水質因素對北京海水淡化工程的影響分析研究

姜思華，陳 俊

（北京市水利規劃設計研究院，100048，北京）

水質因素對北京海水淡化工程的影響分析研究

姜思華，陳 俊

（北京市水利規劃設計研究院，100048，北京）

以北京海水淡化前期研究課題為依托，基于對天津塘沽、漢沽及河北曹妃甸海域觀測數據的對比分析，從海水對金屬材料的腐蝕程度、生物結垢問題、海生物堵塞問題等角度，結合季節變化和年際變化情況，深入分析研究了海水水質因素對北京海水淡化工程的影響，并得出相應結論。

水質因素；不良影響；季節與年際變化；海水淡化工程；北京

北京市位于京津唐地區西北部，屬嚴重的資源型缺水區，水資源短缺已經成為制約首都國民經濟發展的瓶頸。由于近期連續9年的干旱，造成北京及周邊地區水資源儲備嚴重不足，給本地區帶來嚴重的環境問題，并危及地下水安全。

隨著南水北調工程的實施，從長江流域向北京調水后，北京水資源緊缺的程度將有所緩解。但隨著天然徑流的減少、需水量的增加或遇連續枯水年，2020年之后北京水資源狀況仍不容樂觀，供水仍有很大的缺口。另外南水北調工程調水線路長、跨河建筑物多，若遇突發事故將影響北京的用水安全。因此在環渤海建設海水淡化廠向北京輸送淡化海水，有利于提高北京的供水安全保障。

一、海水淡化方案

根據《海水利用專項規劃》，我國海水淡化分地區進行，其中天津市2020年達到45萬～50萬t/d，河北省2020年達到20萬～25萬t/d。

根據北京的海水淡化需求，海水淡化工程規模初步定為 50萬 t/d、100萬t/d、150萬t/d。綜合考慮輸水工程及廠址條件，初步擬定在天津漢沽、河北曹妃甸以及天津塘沽選擇合適的海水淡化廠廠址，然后分別進行多方面的分析研究，確定最終選址。

水質因素是海水淡化工程的重要研究內容，因此以下主要以海水水質因素為研究要點對初步方案進行對比分析研究。

二、水質因素對海水淡化工程的影響

1.水質因素的影響問題

海水中的某些物質會對淡化設備造成不良影響，這些有害物質包括懸浮物、膠體、鐵錳鹽、溶解氣體等。為保證淡化設備的正常運行，淡化前需預先去除原水體中懸浮物等雜物，去除水中膠體、溶解氣體，進行水質軟化以去除鐵鹽和錳鹽，去除氯等氧化劑類有害物質。

對于反滲透膜法海水淡化來說，懸浮物質、微生物、膠體物等易附著在膜表面上或污堵膜元件水流通道。而且由于海水的濃縮，有一些難溶鹽如CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4、CaF2等易沉積在膜表面上，使膜表面結垢。另外，海水中的細小砂粒進入淡化系統中后，對反滲透系統來說，會使反滲透膜受到機械損傷；對蒸餾系統來說，會堵塞噴淋管路的噴頭，直接影響是產水量的減少，由此導致噴淋布水不均勻，造成部分傳熱管表面干壁，加速傳熱管結垢，影響傳熱效率。所以海水水質會直接影響淡化工藝的選擇和淡化水的處理成本。

本研究在天津塘沽海域主要布置了25個觀測站、天津漢沽海域主要布置了6個觀測站、河北曹妃甸海域主要布置了16個觀測站，并選取了3處海域部分數據加以說明，如表1～表3所示。

田卓遞給高潮一支香煙，并指指沙發，示意高潮坐下來。田卓的表情很平靜，沒有像馮可兒那樣喜形于色，高潮想，這或許就是做老板的人所具備的潛在素養吧。像馮可兒這樣的人，或許一輩子就是跟在別人屁股后面打工的命。

從表1～表3數據可以看出，塘沽與漢沽水質相當，受到輕度污染，曹妃甸水質較好，3處海域的海水均可作為海水淡化工程原料水，只是水質的差異決定了海水淡化工程預處理的處理工藝和淡化工程的投資造價。

表1 天津塘沽海域海水水質監測表

續表1 天津塘沽海域海水水質監測表

表2 天津漢沽海海域水水質監測表

續表2 天津漢沽海域海水水質監測表

續表2 天津漢沽海域海水水質監測表

河北曹妃甸附近海域的水質較好，若作為海水淡化廠址，其海水水質使用熱法與膜法海水淡化技術，海水預處理投資相對較少。天津塘沽與漢沽附近海域水質相對較差，但也適用于海水淡化的原料水。若作為海水淡化廠廠址，其海水水質更適合熱法海水淡化技術，采用膜法海水淡化亦可，只是海水預處理投資較大。

