河北省近岸海域海水淡化取水水質適宜性分析

朱琴，左麗明，彭錦添，單科

（1.河北省地礦局水文工程地質勘查院 石家莊 050021；2.河北工業大學 天津 300000；3.天津海水淡化與綜合利用研究所 天津 300192）

河北省近岸海域海水淡化取水水質適宜性分析

朱琴1，左麗明1，彭錦添2，單科3

（1.河北省地礦局水文工程地質勘查院 石家莊 050021；2.河北工業大學 天津 300000；3.天津海水淡化與綜合利用研究所 天津 300192）

為了在河北省近岸海域給海水淡化項目選出水質優質的水源地，筆者于2016年8月對河北省近岸海域進行取水測試。一共布置了50站位，采集了50件水樣，樣品測試內容有：p H值、濁度、污染指數SDI、溶解氧、余氯、錳、鐵、懸浮物含量、油類、懸浮物顆粒平均粒徑。評價結果顯示：河北省沿海監測站位除了懸浮物指標其他指標均滿足低溫多效蒸餾法海水淡化系統進水要求外，懸浮物在曹妃甸以西海域和滄州黃驊港以東海域超標，進行淡化預處理可采用威立雅公司提供的一體化高效混凝沉淀設備進行預處理，大清河以東海域可以采用一般的澄清過濾工藝進行預處理；各站位均不滿足反滲透法淡化系統直接進水要求；部分站位滿足反滲透法超濾預處理裝置進水要求，影響進水要求的指標為濁度，在滄州港池北側及曹妃甸港以西、大清河口和灤河口岸邊不滿足進水要求，其他站位均滿足進水要求。滄州海域和曹妃甸以西海域不適合采用反滲透法進行淡化。曹妃甸以東至大清河之間可采取一般的混凝、澄清、過濾進行處理工藝。大清河以東海域可以采用超濾進行預處理。

海水淡化；取水水質；預處理；河北省近岸海域

河北沿海地區區位優勢獨特、資源稟賦優良、工業基礎雄厚、交通體系發達、文化底蘊深厚，隨著“京津冀一體化”和“一帶一路”的提出，河北沿海地區成為國家發展的中心，在促進京津冀協調發展中具有重要戰略地位。水資源是制約河北省沿海地區經濟社會發展的重要因素，北方沿海地區（天津、河北、遼寧和山東）人均綜合用水量約269 m3，屬資源性缺水［1］。開發海水淡化項目是解決沿海地區缺水問題的有效途徑［2］。海水淡化工程開發潛力巨大［3］。在海水淡化技術應用方面已有相關研究，如舟山地區就海水淡化的取水選址、取水方式和預處理工藝進行了研究［4］。天津開展小型的淡化示范工程針對如何處理較差水質進行了綜合研究［5］。華能威海電廠就海水淡化系統的預處理工藝和路程進行了分析［6］。有專門針對海水淡化預處理技術的研究［7］。但是針對河北省近岸海域海水淡化水質適宜性研究較少，本次研究針對海水淡化取水水質適宜性問題進行野外調查和樣品采集測試分析，評價河北省海域海水淡化水質的適宜性及適宜的預處理方式，為河北省海水淡化項目的開發利用提供參考。

1 海水淡化水質要求

1.1 低溫多效蒸餾法海水淡化

根據相關規范［8］，低溫多效蒸餾法海水淡化系統進水要求見表1。從表1可以看出除了懸浮物指標其他指標限值較高，總體來說該淡化工藝對進水要求較低。其他相關成果均表明海水淡化的多種工藝中低溫多效蒸餾法海水淡化是對水質要求相對較低的。

表1 低溫多效蒸餾海水淡化進水要求

1.2 反滲透法海水淡化

根據相關規范［8］，反滲透海水淡化系統進水要求見表2。從表2中可以看出，反滲透法海水淡化對濁度和污染指數均有較高要求。與低溫多效蒸餾法相比反滲透法海水淡化對進水要求較高。

表2 反滲透法海水淡化進水要求

2 河北省近岸海域水質特征

2.1 取樣位置

2016年8月對河北省近岸海域的水質進行了取樣分析，除港池外其他近岸海域監測站位布置在2 m等深線附近。秦皇島海域布置了幾條垂直于海岸線方向的斷面，進行不同離岸距離的水質分析。除了秦皇島港池（禁止入內）對河北省沿海幾個港池進行了取水分析。沿河北省近岸海域，由西向東共布設50個站位。為了使取水水質反映實際情況，進行野外調查時首先調查水深，確定該深度條件下的適宜取水深度。目前河北省海水淡化取水深度均在深水區。本次取樣深度：港區水深較深，取水深度在6～9 m；其他地區在水深大于1 m區采集距離水底1 m處海水，小于1 m取0.5 m水深。

