪蒸MSF 装置中常会发生结垢和金属腐蚀现象，使设备传热效率下降、管道堵塞、设备腐蚀加重，严重时还会造成停产。因此 MSF 装置预处理主要就是防软垢（CaCO3，Mg（OH）2）、硬垢（CaSO4）和金属腐蚀。另外，海水中的不凝气体（CO2、O2）会降低传热效率，O2还会加重换热管的腐蚀，也需要在预处理中去除。
结垢是海水淡化生产中难以解决的实际问题。尽管 MSF 淡化工艺对海水水质适应性强，对预处理要求低，但结垢现象还是时有发生。主要原因是阻垢剂的阻垢效果不完全。如果将膜法预处理应用到 MSF 中，虽然会增加预处理成本，但是可使MSF 最高盐水温度提高，浓缩倍数增大，产量增加和提高造水比。不仅能大幅减少结垢趋势，还会大幅降低金属腐蚀机率、减少清洗次数，延长MSF 装置寿命，投资成本虽有所增加，但是运行成本却得以降低，投资回报也会随着淡水产量的增加和运行时间的延长而增大。
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3、低温多效LT-MED
在低温多效 LT-MED 中最高盐水温度不超过 70 ℃，但结垢和腐蚀依然是影响装置稳定运行的最主要因素。需要通过预处理去除悬浮物以及防软垢（CaCO3，Mg（OH）2）和防腐蚀。而且如果能够去除硬垢（CaSO4），LT-MED 淡化装置就可以将盐水蒸发温度由 70 ℃ 提高至 80 ℃或者更高，进一步提高热效率。目前 LT-MED 预处理主要采用常规预处理和高效沉淀池。威立雅公司在 SIDEM 公司设计的首钢京唐 LT-MED 淡化工艺中采用高效沉淀池对开放式取水进行预处理，大大提高了 LT-MED 装置的性能。IDE 在 LT-MED海水淡化工艺中采用离子陷阱去除海水中的重金属离子，能防止 LT-MED 装置中的铝合金换热管发生金属腐蚀。
另外，如果将膜法预处理应用到 LT-MED 中，同样会延长 LT-MED 装置寿命，降低运行成本，投资回报也会随着淡水产量的增加和运行时间的延长而增大。
三、电厂海水预处理系统的主要工艺
（一）海水反渗透SWRO
反渗透淡化装置原水预处理的目的是预防生物污染和结垢，主要方法包括加氯杀菌、凝聚沉淀、多介质过滤、加酸调pH值、加阻垢剂、加还原剂、保安过滤等，它要求进水浊度低于1mg/L，污染指数达到2～3。建议的预处理工艺流程有以下几种方案：
1、海水（加杀菌剂、FeCl3、聚电解质）→絮凝槽→重力过滤器（加杀菌剂、还原剂）→活性炭过滤器（加硫酸、阻垢剂）→0.5μmMF筒过滤器→反渗透膜组件；
2、海水→9.5mm隔栅→双介质过滤器（加硫酸）→保安过滤器→软化器（加还原剂）→反渗透膜组件；
3、海水（加杀菌剂）→多介质过滤器（加FeCl3、还原剂）→多介质过滤器（加还原剂）→活性炭过滤器（加硫酸阻垢剂）→保安过滤器→反渗透膜组件。
4、海水（加杀菌剂、FeCl3）→多介质过滤器→自动冲洗过滤器※超（微）滤装置→保安过滤器（加硫酸、阻垢剂）→反渗透膜组件。
（二）多级闪蒸MSF淡化原水预处理工艺流程
多级闪蒸MSF法原水预处理的目的是防止海水淡化设备的腐蚀与结垢。阻垢剂可选用马来酸酐和聚羧酸酯后者不仅能抑制结垢而且具有分散悬浮物体的功能可使多级闪蒸浓水温度范围达到95℃～110℃。
常规的多级闪蒸MSF法海水淡化预处理系统可采用如下预处理流程：
1、海水（加杀菌剂）→沉沙池（加硫酸）→填料塔脱气（加聚羧酸酯）→多级闪蒸淡化装置；
2、海水（加杀菌剂）→沉沙池（加杀菌剂、FeCl3、聚电解质）→混凝沉淀设备（加阻垢剂）→多效蒸发装置。
四、电厂海水预处理系统的设计及优化
（一）工程概况