2.海水對金屬材料的腐蝕問題

海水中含有約3%的氯化鈉和其他鹽類，是造成對金屬材料嚴重腐蝕的主要原因。海水對金屬的腐蝕隨海水中的含鹽濃度的增加而增加，當含鹽量增加到一定限度時海水中的溶解氧濃度減少，相反起了抑制腐蝕的作用。如果海水收到附近城市工業廢水的污水，金屬腐蝕可能更加嚴重。此外由于管道中水流速度過大，或因管道斷面突然變化而引起的湍流也會加劇對金屬管道的腐蝕 （點蝕）作用。

目前防治腐蝕的措施主要有 5種方法：①采用耐腐蝕金屬材料，②降低海水與金屬材料之間的相對速度，③涂刷防腐保護層，④采用電化學防腐保護，⑤化學防腐法。

表3 河北曹妃甸海域海水水質監測表

續表3 河北曹妃甸海域海水水質監測表

表4 主要海生物的特性及危害

3.生物結垢問題

生物結垢主要取決于原水成分，特別是顆粒物和可溶性養分。從海藻滋生的被污染的海水中引入原料水，會增加生物垢及有機物含量，需要增加過濾，加大阻垢劑的添加等。

4.海生物堵塞問題

目前海生物堵塞問題的處理方法主要有：①化學殺滅法，②過濾法，③涂料法，④人工、機械清理法，⑤其他方法。

三、水質隨季節和年際變化情況對海水淡化工程的影響

1.年際變化

渤海灣海域海水水質屬污染較為嚴重的區域，但近年隨著政府對環境重視程度不斷加深，不斷加大監管力度，并采取實際有效的措施，如“海灣碧藍”行動計劃的實施，污染情況已得到有效控制，污染物總量有所消減，近岸海域水質逐年改善。因此渤海灣海域海水水質的年際變化不會對海水淡化工程造成不良影響。

2.季節變化

溫度隨季節變化最大，對海水淡化工程的影響也較大。冬季渤海灣水溫最低，為0℃左右，最低-0.5℃。此時渤海灣灣頂沿岸有海冰出現，灣頂水溫低于灣口。溫度過低會造成取水口結冰，不利于取水。另外水溫過低會影響反濾透海水淡化的產水量。

鹽度隨季節變化不是很大，夏季由于入海河流的徑流量突然增大，海水鹽度會較大幅度降低。鹽度變化對熱法海水淡化的影響不大。但在一定程度上會影響膜法海水淡化，產水含鹽量隨原水鹽度降低而降低。

在一年之中，夏季由于溫度較高，河流入海水量增大，海水污染程度比較嚴重；相反，冬季的污染程度較輕。因此，夏季海水水質對海水淡化工程可能會造成不良影響。

四、結 語

以北京海水淡化前期研究課題為依托，從海水水質因素對海水淡化工程影響的方面進行了深入分析，得到以下主要結論：

①通過對天津塘沽、漢沽及河北曹妃甸海域觀測數據的對比分析，塘沽與漢沽海域的水質相當，受到輕度污染，曹妃甸海域水質較好，3個地點的海水均可作為海水淡化工程原料水。其中曹妃甸海域的預處理工藝和淡化工程的投資造價最少。

②海水腐蝕問題、生物結垢問題、海生物堵塞問題等均會對海水淡化工程造成一定的影響。雖然已有處理方法，但需根據所在海域的不同采取因地制宜的解決方法。

③經分析，海水水質的年際變化不會對海水淡化工程造成不良影響；季節變化可能對海水淡化工程會造成不良影響。

[1]袁朋飛，等.海水淡化水與地表水聯合供水地區市政管網水質變化研究[J].水處理技術，2012（5）.

[2]方宏達，等.中國近岸海域海水水質及海水淡化利用的研究進展[J].工業水處理，2015（4）.

[3]張家凱，等.濃海水綜合利用新工藝研究[J].鹽業與化工，2012（9）.

[4]王曉楠，等.反滲透膜法海水淡化產品水水質影響因素分析[J].中國給水排水，2015（8）.

責任編輯 安天杭

Analysis of impact caused by water quality factor on desalination project in Beijing

Jiang Sihua,Chen Jun

Relying on preliminary research on desalination,an in-depth analysis is given on the influence of water quality on desalination project in Beijing.Based on comparative analysis of observing data of seawater quality in Tanggu and Hangu in Tianjin Municipality as well as Caofeidian in Hebei Province,studies are made from the prospects of seawater corrosion,biological node scaling and sea biological clogging,by taking seasonal and inter-annual variation into full consideration.Finally,conclusion has been reached.

water quality factor;negative impact;seasonal and inter-annual variation;desalination project;Beijing

TU991

B

1000-1123（2016）07-0020-03

2016-03-01

姜思華，高級工程師，主要從事水工程、水資源等方面的工作和研究。