滿足三沙市永興島上的居民生活用水需求，根據(jù)海島特點(diǎn)，在島上新建海水淡化廠，利用海水作為水源直接供應(yīng)清水。水廠設(shè)計(jì)規(guī)模1 000 m3/d，采用斜管沉淀-超濾-反滲透-再礦化的凈水處理工藝。其中沉淀表面負(fù)荷為1.46 m3/(m2·h);超濾設(shè)計(jì)通量為30 L/(m2·h)，回收率90%;采用二級(jí)反滲透，其中一級(jí)反滲透設(shè)計(jì)產(chǎn)水通量0.60 m3/(h·支)，最大壓力6.5 MPa，二級(jí)反滲透設(shè)計(jì)產(chǎn)水通量0.90 m3/(h·支)，最大壓力12.5 MPa;反滲透產(chǎn)水采用投加CaCl2和NaHCO3進(jìn)行再礦化。建成后運(yùn)行產(chǎn)水水質(zhì)滿足國標(biāo)要求，飲用口感良好，電耗約3.5 kW·h/m3。

1 建設(shè)前島上供水狀況

在海水淡化廠建設(shè)前，島上居民的飲用水主要依靠補(bǔ)給船定期向島內(nèi)補(bǔ)給，每船的補(bǔ)給量約為200 m3。船運(yùn)的補(bǔ)給淡水用運(yùn)水車運(yùn)送至各居民自建的水窖儲(chǔ)存，水量有限，僅供日常居民餐飲使用。

除飲用以外的其他生活用水水源主要是島上降雨，即依靠匯集各建筑屋頂雨水，儲(chǔ)存在自建雨水窖。自建雨水窖零散分布于各建筑間，部分有簡單的沉淀、過濾設(shè)施。原先各雨水窖儲(chǔ)存的雨水均通過水泵輸送至工委建設(shè)的雨水凈化站，經(jīng)凈化后使用。但淡化廠建設(shè)前雨水凈化站已報(bào)廢，居民一般自行加壓直接將雨水用作洗滌、沖廁等飲用外的生活用水。

2 原水水質(zhì)

永興島附近海域環(huán)境保護(hù)良好，水質(zhì)清澈，原水濁度≤10 NTU，其余主要水質(zhì)指標(biāo)見表1。

3 工程規(guī)模及目標(biāo)

本項(xiàng)目水廠產(chǎn)水規(guī)模為近期1 000 m3/d，遠(yuǎn)期2 000 m3/d。

產(chǎn)水目標(biāo)：原水采用海水，出水水質(zhì)達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006)的要求。

4 技術(shù)方案

4.1 海水淡化技術(shù)

本工程近期產(chǎn)水規(guī)模1 000 m3/d，規(guī)模較小，工程地點(diǎn)位于永興島，路途較遠(yuǎn)，島上物資匱乏，所有物資均需船運(yùn)上島，交通不便，島上可用地面積較小，因此采用的海水淡化技術(shù)應(yīng)具有占地面積小、工程量小、自動(dòng)化程度高、安全可靠、運(yùn)行過程耗材種類少、用量小的特點(diǎn)，分析上述工程特點(diǎn)，推薦采用反滲透海水淡化技術(shù)。

反滲透技術(shù)目前一般采用一級(jí)過濾，但Rodrguez通過研究認(rèn)為,當(dāng)原水中硼含量>3.5 mg/L時(shí)需要使用多級(jí)反滲透工藝。本工程海水硼濃度為4.5 mg/L，因此采用二級(jí)反滲透技術(shù)。

4.2 海水預(yù)處理技術(shù)

反滲透膜進(jìn)水水質(zhì)要求較高，海水原水一般需進(jìn)行預(yù)處理。常規(guī)預(yù)處理技術(shù)采用加入絮凝劑對(duì)海水中海洋浮游生物、膠體物、固體顆粒進(jìn)行沉淀后，再經(jīng)過砂濾過濾。其優(yōu)點(diǎn)是除濁的效率較高，技術(shù)比較成熟。其不足之處在于處理過程中需投加化學(xué)藥劑，整套預(yù)處理構(gòu)筑物占地面積較大。永興島處于西沙群島，其主體由珊瑚礁及其風(fēng)化產(chǎn)物構(gòu)成，可用地面積較小，島周圍無外源污染物，絮凝過程中投加的絮凝劑部分殘留在濃鹽水中，隨濃鹽水一起排海會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成污染。

因此，本工程從減少使用藥劑保護(hù)環(huán)境、節(jié)約工程用地等方面考慮，采用電解沉淀+超濾預(yù)處理工藝。海水是理想的電解液，納米催化電解可在短時(shí)間內(nèi)氧化分解海水中的有機(jī)物，使海水脫穩(wěn)，具有一定的絮凝效果，通過后續(xù)沉淀工藝去除水中的膠體物質(zhì)和懸浮性物質(zhì)，無需投加化學(xué)藥劑。同時(shí)電解過程中產(chǎn)生的Cl、O等自由基，可有效殺滅藻類、微生物等，解決膜生物污染的問題。電解預(yù)處理技術(shù)已在三沙市趙述島40 m3/d小型海水淡化工程中得到應(yīng)用，效果良好。沉淀后出水采用超濾膜過濾可確保滿足反滲透進(jìn)水水質(zhì)要求，減輕對(duì)反滲透膜的污染。

