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运行压力≤12.5 MPa

  北极星水处理网讯:满足三沙市永兴岛上的居民生活用水需求,根据海岛特点,在岛上新建海水淡化厂,利用海水作为水源直接供应清水。水厂设计规模1 000 m³/d,采用斜管沉淀-超滤-反渗透-再矿化的净水处理工艺。其中沉淀表面负荷为1.46 m³/(m²·h);超滤设计通量为30 L/(m²·h),回收率90%;采用二级反渗透,其中一级反渗透设计产水通量0.60 m³/(h·支),最大压力6.5 MPa,二级反渗透设计产水通量0.90 m³/(h·支),最大压力12.5 MPa;反渗透产水采用投加CaCl2和NaHCO3进行再矿化。建成后运行产水水质满足国标要求,饮用口感良好,电耗约3.5 kW·h/m³。

  在海水淡化厂建设前,岛上居民的饮用水主要依靠补给船定期向岛内补给,每船的补给量约为200 m³。船运的补给淡水用运水车运送至各居民自建的水窖储存,水量有限,仅供日常居民餐饮使用。

  除饮用以外的其他生活用水水源主要是岛上降雨,即依靠汇集各建筑屋顶雨水,储存在自建雨水窖。自建雨水窖零散分布于各建筑间,部分有简单的沉淀、过滤设施。原先各雨水窖储存的雨水均通过水泵输送至工委建设的雨水净化站,经净化后使用。但淡化厂建设前雨水净化站已报废,居民一般自行加压直接将雨水用作洗涤、冲厕等饮用外的生活用水。

  产水目标:原水采用海水,出水水质达到《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求。

  本工程近期产水规模1 000 m³/d,规模较小,工程地点位于永兴岛,路途较远,岛上物资匮乏,所有物资均需船运上岛,交通不便,岛上可用地面积较小,因此采用的海水淡化技术应具有占地面积小、工程量小、自动化程度高、安全可靠、运行过程耗材种类少、用量小的特点,分析上述工程特点,推荐采用反渗透海水淡化技术。

  反渗透技术目前一般采用一级过滤,但Rodrguez通过研究认为,当原水中硼含量>3.5 mg/L时需要使用多级反渗透工艺。本工程海水硼浓度为4.5 mg/L,因此采用二级反渗透技术。

  反渗透膜进水水质要求较高,海水原水一般需进行预处理。常规预处理技术采用加入絮凝剂对海水中海洋浮游生物、胶体物、固体颗粒进行沉淀后,再经过砂滤过滤。其优点是除浊的效率较高,技术比较成熟。其不足之处在于处理过程中需投加化学药剂,整套预处理构筑物占地面积较大。永兴岛处于西沙群岛,其主体由珊瑚礁及其风化产物构成,可用地面积较小,岛周围无外源污染物,絮凝过程中投加的絮凝剂部分残留在浓盐水中,随浓盐水一起排海会对当地环境造成污染。

  因此,本工程从减少使用药剂保护环境、节约工程用地等方面考虑,采用电解沉淀+超滤预处理工艺。海水是理想的电解液,纳米催化电解可在短时间内氧化分解海水中的有机物,使海水脱稳,具有一定的絮凝效果,通过后续沉淀工艺去除水中的胶体物质和悬浮性物质,无需投加化学药剂。同时电解过程中产生的Cl、O等自由基,可有效杀灭藻类、微生物等,解决膜生物污染的问题。电解预处理技术已在三沙市赵述岛40 m³/d小型海水淡化工程中得到应用,效果良好。沉淀后出水采用超滤膜过滤可确保满足反渗透进水水质要求,减轻对反渗透膜的污染。

  海水经淡化处理后,钙离子含量很低,其水质不稳定且具有较强的腐蚀性,因此本工程考虑对其进行化学稳定性处理。改善海水淡化水稳定性的措施是对其进行再矿化处理,提高水中矿物质和碱度含量,使其水质稳定,不具有腐蚀性,并符合生活饮用水标准,这样既可以维护居民身体健康又能稳定水质。