2.2 測試水質

2016年8月對整個河北省近岸海域進行了取樣分析，海水樣品測試結果如下。

2.2.1 p H值指標分析

河北省近岸海域p H值變化特征不明顯，p H值的范圍在7.0～8（圖1），在曹妃甸以東至灤河口附近整體偏高，北戴河以北整體偏低，以南較高。

圖1 p H值特征

2.2.2 海水濁度指標分析

濁度變化特征非常明顯（圖2），濁度一般在0～20，在曹妃甸以西海域濁度非常高，特別是12號站位濁度高達337。濁度在灤河口以北則較低。

2.2.3 懸浮物指標分析

懸浮物含量特征見圖3，懸浮物含量集中在10 mg／L以下，部分站位非常高。在曹妃甸港以西（站位9至站位13）及滄州港池外側（站位1、站位3、站位7、站位8）偏高，其余地方較低。大清河碼頭

圖2 濁度含量特征

附近站位29懸浮物含量偏高。

圖3 懸浮物含量特征

2.2.4 余氯指標分析

余氯含量特征見圖4，余氯含量集中在0.1 mg／L以下，其中滄州和唐山余氯含量集中在0.05 mg／L以下，秦皇島集中在0.05～0.10 mg／L，部分站位含量異常高，余氯含量最高的位于國華電廠排水口附近和秦皇島金屋浴場近岸海域。秦皇島岸灘主要開發利用方式為浴場，因此余氯含量較高。

圖4 余氯含量特征

2.2.5 污染指數分析

污染指數是選擇性進行了取樣測試，污染指數范圍在14.0～18.0之間（圖5），其中滄州4號站位在黃驊港1號港池內，3號站位和8號站位位于港池東西兩側的海域內，對比分析發現，港池內水質優于港池以外的水質；其他站位在曹妃甸港區內污染指數最小，其他站位均較高。

圖5 污染指數

2.2.6 油類含量分析

油類含量特征見圖6，油類含量集中在0.02 mg／L以下，部分站位油類含量較高。油類含量較高的站位為黃驊港1號港池和昌黎近岸海域。

圖6 油類含量特征

2.2.7 溶解氧含量分析

溶解氧含量特征見圖7，溶解氧含量集中在60%～80%，其中黃驊港1號港池、北戴河以北浴場溶解氧較低。

圖7 溶解氧含量特征

2.2.8 鐵含量指標分析

鐵含量特征見圖8，鐵含量集中在0.5 mg／L以下，在唐山曹妃甸以西海域鐵含量偏高。其他站位含量偏低。

圖8 鐵含量特征

2.2.9 錳含量分析

錳含量特征見圖9，錳含量集中在100 mg／L以下，在部分站位含量大于300 mg／L，曹妃甸以西12號站位、北戴河以北進屋浴場（站位35、站位36、站位41、站位42）錳含量偏高。

圖9 錳含量特征

2.2.10 懸浮物粒徑分析

懸浮物粒徑特征見圖10，懸浮物平均粒徑在3.0～4.5μm，其中滄州粒徑較小，其他站位較高。總體來說相差較小。

圖10 懸浮物平均粒徑特征

2.3 結果分析

46站位、47站位、48站位位于南戴河與灤河口之間，距離較近，連線垂直于海岸線，46站位離岸近，48離岸最遠，47站位在中間位置。47站位除溶解氧、余氯、油類指標，其余指標均為3個站位中最差，47站位錳、鐵、懸浮物含量比另外兩個站位高很多，其余較為接近。48站位與46號站位除了油類以外其他指標含量較為接近，近岸46號站位油類較高。

49站位和50站位位于南戴河沙雕海岸樂園附近，連線同樣垂直于海岸線，49站位靠近岸邊，這兩個站位錳、鐵、油類指標差距較大，其余指標幾乎一致，近岸的49站位好于遠岸的50站位情況。

35站位和36站位連線垂直于海岸線，位于金屋浴場附近，35站位靠近岸邊，兩者p H值與溶解氧指標差異小，其余相差較大，余氯、錳、鐵和懸浮物含量指標35站位較36號站位高，而濁度、油類指標遠岸36站偏高。

41站位和42站位位于北戴河與秦皇島市區之間山東堡立交橋附近，連線垂直于海岸線，41站位靠近岸邊，兩者p H值、鐵和油類指標相近，42站位余氯、懸浮物含量、錳、濁度指標較41站位含量低，溶解氧42站位較41號站位偏高。

