Lamella技術在海水淡化高濁度水源預處理中的應用

李 華

(1 江蘇豐海新能源工程技術有限公司，江蘇 鹽城 224100；2 華北電力大學，北京 102206)

1 海水淡化飲用水需求現狀及Lamella介紹

世界范圍的淡水資源短缺問題呈現上升趨勢，社會正在轉向海水淡化這一策略來縮小淡水和干旱需求的供應。2013年每天全球海水淡化廠產能達到4億噸，2016年達到了8.86億噸。在全球的很多地方，例如中東和北非海水淡化是一種不可缺少的淡水資源。中東北非地區是全球海水淡化設施最為集中的地區，沒有之一，約55%的淡化海水生產能力分布于這一地區的不同國家，其中絕大部分又都位于海灣地區的6個阿拉伯國家。阿聯酋是僅次于沙特的世界第二大淡化海水生產國，后者每天可生產淡化海水量約14.52億加侖，而阿聯酋在2017年的產量約為11.93億加侖[1]。

拉美爾技術最早是有法國德利滿公司開發，是在傳統的平流沉淀池的基礎上，利用了動態混凝、加速絮凝原理和淺池理論，把混凝、強化絮凝、斜板沉淀三個過程優化，具有常規技術無法比擬的性能，達到較高的負荷。由凝聚混合區、凝聚反應池、預沉池-濃縮區、斜管分離區及剩余污泥排放系統組成，把混合、絮凝反應池、沉淀池、濃縮池合成在一個池中[2]；可用于各種類型的固液懸浮物的分離。由于其表面積的增加和沉降距離的減小，而且具有傾斜角度斜板的沉淀池能夠比傳統的沉淀池更快地分離顆粒[3]。建造成本與傳統沉淀池污水廠相比，總成本節省約30%，而且傳統沉淀池占有相對大的面積，通常需要很長的停留時間從液體中分離懸浮物。高效拉美爾沉淀池是針對固液分離實用的解決方案，可用于取代傳統沉淀池或者升級提高原有沉淀池的容量和效率[4]。

2 目前高濁度水源海水淡化預處理工藝

連云港某海島海水懸浮物500～700 mg/L，海水表觀類似于黃河河水。

目前海水淡化工程中對高濁度水源的預處理主要有四種，例如混凝沉淀池、高密度沉淀池、Lamella沉淀池、氣浮；V型濾池、多介質過濾器、砂濾、超濾、納濾等僅適合于低濁度低污染水源的直接使用，對于高濁度水質，V型濾池、超濾、納濾等不能直接使用，必須經過前期的處理，才能使用，不然會造成嚴重堵塞和污染。

四種工藝的區別在于混凝階段的原理和阻擋板的布置。混凝沉淀池借助水力在大型池體內的流動混合；高密度沉淀池是高度集成的工藝設備具備了完整的混合、絮凝、沉淀、濃縮功能。通過加藥使水中的懸浮物形成大的絮凝體，絮凝體的重量增加，加快其沉淀速度；Lamella沉淀池原理與高密度沉淀池相似，主要區別為池形和阻檔板介質的布置不同。針對這三種技術的關鍵參數，技術特點等進行了比較，見表1。表中數據針對高濁度水質，低濁度水質差異較大。

表1 沉淀池、高密度沉淀池、Lamella沉淀池性能對比

氣浮能夠去除很高比例的天然有機物，即去除90%～99%的藻類細胞以及90%的油污。而混凝沉淀法只能去除60%～90%。這是氣浮的一個很重要的區別于其他方法的應用，因為藻類很難通過傳統的沉淀法去除，并可能導致顆粒介質過濾器堵塞和過濾器運行時間縮短。氣浮所需配套設備較多，如溶氣裝置、釋氣裝置、壓縮空氣設備、刮泥機等，運行電耗較沉淀有所增加。氣浮技術一般應用于嚴重藻類污染的區域[5]。

3 Lamella構造和工作原理

通過在沉淀分離區內設置若干數量薄板，單位占地面積上獲得成倍有效沉淀面積的高效固液分離裝置。斜板加長至1.5 m，分離效率提高，較常規斜管效率高1.5～2.0倍；良好的水力條件，無死角及漩渦，沉淀效果更佳。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

