海水淡化混凝预处理运行优化

晏玥

摘 要：本文通过研究混凝剂加药量、水的pH值、水温、流速等因素对海水淡化预处理影响，得出了网格絮凝池的最佳运行参数，并通过优化网格絮凝池的运行方式，使得网格絮凝池的出水满足系统设计要求。

关键词：预处理、混凝剂、网格絮凝池

1.引言

海水淡化预处理的目的是去除海水中存在的颗粒、细菌、胶体、微生物等杂质，以保证后续海水淡化设备的安全运行。三门核电二期工程海水淡化系统于2015年投入使用，其中海水淡化预处理采用混凝沉淀+滤砂工艺。海水淡化系统海水取自三门湾，海水泥沙含量大，且泥沙为粒径小、粘性差的黏土质粉砂，导致海水淡化的预处理难度较大。海水淡化预处理设计的进水浊度范围为0-400NTU。实际运行过程中发现：季节、天气、涨落潮等因素均可能导致海水的浊度变化，且其变化范围大体为：300-1500NTU。海水淡化系统取水口处未设计取水池进行海水初沉淀，导致海水直接进入网格絮凝池，使得进水水质波动变化较大。海水进水按照混凝剂的设计投加量15ppm无法满足出水浊度小于5NTU的要求。为提高对海水中浊度、胶体、有机物的去除效果，优化海水淡化预处理的运行，通过试验确定海淡预处理的最佳运行参数，提高海水淡化预处理的出水水质。

2.网格絮凝池情况

海水淡化预处理部分设置三组网格絮凝池和三组滤池，每组设计水量500m³/h。网格絮凝池分为小孔网格絮凝区和斜板沉淀区，其中小孔网格絮凝区采用小孔眼网板，絮凝时间为15min。斜板沉淀区采用小间距斜板，斜板长1.0m，厚1mm，间距25mm，斜板水平倾角为60º，斜板沉淀区上升流速为2.1mm/s。在海水进入网格絮凝池前投加次氯酸钠和氯化铁，并使用静态管式混合器进行药液的搅浑。在网格絮凝池进水端根据需要加聚丙烯酰胺（PAM）作为助凝剂，使得海水经过混凝沉淀后出水浊度小于等于5NTU。

3.试验情况

混凝剂投入海水中后，药剂的扩散、水解，以及胶体的脱稳、聚集等阶段与混凝剂加药量、海水pH值、海水水温、海水流速等均有关系。介于此，分析不同混凝剂加药量、不同海水水温、不同海水pH值、不同海水流速下的混凝效果，以找到网格絮凝池的最佳运行方式。

3.1.混凝剂投加量影响

混凝剂的用量对海水预处理混凝效果有重要影响，特别是对低浊度水和中等浊度水的混凝效果。主要是因为低浊度水的颗粒间距大，颗粒间碰撞机会少，分子的吸附架桥难度增加，絮凝效果较差。中等浊度水在混凝剂加药量不当时，会使得已经脱稳的胶体出现“再稳定”现象，以至于更难将胶体去除。[1]所以混凝剂的投加量需要根据海水水质来确定。

三门湾海水水质变化较大，进水浊度在200-2000NTU范围内波动。对海水进口浊度分别为198NTU、509NTU、639NTU、858NTU、1200NTU、1500NTU进行不同剂量混凝剂和助凝剂投加量试验。试验发现：1）当浊度大于500NTU时，混凝剂投加量为25ppm时，混凝效果最佳;2）增大混凝剂投加量后，混凝效果变差，出水水质变差;3）当海水浊度低于500NTU时，需要提高混凝剂投加量为30ppm;4）对于低浊度海水和中高浊度海水，投加助凝剂（1-2ppm）均能大幅度提高絮凝效果，使得出水水质变好，出水浊度明显降低。

3.2.海水水温影响

水温对混凝效果的影响主要反映在低温对混凝效果的影响较大。主要原因是混凝剂的水解反应是吸热反应。低温情况下，混凝剂的水解程度低，影响胶体的脱稳，导致混凝效果较差。同时，低温情况下，颗粒的布朗运动减慢，动能降低，水的黏度较大，不利于颗粒的碰撞和絮凝体的长大。所形成的絮凝物结构疏松，含水量多，颗粒小。[2]故而，海水水温不同时混凝情况差异明显。

海水淡化预处理设计上有两个取水通道，正常情况下从虹吸井进行取水，而当夏季虹吸井温度过高或机组停运检修时从循泵的旋转滤网后进行取水。对三门湾海域近5年水温进行监测可知，系统进水温度最低为14℃，此时从虹吸井进行取水;最高为26℃左右，此时从循泵的旋转滤网后取水。对于低温情况下的絮凝情况，通过试验可知：1）低温情况下（温度低于17℃）时，仅通过添加混凝剂，絮凝效果较差，必须添加助凝剂进行絮凝;2）在低温情况下，对于中高浊度的海水，混凝剂的投加量最优为25ppm，同时需要投加助凝剂（1-2ppm）。

3.3.海水pH值影响

海水pH值对混凝效果的影响主要是pH对混凝剂的影响。因为混凝剂在不同pH值下的水解程度不同，導致其在水中的形式不同，使得混凝效果不同。海域中海水pH值较为稳定，在不添加任何药剂的情况下，基本处于7.9-8.1之间。对于混凝剂（氯化铁）而言，其对于pH的适应范围为4-12，较优的pH值范围为6-10。为找到氯化铁作为混凝剂时的最优pH条件，故对不同pH条件下的混凝效果进行试验。试验可知：1）当pH处于8.0-8.1之间，混凝剂处于最优工作状态，使得絮凝效果最好;2）当pH继续升高，絮凝效果变差。

3.4.海水流速影响

海水预处理过程中，矾花的成长过程中，会随着絮凝时间的延长絮凝效果增强。故而，若降低海水的流速以增加絮凝时间，理论上可以提高絮凝效果，使得出水浊度降低。

4.系统优化

对海水进水pH值、进水水温、混凝剂投加量等进行综合考虑（由于系统设计上未设计氢氧化钠投加点，故此处优化不考虑调整进水pH），对网格絮凝池的运行方式进行如下优化：

Ø降低网格絮凝池出力：网格絮凝池由设计上的2用1备改为3套降1/3负荷运行，单套进水流量为330m³/h。

Ø混凝剂加药量控制：正常运行时控制混凝剂加药量在20-25ppm，在进水浊度大幅度降低时，增加混凝剂加药量为30ppm。

Ø助凝剂投加：冬季低温运行期间、低浊水以及恶劣天气运行期间（如台风天气），辅助投加助凝剂（1-2ppm）以增加絮凝效果。

通过优化网格絮凝池的运行方式，网格絮凝池的出水浊度能达到设计要求，满足系统设计要求。

5.结论

通过对网格絮凝池混凝剂加药量、海水水温、海水流速等因素对网格絮凝池处理能力的研究，得出了网格絮凝池的最佳运行参数，通过优化网格絮凝池的运行方式，使得网格絮凝池的出水满足系统设计要求。

参考文献：

[1]周柏青，陈志和.热力发电厂水处理.上册，4版[M].中国电力出版社，2009，38-39

[2]聂鑫，国华沧东电厂海水淡化预处理工艺改进