3 海水淡化取水水質分析

3.1 低溫多效蒸餾法海水淡化取水水質評價

根據各站位的測試結果可以看出：油類、游離氯、懸浮顆粒直徑、鹽度均滿足低溫多效蒸餾法海水淡化進水要求，部分站位的懸浮物含量不滿足進水要求。懸浮物限制為50 mg／L，懸浮物在曹妃甸以西海域和滄州黃驊港以東海域超標。懸浮物是影響淡化進水的主要指標，同時也是受風浪影響最大的指標。特別在淤泥質海灘地區風浪作用下泥沙很容易被帶起，造成水體中泥沙含量顯著升高。

根據“908”專項對河北省海域泥沙監測結果［9］，沿河北省近岸海域，由東向西共布設16個監測站位，監測數據見表3和表4，從表5中可以看出，在潮流作用下曹妃甸以西海域和滄州海域（站位11至站位16）的懸沙含量最大值大于50 mg／L，由此說明，風浪作用下泥沙含量更高，因此曹妃甸以西和滄州海域泥沙含量偏高，水質評價結果為中等。秦皇島和曹妃甸以東海域懸沙含量較低。

河北省海域2004年夏季觀測的含沙量見表4。從表5中可知：唐山大清河以西海域和滄州海域懸沙量的高值均大于50 mg／L。其他岸段懸沙含量較低，懸沙含量變化較小。由此說明砂質岸灘潮流作用下懸沙含量變化小，且含量低。2004年的監測結果未能反映港池內特征，本地調查結果顯示，滄州港池和曹妃甸港池內的懸浮含量明顯低于港池外海域，其中曹妃甸港池內（站位14至站位23）懸浮物含量低于20 mg／L，而西側港池外高于40 mg／L。滄州港池內（站位2、站位4和站位5）懸浮含量小于5 mg／L，明顯低于港池外側，調查國華電廠港池內取水情況，風浪作用下懸砂含量非常高，有較大風浪時，海水的含沙量和懸浮物較高，歷史上附近海域含沙量曾經達到2～4 kg／m3，平日為0.2～0.4 kg／m3。

表3 河北省海域各測站垂線大潮期平均含沙量特征值 mg／L

表4 河北省海域各測站垂線小潮期平均含沙量特征值 mg／L

表5 河北省海域含沙量變化 mg／L

通過以上綜合分析可知，淤泥質潮灘區的滄州海域和曹妃甸以西唐山海域和曹妃甸至大清河之間的海域，水體中泥沙在風浪下含量顯著升高，不適合直接用水，需要進行適當的預處理才可以進入海水淡化系統。根據滄州國華電廠的應用案例可采用稍復雜的工藝如威立雅公司提供的一體化高效混凝沉淀設備進行淡化。其他海域可以采用一般的澄清過濾工藝進行預處理。

3.2 反滲透法取水水質評價結果

3.2.1 直接進水

根據各站位的測試結果可以看出，各站位均不滿足反滲透法海水淡化直接進水要求，主要影響指標為余氯、濁度、污染指數、錳。

反滲透法淡化系統進水要求污染指數小于5，測試結果顯示各站位污染指數均大于14，在14～18之間；進水要求濁度小于1.0 NTU，測試結果顯示各站位濁度絕大部分大于1.0 NTU，在0.6～337 NTU之間；進水要求余氯小于0.01，測試結果顯示各站位余氯均大于0.01，在0.01～0.24之間；進水要求錳小于0.5 mg／L，測試結果顯示各站位錳基本大于0.5 mg／L，在0.08～454 mg／L之間。進水要求鐵小于0.05 mg／L，測試結果顯示各站位鐵基本大于0.05 mg／L，在0.02～3.89 mg／L之間。

3.2.2 超濾預處理系統進水

超濾預處理系統是進行海水淡化取水預處理過程采用的預處理方式，該系統經濟適用，處理效果好、在取水水質相對較好的海域得到廣泛應用。反滲透法預處理超濾裝置進水評價指標有：水溫、p H值、濁度。部分站位滿足超濾進水要求，影響進水要求的指標為濁度。在滄州港池北側及曹妃甸港以西、大清河口岸邊、灤河口附近不滿足的超濾進水要求，其他站位均滿足進水要求。濁度的影響因素主要為泥沙含量、有機物和浮游生物，調查顯示京唐港濁度滿足超濾進水要求。

