委內瑞拉某海水淡化項目預處理工藝的選擇

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，杭州 311122）

委內瑞拉位于南美洲北部，北臨加勒比海和大西洋，海岸線長達2 813 km。海水、石油、礦產資源非常豐富，淡水資源卻極度匱乏，“水比油貴”的局面一直困擾著當地政府。海水淡化作為解決水資源短缺的主要手段，已經為40多個國家解決了飲用水問題[1]。因地制宜，海水淡化是解決委內瑞拉淡水資源短缺的有效途徑。

海水淡化主流技術有蒸餾法和反滲透膜法[2]。蒸餾法主要分為多效蒸餾、多級閃蒸和壓氣蒸餾。膜法海水淡化主要有電滲析法和反滲透膜法。反滲透膜法投資少、占地省、能耗相對較低，因此作為一種典型的方法在全世界廣泛應用，反滲透膜法約占全球海水淡化工程的60%[3]。膜法海水淡化預處理技術是保證膜法海水淡化裝置穩定、可靠、長期運行的關鍵因素之一。本文以委內瑞拉某海水淡化工程為例，對膜法海淡的預處理進行了比較與選擇，優選出最佳的預處理方案，為膜法海水淡化系統的長期穩定運行提供必要條件，為同類型的海水淡化項目提供設計依據。

1 影響預處理工藝選擇的主要因素

1.1 反滲透裝置進水指標要求

膜法海水淡化的關鍵是反滲透膜，其原理是在高于溶液滲透壓的作用下，依據其他物質過半透膜而將這些物質和水分離開來。RO膜孔徑非常小（僅為0.000 1 μm左右），因此能夠有效去除水中的溶液鹽類、膠體、有機物、微生物等。RO膜的壽命一般只有5年，這是造成海水淡化處理成本較高的一個主要原因。

引起RO膜壽命降低的主要因素有三個方面。一是進水的溫度、壓力、pH值、余氯含量等參數的劣化，引起RO膜的水解及氧化；二是進水的懸浮物、有機物、膠體和可溶性高分子聚集在膜表面，使膜表面受到污染；三是進水的微生物和細菌、微生物和及細菌的殘體還會以固體形式析出，降低膜的性能。

預處理的目的就是去除進水的懸浮物、有機物、膠體、可溶性高分子、微生物、細菌及某些有害物質（如鈣、錳、鐵、氧化物等），使其達到反滲透進水水質要求，如表1所示。

表1 反滲透進水水質指標

1.2 水水質及處理量

委內瑞拉某海水淡化項目規模為10 000 m3/d，取水水源水質較好，具體海水水質如表2所示。

表2 海水水質指標

1.3 海水取水工藝

海水取水的難點在于海水取水位置的潮位差、風浪、海水氯離子的腐蝕性及取水口微生物、細菌和貝類的生長。典型的海水取水工藝有表層海水取水、海灘水井取水、海床過濾取水和海灘水平暗渠取水[4]。各取水工藝的優缺點如表3所示。

表3 海水取水工藝的優缺點

委內瑞拉某海水淡化項目取水海灘平緩、潮位差小、水質較好，經過取水方案比選和環境評價后，選擇采用表層海水取水工藝，在取水海灘修建兩條明渠引水至海水取水池，然后經泵提升至海水淡化車間。在海水取水頭部投加次氯酸鈉殺菌劑，防止海水取水口及取水渠藻類和貝類的滋生，降解有機物并殺菌。

2 一級預處理工藝比選

2.1 氣浮和混凝沉淀的比選

氣浮原理是指溶氣系統在水中產生大量的微細氣泡，以微小氣泡作為載體，黏附水中的懸浮物顆粒，造成密度小于水的狀態，利用浮力原理使其浮在水面，從而實現固-液分離[5]。氣浮具有預曝氣、脫色、降低COD的作用，對低濁含藻水及含油廢水來說，氣浮處理效率高，出水水質好，占地面積小。但是，氣浮池建造成本較高，運行維護費較高，對一些高密度且體積較大的顆粒（如砂礫等）去除效果很低甚至沒有。

