外海島嶼取水設計方案-以汕尾龜齡島為例

黃成 中交廣州水運工程設計研究院有限公司

1.工程概況

1.1 島嶼現狀

龜齡島位置在紅海灣東部，汕尾市區捷勝鎮南端海域，距離最近陸地約為3.12公里。龜齡島為未確權無居民海島，現在有較小程度的開發利用，開發利用主要集中在海島西側海岸，主要包括：海島名稱標志碑、國家大地測量控制點、少量廢棄的漁民自建房屋和養殖池、媽祖廟及其附屬建筑、守廟漁民自建房屋、簡易碼頭、水井以及蓄水池、簡易道路等基礎設施。

1.2 供水現狀

龜齡島現有淡水資源為海島西南側有一古井，已安裝自動取水裝置，井水仍可使用；海島西北側廢棄房屋后方有被填充的廢棄水井數口。古井南側有一人為開挖蓄水池，蓄水面積達303平方米，曾用作蓄積雨水，用于島上生活，現處于閑置狀態。此外，海島西北側廢棄房屋后方也有一蓄水池，蓄水面積達57平方米，處于暫時閑置狀態。

本項目海島面積約0.18km2，面積不大，距離大陸約有3km有海路，將來的功能發展定位為游客300人次/天，作為一個半原始生態島嶼，海島用途為旅游娛樂用島，海島開發后用水需求主要為島上工作人員及游客生活，通過市政供水管網在海底預埋加壓給水管道至龜齡島直接供水，將存在供水總量相對較小、施工難度相對較大、預埋供水管線易出現侵蝕破損、維修困難等問題。因此考慮根據國家資源政策和海洋產業發展導向，在龜齡島試點通過小型海水淡化工程滿足島上人員日常生活用水。

由于各種原因，已建供水站位置在島北面山頂平臺，山頂平臺和四周海域交界處為陡峭山坡，不利于取水設備布置和固定，原有取水方案需經技術和經濟比選后再確定是否可行。

2.取水方案

方案一：山頂平臺外側礁石海面建設高樁引橋，伸出海中50m，之后再建造海水泵平臺，永久固定海水泵。

方案二：在碼頭引橋外側固定海水泵。潛海泵安放在鋼槽內，采用膨脹螺栓固定鋼槽在引橋的樁身（極端低水位以下），通過DN100海水管將海水輸送至海水淡化設備。

方案一和方案二采用的海水泵均為潛海泵，一用一備。

3.取水方案比選

3.1 方案一優缺點

優點：①水泵位于外海，水質較好；②管線距離較短；③海水泵所需揚程較低，為18m。

缺點：①水泵位于外海，風浪較大，海水泵的固定能否經受極端氣候的考驗無法確定，存在遭受破壞、無法正常工作的危險；②檢修不方便，海水泵位置遠離陸地，人員作業時易發生不確定的意外情況，并易發生墮水的危險；③工程造價昂貴，并影響工期。因近岸區域無位置固定海水泵，并要求取得較好水質，需要修建高樁引橋，工程較大。且需要增加海水泵抗風浪的投入，由于此海域無勘察資料和前期咨詢成果，會嚴重影響工期；④盡管海洋局有批準海域使用權的權力，但在此方案設置引橋和潛水泵平臺，對航道的通航安全可能有一定影響，還是需要海事和航道等部門的批復。

3.2 方案二優缺點

優點：①方便檢修維護海水泵，且可保證作業人員的安全；②風浪相對較小，海水泵工作穩定，不易受大風浪影響；③造價相對便宜，不需建造水工構筑物。

缺點：①海水輸送管道較長，約400m；②水質可能受船舶污染，與方案一相比較取用海水水質差；③海水泵所需揚程較高，為39m。

3.3 方案比選

根據上述方案優缺點對比，方案一選址位置存在：“作業環境危險、工程造價高、工期長”這三個主要問題。方案二管線較長，會增加工程費用，但和方案一新增高樁引橋相比，其價格顯得微不足道。