本次調查結果顯示京唐港以東海域除了灤河河口海域和二灤河河口岸邊濁度含量相對較高外，其他調查站位濁度偏低，均低于10 NTU。

滄州國華電廠取水港池濁度均值為12.2 NTU，在風浪作用下濁度顯著升高，港池兩側和曹妃甸以下海域較國華電廠取水港池更加嚴重。調查發現，國華電廠在建廠指出考慮到取水水質，發現滄州港池水質不適合采用反滲透法海水淡化。根據本次調查結果，大唐國際電廠采用反滲透法海水淡化，取水地點位于京唐港港池內，對取水采取的預處理方式為超濾，多年運行結果顯示運行良好，預處理效果良好。大部分時間段內該區的濁度集中在0～20 NTU［10］，低于50 NTU，少數情況下懸沙含量達到90 NTU。由此可知該區的懸沙只需要進行簡單的預處理就可以滿足淡化進水要求。

通過以上綜合分析，滄州海域和曹妃甸以西唐山海域在風浪作用下泥沙含量太高不適合超濾系統進水。曹妃甸以東至大清河之間泥沙含量相對較低，雖然不能滿足超濾進水要求但是采取一般的混凝、澄清、過濾處理工藝也能滿足進水要求；大清河以東海域可以滿足超濾進水要求。

4 結論

通過以上綜合分析可知，低溫多效蒸餾法海水淡化系統進水要求較低，除了懸浮物指標其他指標限值較高。河北省近岸海域油類、游離氯、懸浮顆粒直徑、鹽度均滿足進水要求，部分站位的懸浮物含量不滿足進水要求。淤泥質潮灘區的滄州海域和曹妃甸以西唐山海域和曹妃甸至大清河之間的海域，水體中泥沙在風浪下含量顯著升高，不適合直接用水，需要進行適當的預處理才可以進入海水淡化系統。根據滄州國華電廠的應用案例可采用威立雅公司提供的一體化高效混凝沉淀設備進行預處理。大清河以東海域可以采用一般的澄清過濾工藝就可以進行預處理。

河北省近岸海域各站位均不滿足反滲透法海水淡化直接進水要求，主要影響指標為余氯、濁度、污染指數、錳。反滲透法預處理超濾裝置進水評價指標有：水溫、p H值、濁度。部分站位滿足超濾進水要求，影響進水要求的指標為濁度，在滄州港池北側及曹妃甸港以西、大清河口岸邊、灤河口近岸不滿足的進水要求的，其他站位均滿足進水要求，濁度的影響因素主要為泥沙含量、有機物和浮游生物，調查顯示京唐港海水濁度滿足超濾進水要求。滄州海域和曹妃甸以西唐山海域在風浪作用下泥沙含量太高不適合超濾系統進水。曹妃甸以東至大清河之間泥沙含量相對較低，雖然不能滿足超濾進水要求但是采取一般的混凝、澄清、過濾處理工藝也能滿足進水要求；大清河以東海域可以滿足超濾進水要求。

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Analysis on Optimal Water Quality Sources for Seawater Desalination in Hebei Coastal Waters

ZHU Qin1，ZUO Liming1，PENG Jintian2，SHAN Ke3
（1.Hebei Province Hydrogeology Survey Institute，Shijiazhuang 050021，China；2.Hebei University of Technology，Tianjin 300000，China；3.The Institute of Seawater Desalination and Multipurpose Utilization，Tianjin 300192，China）

In order to select the optimal water source for seawater desalination project in Hebei Province，water intake tests were carried out in the coastal waters of Hebei Province in August 2016.50 stations were set up and 50 water samples were collected.The sample tests included：p H value，turbidity，pollution index SDI，dissolved oxygen，free chlorine，manganese，iron，suspended solids，oil，and particle size of suspended solids.The evaluation results showed that the indicators except for suspended matter of coastal monitoring stations in Hebei Province can meet the LTMED system of water requirement.The suspended solids exceed the standard in the west of Ca－ofeidian waters and east of Cangzhou waters，which can be pretreated by integrated efficient coagulation sedimentation equipment of Veolia.The east of the Daqinghe River waters can be pretreated by general clarification filtration process.The results also showed that all stations could not satisfy the direct water requirements of RO system，but some stations could meet UF of RO pretreatment device inlet requirements，whose most influencing index is turbidity.On the north side of Huanghua port，west of Caofeidian port，the Daqinghe River estuary and the Luanhe River estuary，the stations do not meet the requirements of the water inlet，while the other stations meet.The reverse osmosis is not suitable for the Cangzhou waters and the west of Caofeidian waters.The sea area from the east of Caofeidian to the Daqinghe River can take general coagulation，clarification，filtration treatment process.The east of the Daqinghe River can be pretreated by UF.

Seawater desalination，The quality of water intake，Pretreatment，The coastal waters of Hebei Province

P74

：A

：1005－9857（2017）07－0060－07

2016－12－26；

：2017－06－01

河北省科技計劃項目“河北省沿海海水淡化水源地選劃關鍵技術研究”（16273102D）.

朱琴，工程師，碩士，研究方向為海洋地質