某电厂一期淡水用水量为830m3/h，二期工程淡水用水量为610m3/h。在可研阶段，通过比较分析，一期工程除化学用水采用海水淡化解决外，电厂其余淡水以水库为水源（水库97%保证率的供水量不能全部满足电厂一期淡水用水量要求），二期工程采用全海水淡化的淡水供水方案。但在随后的初设阶段，发现水库存在一定的安全隐患，为确保电厂淡水供应的安全，同时也考虑到当地淡水资源紧缺，从长远、协调、可持续发展出发，经多方案技术经济比较，最终选择全海水反渗透淡化淡水供水方案。
（二）海水预处理
1、海水原水的预沉、储存及升压经现场海水自然沉淀试验，发现高浊度的海水中大颗粒的泥沙占大多数，有必要采取一定的预沉措施，另外考虑到海水反渗透系统对水温有一定要求以及原水需要一定的调节容量，有必要设置海水原水池。海水原水先送至海水原水池，经初预沉后，再由原水升压泵升压供至反应沉淀池。
2、混凝澄清工艺
（1）工艺选择
本工程海水原水具有低温、pH值略偏高、因海浪及潮汐引起的浊度、含沙量变化频繁等特点，经综合比较，海水原水预处理选择采用集混合、混凝反应、澄清工艺于一体的海水反应沉淀池。反应沉淀池无需传统的搅拌刮泥设备，通过凝聚接触、絮凝沉淀反应工艺，产生澄清水，设计进水浊度范围广（50～2600mg/L），出水浊度小（小于10mg/L）。
（2）系统规模
按本工程一、二期厂区淡水需水量1440m3/h计，所需海水清水约为3200m3/h，所需海水原水约为3600m3/h。考虑电厂用水的不均匀性，设计选用4×1000m3/h海水反应沉淀池设备对海水进行预处理（最大处理能力达到1300m3/h）。
一、二期工程海水预处理设施土建一次建成，设备分期安装，一期安装3×1000m3/h海水反应沉淀池设备及相关的设施。
3、海水反应沉淀池
经列管式静态混合器，使药剂与水充分混合，然后送至加强型翼片隔板反应池（为折板反应和隔板反应的加强）。反应池设置顺水流方向隔板及垂直水流方翼片，使水流产生高频谱涡旋，为药剂与水中的颗粒充分接触提供微水动力学条件，产生密实的矾花。按照反应要求进行水力分级和流态控制，可得到理想的反应效果，反应时间短，施工简单，安装方便，管理维护简单，对原水水量和水质变化的适应性较强，絮凝效果稳定。
4、系统防腐
（1）金属管件及设备，采用2205双相不锈钢、904L不锈钢。
（2）排泥管采用UPVC材质，排泥阀均采用聚四氟内衬，以避免含盐水的腐蚀。
（3）沉淀设备托架、集水槽托架、过渡段上的走道板及栏杆等采用玻璃钢（FRP）材质，具有质轻、高强、耐腐蚀、易施工的优点。
5、海水预处理系统加药
根据现场小型混凝试验和混凝中试结论，并结合试验条件和考虑将来电厂运行的实际情况，留有一定的备用手段，设计的海水预处理系统设有混凝剂、助凝剂二种药剂投加系统。根据不同水量、不同水质，分别通过计量泵和管道混合器自动或人工控制投加药剂。由于海水含大量藻类，为了后续处理工艺正常运作，处理前必须进行除藻，本工程除了在海水取水头间断性投加次氯酸钠外，在海水原水池及工业、生活、回用冲洗、消防的清水池均考虑投加次氯酸钠以达到杀藻、杀菌、消毒的目的。
参考文献：
[1]周军，常芙蓉.海水淡化及其预处理技术研究进展[J].苏盐科技.2008（02）
[2]潘献辉，赵亮.反渗透海水淡化膜法预处理技术研究进展[J].工业水处理.2007（06）
论文作者:张明斌
论文发表刊物:《基层建设》2015年24期供稿
论文发表时间:2016/3/23
标签：海水论文; 闪蒸论文; 水质论文; 淡水论文; 过滤器论文; 反渗透论文; 电厂论文; 《基层建设》2015年24期供稿论文;