  矿化通常是通过过滤、投加化学药剂等措施来实现。海水淡化产水再矿化处理是调节产水pH,加入钙等矿化物,从而调节反渗透产水的碱度和硬度,适度提高pH,使产水的总碱度为80 mg/L(以CaCO3计),总硬度为80~120 mg/L(以CaCO3计)。使水质既不产生结垢,也不对输水管造成腐蚀。

  以上5个方案,应根据工程情况、水质、处理水量和投资运行成本进行比选。方案3、方案4、方案5主要是向淡化水中投加药剂,操作运行维护较为简便,但费用较高,适用于较小型的淡化水装置。方案1、方案2适用于较大型的海水淡化厂,其中方案2具有更高的经济性。

  本工程产水规模为1 000 m³/d,属于小型海水淡化工程,且距离陆地比较远,CO2的储存及运输比较困难,且操作难度大,因此方案1和方案2不适用。Ca(OH)2需用生石灰制备,制备原料需要从陆地运输上岛,且使用过程中会产生大量的石灰渣,造成新的污染和破坏,因此方案3不适用。方案5采用自来水与海水淡化水进行勾兑,勾兑比例为1∶5~1∶10(淡化海水∶自来水),但岛上船运淡水量不足,该方案不适用。

  海水淡化系统由纳米催化电解絮凝沉淀系统、超滤系统、海水淡化膜系统、后处理系统、药剂投加系统组成。海水通过取水系统进入纳米催化电解机,电解机出水进入斜板沉淀池,再经过柱式超滤系统过滤后,作为海水淡化膜系统的进水。在反渗透海水淡化膜分离设备进行一级脱盐处理;一级脱盐处理后的水一部分直接作为饮用水,另一部分则进行二级脱盐;脱盐处理后的淡水作为饮用水供给岛上军民使用,浓缩海水进行排放。系统流程如图1所示。

  综合池包括纳米催化电解系统、絮凝沉淀池、海水储水池、预留水池、滤后海水池、一级淡水池、二级淡水池,组合建设。

  (1)纳米催化电解机。考虑海岛运输困难,同时减少排放浓海水对周边环境的影响。沉淀池设计不投加混凝药剂,采用纳米催化电解机电解海水助凝。电解机设于絮凝沉淀池上部,设计处理能力115 m³/h,产生NaClO浓度0.8%。共设2组,单组处理能力57.5 m³/h,停留时间4.5 min,有效接触时间3 min。

  (3)海水储水池。接收沉淀池出水,1座,钢筋混凝土(防腐处理)材质。尺寸4 m(宽)×8 m(长)×5 m(深);有效容积145 m³。

  (6)二级淡水池。接收二级反渗透系统出水及部分一级反渗透系统出水。永兴岛上用水时变化系数较大,二级淡水池容积应满足水量调节需求,有效容积按日供水量的20%取值。水池进水管上投加次氯酸钠,最大投加量2 mg/L。1座,钢筋混凝土(防腐处理)材质。尺寸5.5 m(宽)×8 m(长)×5 m(深),有效容积200 m³。

  (7)预留水池。可同时接收二级反渗透系统出水或其他淡水(如岛外运水等)。1座,钢筋混凝土(防腐处理)材质。尺寸4 m(宽)×8 m(长)×5 m(深),有效容积145 m³。

  (1)一级反渗透系统。设计回收率43%,日运行时间24 h/d,工作温度5~40 ℃,运行压力≤0.65 MPa,膜组件设计产水通量0.6 m³/(h·支)。采用1堆膜组件,膜壳采用6芯装,13支膜壳,78支膜芯。

  (2)二级反渗透系统。设计回收率90%,日运行时间24 h/d,工作温度5~40 ℃,运行压力≤12.5 MPa。膜组件设计产水通量0.9 m³/(h·支);设计按1堆膜组件,膜壳采用6芯装,6支膜壳,36支膜芯。

  三沙市永兴岛海水淡化厂于2016年12月建成通水。现已正常运行一年多,产水1 000 m³/d,运行中不投加混凝剂,消毒采用电解海水产生次氯酸钠,全厂电耗3~5 kW·h/m³。水质满足国标要求,饮用口感良好,较好地满足了岛上居民的生活用水需求。

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