4.3 反滲透產(chǎn)水再礦化技術(shù)

海水經(jīng)淡化處理后，鈣離子含量很低，其水質(zhì)不穩(wěn)定且具有較強(qiáng)的腐蝕性，因此本工程考慮對(duì)其進(jìn)行化學(xué)穩(wěn)定性處理。改善海水淡化水穩(wěn)定性的措施是對(duì)其進(jìn)行再礦化處理，提高水中礦物質(zhì)和堿度含量，使其水質(zhì)穩(wěn)定，不具有腐蝕性，并符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，這樣既可以維護(hù)居民身體健康又能穩(wěn)定水質(zhì)。

礦化通常是通過過濾、投加化學(xué)藥劑等措施來實(shí)現(xiàn)。海水淡化產(chǎn)水再礦化處理是調(diào)節(jié)產(chǎn)水pH，加入鈣等礦化物，從而調(diào)節(jié)反滲透產(chǎn)水的堿度和硬度，適度提高pH，使產(chǎn)水的總堿度為80 mg/L(以CaCO₃計(jì))，總硬度為80～120 mg/L(以CaCO₃計(jì))。使水質(zhì)既不產(chǎn)生結(jié)垢，也不對(duì)輸水管造成腐蝕。

可用于反滲透產(chǎn)水再礦化處理工藝方案大致有如下5個(gè)。

(1)向反滲透產(chǎn)水投加CO₂和過量的Ca(OH)₂，反應(yīng)式：2CO₂+Ca(OH)₂=Ca(HCO₃)₂。

(2)投加CO2后的反滲透產(chǎn)水通過CaCO3的濾床，反應(yīng)式：CO₂ + H₂O + CaCO₃=Ca(HCO₃)₂。

(3)投加Ca(OH)₂和Na₂CO₃，反應(yīng)式：Ca(OH)₂+Na₂CO₃=CaCO₃+2NaOH。

(4)投加CaCl₂和NaHCO₃，反應(yīng)式：CaCl₂+2NaHCO₃=Ca(HCO₃)2+2NaCl。

(5)用處理后的含鹽水與反滲透產(chǎn)水進(jìn)行適量的勾兌。

以上5個(gè)方案，應(yīng)根據(jù)工程情況、水質(zhì)、處理水量和投資運(yùn)行成本進(jìn)行比選。方案3、方案4、方案5主要是向淡化水中投加藥劑，操作運(yùn)行維護(hù)較為簡便，但費(fèi)用較高，適用于較小型的淡化水裝置。方案1、方案2適用于較大型的海水淡化廠，其中方案2具有更高的經(jīng)濟(jì)性。

本工程產(chǎn)水規(guī)模為1 000 m3/d，屬于小型海水淡化工程，且距離陸地比較遠(yuǎn)，CO2的儲(chǔ)存及運(yùn)輸比較困難，且操作難度大，因此方案1和方案2不適用。Ca(OH)2需用生石灰制備，制備原料需要從陸地運(yùn)輸上島，且使用過程中會(huì)產(chǎn)生大量的石灰渣，造成新的污染和破壞，因此方案3不適用。方案5采用自來水與海水淡化水進(jìn)行勾兌，勾兌比例為1∶5～1∶10(淡化海水∶自來水)，但島上船運(yùn)淡水量不足，該方案不適用。

通過以上對(duì)比分析，本工程采用方案4，通過投加CaCl2和NaHCO3實(shí)現(xiàn)淡化水的礦化處理。

4.4 濃海水處理

本工程規(guī)模較小，周邊海水量巨大，濃海水采用排海處理。

5 系統(tǒng)流程

海水淡化系統(tǒng)由納米催化電解絮凝沉淀系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)、海水淡化膜系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)、藥劑投加系統(tǒng)組成。海水通過取水系統(tǒng)進(jìn)入納米催化電解機(jī)，電解機(jī)出水進(jìn)入斜板沉淀池，再經(jīng)過柱式超濾系統(tǒng)過濾后，作為海水淡化膜系統(tǒng)的進(jìn)水。在反滲透海水淡化膜分離設(shè)備進(jìn)行一級(jí)脫鹽處理;一級(jí)脫鹽處理后的水一部分直接作為飲用水，另一部分則進(jìn)行二級(jí)脫鹽;脫鹽處理后的淡水作為飲用水供給島上軍民使用，濃縮海水進(jìn)行排放。系統(tǒng)流程如圖1所示。

