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海水淡化设备预处理的目的

海水预处理是指海水进脱盐工艺(设备)前的处理工艺,也可称海水前处理,其目的是从海水中去除对后续工艺和设施(备)有危害的物质或降低其含量,最终达到海水淡化设备进水水质要求,确保海水淡化系统的高效低耗和长期安全运行。

沿岸和近海海水水质受水体循环、自然环境和人类社会活动影响较大,在不同海域和季节,海水含盐量、水温、浊度和有机物等指标随时空不同而有很大差异。海水淡化的海水水源通常取自近岸地表5m以下的海水,含有较多杂质,不宜直接进淡化设备,需进行预处理。

海水预处理中需去除的物质大致可归纳如下。

(1)漂浮物 可分为固体类和液体类,固体类如杂草、树枝、塑料和冬天的冰凌等;液体类如石油、废机油和动物油脂等。这些漂浮物会堵塞取水管,损坏取水泵的叶轮,造成海水取水量下降,影响海水取水设施的安全。为避免或减少漂浮物进入输水管,取水管头部铺设水深应大于3~5m,在取水头部或集水井内设置格栅和旋转栅网,拦截固体漂浮物。金属材质的格栅和栅网需进行防腐处理。

(2)浮游生物 如藻类有绿藻、赤藻等;海生贝类有牡蛎、贻菜、藤壶等。它们在适宜条件下大量繁殖污染水质,堵塞栅网,会在取水管壁内或取水构筑上形成厚度约2~5cm的一层坚硬的贝壳层,增加输水阻力,使流量减少。这种生物污染对输水设施具有很大的破坏性,应在取水头部或集水井定期投加生物灭杀剂(如液氯、次氯酸钠等)。

(3)细菌和微生物 细菌和微生物是一种生物活体,生物态颗粒有机物,颗粒尺寸大致在10-5~10-2mm范围,其中致病菌如大肠杆菌等,主要来源于排海生活污水,会危害人的健康。据检测,个别沿岸海水中粪大肠菌群大于23000CFU/L。为达到供水卫生指标,菌落总数应<100CFU/mL,总大肠菌群为0CFU/100mL。消毒灭菌也是海水预处理与后处理的一项重要内容。

(4)悬浮物 可分为无机类和有机类,无机类如泥沙、黏土、硅酸盐等,有机类如菌类、生物胞囊、大分子有机物等,颗粒大小在10-4~1mm范围,是使水体浑浊、变色的主要原因。海水中悬浮物含量因受泾流、风浪、潮汐等因素影响变化较大,低含量的海域只有2.0mg/L;高含量的海域有时可达5000mg/L,而且海水悬浮物含量的日变化幅度可达300~400mg/L。大颗粒泥砂悬浮物可采用沉砂池沉降处理;细小颗粒的悬浮物应采用混凝-沉淀-过滤工艺处理。

(5)胶体微粒 胶体微粒在海水中处于一个均匀而稳定的分散体系,颗粒直径约在1~200nm范围,其属性可分为无机类如黏土、金属氢氧化物等;有机类如蛋白质、腐殖质等和两者相互抱团的结合体。胶体物质主要来源于海底土壤、水生动植物分解体和排海的生活与工业废水。胶体会恶化水质,污染反渗透膜与离子交换膜,堵塞膜孔,使产水量和脱盐率下降。由于胶体微粒的静电斥力、水化层作用和布朗运动,使其在静止水体中也不会重力沉降,只有通过混凝反应,破坏胶体稳定性,形成矾花,经沉淀过滤去除。

(6)溶解性物质 是指会影响海水淡化过程,溶于海水的一些分子和离子。

①铁、锰、铝在海水中一般以氢氧化物存在。海水中总铁含量为0.2~1.5mg/L,铁有Fe3+和Fe2+。锰、铝的含量约0.01~0.10mg/L。它们会污堵反渗透膜和离子交换膜,按反渗透和电渗析进水要求,应分别小于0.05mg/L和0.3mg/L,如海水中含量超过指标值,应在海水预处理中除去。

②钙离子(Ca2+)和硫酸根()在沿岸海水中浓度分别为250~420mg/L和1100~2700mg/L,应通过海水淡化的水回收率、斯蒂夫饱和指数(S&DSIc)和硫酸钙溶度积的计算,判断是否会产生碳酸钙(CaCO3)和硫酸钙(CaSO4)的沉淀。当有沉淀趋向时,可采用降低水回收率、加酸调节pH值或加阻垢剂等处理措施。

③海水中溶解气体有氧(O2)、游离二氧化碳(CO2)和氨氮分子,在蒸馏法海水淡化过程中,这些溶解气体会在传热面上积累而形成气膜,从而降低传热速度。O2在高温下会加速金属腐蚀反应。氨氮能与铜生成铜氨络离子,腐蚀铜金属设备。这些溶解气体可采用真空抽气设施除去。

④在消毒杀菌处理过程中投加的氯气、次氯酸钠或二氧化氯会在海水中残留部分活性余氯,其具有极强的氧化性,会损坏反渗透膜、离子交换膜和金属设备,因此在进入海水淡化设备前,应投加还原剂如亚硫酸氢钠予以消除。

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