因此，推薦使用方案二，將海水泵固定在碼頭引橋的樁上，此方案較經濟且符合本項目實際。

4.推薦取水方案優化

推薦方案最大缺點在于碼頭區域水質污染較大，為此，設計中已制定如下改善出水（淡化后的生活用水）水質的措施。

（1）加強船舶管理，嚴禁船舶在碼頭排放機艙底污水、生活污水和固體垃圾物。

（2）加強港池附近水質巡查，發現水質變差，應停止抽水。

（3）在海水調蓄池前設混凝沉淀池，可通過混凝沉淀機理有效沉淀去除海水中有機物、貝殼、固體垃圾等雜質，改善進水水質。

（4）根據《城鎮給水排水技術規范》（GB 50788-2012），配置自潔式臭氧消毒器，淡化后的生活用水經消毒再提供島內給水點，可確保用水衛生要求。

5.海水淡化工藝

5.1 反滲透膜法

進行反滲透前海水先經過預處理，再經過RO反滲透——深度脫鹽處理，經過數道工序處理后，可除去水中的微粒、膠體、有機質、重金屬離子、細菌、病毒、熱源等有害物質及溶解鹽，該工藝脫鹽率高達96～99%，該工藝包括預處理系統（原水泵、自清洗過濾器、超濾裝置、10μm過濾器、5μm保安過濾器）、RO反滲透系統（設備電控、高壓泵、RO機件）。

5.2 多級閃蒸技術

先采用澄清和加氯消毒對海水進行處理，然后將海水送入降溫段作為降溫水使用。離開降溫段的大部分降溫海水又排入海中，小部分作為補給海水，通過預處理，從降溫段末級閃蒸室流入第一級閃蒸室，其室內的壓力低于海水所對應的飽和蒸汽壓，一些海水快速汽化，降溫后即為所需淡水；其他剩余海水溫度冷卻下來，進入另一個壓力更低的閃蒸室，又繼續蒸發和降溫的過程。串聯系統全部的閃蒸室，室內壓力逐步降低，海水也對逐步級降溫，持續產出淡化水。

5.3 工藝比選

反滲透膜法優缺點：①耗能小，設備簡單，安裝簡易，占地面積較小，腐蝕及結垢均較輕微，對環境影響較小，換膜的操作相對比較簡單；②薄膜成本高且其使用壽命有限，單機產能相對低于多級閃蒸技術；③一次投資較小。

多級閃蒸技術優缺點：①使用范圍廣、技術成熟，一般執行效率并不直接與閃數成比例，運行簡單可靠，單機產能較大，維護成本低；②對環境影響較大，能耗較大，設備龐大，占地廣，提高了成本，單機產能大，出現故障后，難以實現連續生產的平衡；③一次投資較大。

5.4 比選結論

通常采用反滲透工藝是適合獨立設置的海水淡化設施，較大型的海水淡化系統適合采用多級閃蒸等，對于海水淡化項目（十萬噸級及以上）來說多級閃蒸技術則更為經濟、可靠、安全。

由于海水淡化反滲透技術的日益成熟，且非常適用于對環保、節能有較高要求的海島供水工程。本工程為小型海島海水淡化供水站，采用反滲透工藝較為經濟合理，因此采用此項海水淡化技術建設供水站。

6.海水淡化方案

考慮陸用海水淡化設備適用于海島、海濱浴場及沿海缺水城市，本工程采用一體化海水淡化設備進行海水淡化處理供給島上生活用水。設計采用海水作為水源，淡化海水使其滿足國家生活飲用水水質標準的淡水。能夠滿足島上旅客使用淡水的需求，并能長期安全可靠地運行。

設備按水溫5～35℃狀態下的數據而設計的，反滲透主機及預處理設備預留進出水口接駁法蘭，將系統管道連接，通入海水、接通電源并啟動設備后就可以連續生產淡水。為實現單機的作業和清洗以及設備的半自動化，采用PLC全自動控制全套設備，系統安全可靠及連續工作能力強。

設備無易損零件，無需進行大規模維修，可以持久有效運行。設備設有預處理系統，保護高壓泵及RO膜不受微粒雜質或其它堅硬物體損壞；同時低壓開關保護高壓泵，保證不因供水停止損壞設備。低壓聚酰胺復合膜脫鹽率高，運行壓力低，確保系統高效運行并使其運行成本降低。產品水設置流量計用來監察并調節設備出水量及設備水利用率，采用合理的設計工藝，提高水利用率。淡水電導率儀連續監測產水水質，先進的能量回收裝置可回收反滲透系統98%以上的廢棄能源，降低淡水生產成本60%。

7.結論

本工程為外海島嶼項目，根據國家相關資源政策和海洋產業發展導向，在龜齡島試點通過小型海水淡化工程滿足島上人員日常生活用水。經過經濟技術比選：①海水取水方案采用在碼頭引橋外側固定海水泵，通過長距離海水輸水管將海水輸送至海水淡化設備；②本項目工程為小型海島海水淡化供水，采用反滲透工藝較為經濟合理，考慮采用一體化海水淡化設備進行海水淡化處理供給島上生活用水。