工藝流程描述：

源水經過提升泵，在提泵出口管道中加入混凝劑，使水中污染物在遠距離發生反應后過入反應池，反應池流速降低使混凝劑反應更充分；反應池出水處加入助凝劑后進入混后槽，使反應池的絮凝體更大，更密實，才能實現理想的沉淀效果；混合槽出水進入緩沖池，然后進入Lamella沉淀池，絮凝體在此階段可得到徹底的去除。

圖2描述了(a)常規設計和(b)與Lamlla設計水流流場的區別。在常規設計在池中心產生了一個大的再循環渦流，并產生了兩個小渦，一個在入口下方，另一個在料斗附近；在Lamella系統的情況下，中心渦被劃分為兩個較小的渦。入口下面的渦旋現在更小，并完全放置在入口通道下面，使絮凝體沉淀效果更好[6]。

圖2 流場輪廓為常規設計(a)和Lamella設計(b)

在國外在型海水淡化廠預處理工程中應用較多，如圖3所示的澳大利亞Cape Preston海水淡化廠，預處理采用了Lamella技術，預處理水量達到98440 m3/d。

圖3 澳大利亞Cape Preston 海水淡化廠Lamella沉淀池

4 Lamella技術實踐應用

連云港某海島海水濁度可達1000 NTU，懸浮物500～700 mg/L，海水表觀類似于黃河河水。為了滿足和改善駐島軍民的生活需要，新建了海水淡化設備工程，針對海水高濁度高懸浮物的特點，根據現場實驗，確定采用了Lamella上向流預處理工藝，設計出力為5 m3/h，分離區表面負荷2.2 m/h，出水濁度可達到<2 NTU。設備主體采用碳鋼材質，內襯玻璃鋼材料，防止海水對本體的腐蝕。包括凝聚混合區、凝聚反應區、凝聚緩沖區、凝聚污泥濃縮區和凝聚分離區；處理能力4.5 m3/h，1座，1.5 m(寬)×1.6 m(長)×3.3 m(深)，具體參數與數據如下：

4.1 凝聚混合區

設有機械攪拌器，用以快速混合投加的助凝劑，采用陰離子高分子類助凝劑，混凝劑投加位置位于助凝劑前端20 m處。助凝劑投加時混凝劑已與水中顆粒特形成了稍大的體積，在攪拌機的作用下，水體發生充分的混合，水力停留時間3 min。

4.2 凝聚反應區

從混合區底部進入反應區，反應池也設置一臺低轉速機械攪拌器，可以使絮凝反應更充分、完全，在反應區內就能夠形成較大體積、更加密實、均勻的礬花。圖4為連云港某海島Lamella反應凝聚反應效果圖，由圖4可見，反應池中形成的礬花體積較大、分布均勻、水力停留時間2.5 min。

圖4 連云港某海島海水淡化Lamella反應池

4.3 凝聚濃縮區

為避免進入較大面積的濃縮區對流場造成影響，凝聚緩沖區可將礬花的移動速度放緩，避免造成礬花的破裂及避免渦流的形成，也使絕大部分的懸浮固體在該區沉沉淀并濃縮。濃縮區呈現錐形，污泥可靠重力收集和排除。水力停留時間4 min，排泥濃度達3%～5%，不需另設濃縮池。

4.4 凝聚分離區

斜管沉淀區主要作用是去除礬花，可使沉淀在最佳狀態下完成，出水濁度≤2 NTU。整座池產表面負荷為2 m3/m2·h，停留時間20 min。

斜管采用乙丙共聚材質，?50×1100，安裝角度55°。出水清澈，水質穩定，進、出水濁度數據如圖5所示。

圖5 濁度變化

5 結論和建議

通過對在實際工程中的運行實踐監測和水質分析，Lamella技術具有對高濁度水質具有良好的適應性，出水水質可達到后續工藝的進水要求、水質穩定、效率高、占地少，在高濁度水質的黃海海域具有廣泛的應用前景。