6 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

6.1 綜合池

綜合池包括納米催化電解系統(tǒng)、絮凝沉淀池、海水儲(chǔ)水池、預(yù)留水池、濾后海水池、一級(jí)淡水池、二級(jí)淡水池，組合建設(shè)。

(1)納米催化電解機(jī)?？紤]海島運(yùn)輸困難，同時(shí)減少排放濃海水對(duì)周邊環(huán)境的影響。沉淀池設(shè)計(jì)不投加混凝藥劑，采用納米催化電解機(jī)電解海水助凝。電解機(jī)設(shè)于絮凝沉淀池上部，設(shè)計(jì)處理能力115 m3/h，產(chǎn)生NaClO濃度0.8%。共設(shè)2組，單組處理能力57.5 m3/h，停留時(shí)間4.5 min，有效接觸時(shí)間3 min。

(2)絮凝沉淀池。3座，每座尺寸4 m(寬)×7 m(長)×5 m(深)，蜂窩斜管50×1 000，斜管90 m2，表面負(fù)荷1.46 m3/(m2·h)。

(3)海水儲(chǔ)水池。接收沉淀池出水，1座，鋼筋混凝土(防腐處理)材質(zhì)。尺寸4 m(寬)×8 m(長)×5 m(深);有效容積145 m3。

(4)濾后海水池。接收超濾系統(tǒng)出水，規(guī)格與海水儲(chǔ)水池相同。

(5)一級(jí)淡水池。接收一級(jí)反滲透系統(tǒng)出水，規(guī)格與海水儲(chǔ)水池相同。

(6)二級(jí)淡水池。接收二級(jí)反滲透系統(tǒng)出水及部分一級(jí)反滲透系統(tǒng)出水。永興島上用水時(shí)變化系數(shù)較大，二級(jí)淡水池容積應(yīng)滿足水量調(diào)節(jié)需求，有效容積按日供水量的20%取值。水池進(jìn)水管上投加次氯酸鈉，最大投加量2 mg/L。1座，鋼筋混凝土(防腐處理)材質(zhì)。尺寸5.5 m(寬)×8 m(長)×5 m(深)，有效容積200 m3。

(7)預(yù)留水池?？赏瑫r(shí)接收二級(jí)反滲透系統(tǒng)出水或其他淡水(如島外運(yùn)水等)。1座，鋼筋混凝土(防腐處理)材質(zhì)。尺寸4 m(寬)×8 m(長)×5 m(深)，有效容積145 m3。

6.2 綜合凈水車間

綜合凈水車間內(nèi)設(shè)超濾及反滲透系統(tǒng)。

6.2.1 超濾系統(tǒng)

采用壓力式膜，設(shè)2套膜主機(jī)，主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

設(shè)計(jì)水溫5～40 ℃，運(yùn)行壓力<0.15 MPa，產(chǎn)水率≥90%，膜組件材質(zhì)為聚偏氟乙烯(PVDF)，膜組件數(shù)量80支，設(shè)計(jì)通量30 L/(m2·h)。

6.2.2 反滲透系統(tǒng)

(1)一級(jí)反滲透系統(tǒng)。設(shè)計(jì)回收率43%，日運(yùn)行時(shí)間24 h/d，工作溫度5～40 ℃，運(yùn)行壓力≤0.65 MPa，膜組件設(shè)計(jì)產(chǎn)水通量0.6 m3/(h·支)。采用1堆膜組件，膜殼采用6芯裝，13支膜殼，78支膜芯。

(2)二級(jí)反滲透系統(tǒng)。設(shè)計(jì)回收率90%，日運(yùn)行時(shí)間24 h/d，工作溫度5～40 ℃，運(yùn)行壓力≤12.5 MPa。膜組件設(shè)計(jì)產(chǎn)水通量0.9 m3/(h·支);設(shè)計(jì)按1堆膜組件，膜殼采用6芯裝，6支膜殼，36支膜芯。

7 小結(jié)

三沙市永興島海水淡化廠于2016年12月建成通水。現(xiàn)已正常運(yùn)行一年多，產(chǎn)水1 000 m3/d，運(yùn)行中不投加混凝劑，消毒采用電解海水產(chǎn)生次氯酸鈉，全廠電耗3～5 kW·h/m3。水質(zhì)滿足國標(biāo)要求，飲用口感良好，較好地滿足了島上居民的生活用水需求。

蘇州浦宏環(huán)?？萍加邢薰臼且患覍Ｗ?/span>水處理設(shè)備的廠家，主要產(chǎn)品有RO反滲透設(shè)備，中水回用設(shè)備，EDI高純水設(shè)備,海水淡化設(shè)備，軟化水設(shè)備，超濾設(shè)備、去離子水設(shè)備，工業(yè)廢水污水處理設(shè)備等各種水處理技術(shù)的研發(fā)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)、安裝調(diào)試等一體化企業(yè)。商務(wù)咨詢：178-1187-2518 王工