混凝沉淀法分為凝聚和絮凝兩個階段。凝聚是指通過添加混凝劑等電解質，在水體中形成膠團，與水體中的膠體物質發生反應相互吸附在一起，凝結成團。絮凝是指通過添加助凝劑，將凝聚階段生成的膠團轉變為較大絮狀顆粒的過程，使得其密度比水大從而產生沉降[6]。混凝沉淀不但可以去除原水中粒徑為10-3～10-6的懸浮物，而且能夠去除油分、色度、氮磷等富營養物質、微生物以及重金屬等。混凝沉淀具有構造簡單、管理方便等優點。

根據委內瑞拉某海水淡化項目水質，油及COD值都比較小，通過氣浮與混凝沉淀法的比選，本工程選用混凝沉淀法。

2.2 V型濾池和無閥濾池的比選

過濾是預處理工藝中去除濁度的最后也是最重要的環節，根據過濾水流流向、濾料材質及其級配、閥門的配置、配水系統的形式及反沖洗方法的不同，主要分為無閥濾池、普通快濾池、V型濾池以及翻板濾池等。海淡預處理過濾采用較多的是無閥濾池和V型濾池。

無閥濾池進、出水采用虹吸原理，用虹吸管替代閥門，不需要另外設置反洗設備，易操作，造價低。但是，反洗強度不易控制，影響濾料砂層的沖洗效果，出水水質不穩定，反洗的耗水量也較大（占產水量的3.8%）。

V型濾池采用V型槽配水，另外配置氣水反洗設備。反沖洗時進行表面掃洗，可進行水反洗、氣水反洗、氣反洗等，沖洗效果好且穩定，沖洗水量低，運行自動化程度高，管理方便。

委內瑞拉某海水淡化項目為市政供水項目，對出水水質要求高，且水廠建設規模較大，選用V型濾池作為一級預處理的過濾設備。

3 二級預處理工藝比選

海水二級預處理的目的是進一步去除海水中雜質，使出水水質達到反滲透裝置的進水要求。二級預處理工藝主要有超濾和多介質濾器。

超濾基本上是按分子量大小進行分離的壓力驅動膜過程，超濾膜的孔徑在1～100 nm，能夠有效截留水中大于該孔徑的懸浮物、微生物、膠體、有機物甚至是氨氮成分，出水濁度低，一般能保證產水SVI＜3。超濾可采用模塊化設計，結構緊湊，占地少，美觀；超濾膜裝置總體高度不高，對廠房層高要求低；自身重量輕，對土建基礎要求小；超濾膜元件的外殼一般為塑料材質，防腐性能好。但超濾膜本身存在被污染的風險，膜污染導致系統運行穩定性變差、膜孔堵塞等問題，膜組件需要定期進行維護清洗，運行幾年后也需要進行更換，投資及運行費用較高。

多介質濾器內填充不同級配的石英砂、無煙煤濾料。過濾過程是水通過濾料，水中膠體、絮體、藻類等顆粒在不同級配濾料層被截留，發生重疊和架橋過程，形成一層附加的濾膜，從而使過濾后的水質提高，同時過濾器進出口壓差逐漸增大。當壓差達一定值時，濾料需氣水反洗、水正洗，恢復濾器的原工況狀態。多介質濾器造價較低，運行費用低，出水水質較好，能滿足反滲透進水水質要求；多介質濾器的濾料為石英砂和無煙煤，使用壽命較長。但是，多介質濾器一般為鋼制結構，內部需要做襯膠防腐，外部做涂漆防腐，設備高，重量大，對土建基礎要求較高。

結合近幾年來反滲透二級預處理選用超濾和多介質濾器的實際運行狀況，尤其是海水淡化中的實際過程，超濾的預處理效果均不理想，運行維護費用高。而采用多介質濾器作為海水淡化二級預處理，實際運行表現良好，運行維護費用低。

綜上所述，本工程選用多介質過濾器作為海水淡化的二級預處理工藝。

4 結論

經過綜合對比，結合各預處理工藝的優缺點、委內瑞拉某海水淡化項目海水水質、占地面積、取水工藝及類似的海水淡化項目經驗，選用混凝沉淀池+V型濾池+多介質濾器的預處理工藝，以保證反滲透裝置的進水水質符合要求，實現穩定運行。