濃海水鹵庫的設(shè)計與建設(shè)方案研究

張科平,王緒書，張心祿

(1.中鹽工程技術(shù)研究院有限公司，天津 300450；2.天津長蘆海晶集團(tuán)有限公司，天津 300450)

1 前言

天津是一個嚴(yán)重缺水的城市，利用現(xiàn)有的海水資源，進(jìn)行海水淡化生產(chǎn)，是一條行之有效解決淡水缺乏的途徑。同時作為京津冀協(xié)同發(fā)展距離北京最近的城市，天津也是解決北京缺水難題的首選城市。

近年來，海水淡化技術(shù)水平雖不斷提高，但其生產(chǎn)廢水—濃海水的排放問題對淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約也日益突顯，這一問題尤其體現(xiàn)在渤海灣內(nèi)的海水淡化企業(yè)中。因為渤海是內(nèi)海，自身水體交換能力差，海水淡化副產(chǎn)濃海水直接排海對海洋生態(tài)環(huán)境影響較大。若與鄰近制鹽企業(yè)合作，將濃海水排入鹽田，對濃海水中的化學(xué)資源進(jìn)行綜合利用,既能實現(xiàn)濃海水的零排放,減少濃海水排放對海洋生態(tài)環(huán)境的影響，又能有效利用濃海水中的化學(xué)資源,增加經(jīng)濟(jì)效益。

2 鹵水平衡分析

海水淡化是工廠化全年運行，而灘曬制鹽是露天式季節(jié)性生產(chǎn)，二者在供需上存在不平衡，因此，必須將冬季、雨季濃海水儲存用于春、秋季節(jié)制鹽生產(chǎn)。詳見圖1淡化、制鹽供需鹵差異分析圖。

圖1 淡化、制鹽供需鹵差異分析圖Fig.1 Analysis chart of the different between demand and supply of brine in desalination and salt making

從圖1可以看出，制鹽生產(chǎn)用鹵主要集中在春、秋兩季，在雨季和冬季用鹵量很少。假設(shè)濃海水排放量全年為100%，則其每個月排放量為8.33%；假定制鹵區(qū)全年用鹵量100%，則其各月制鹽需鹵量參考工藝計算及企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)后得出。從圖1可以得知，在3月份時，需要鹵庫存鹵量達(dá)到最大值，因為從7月開始到翌年2月，制鹽需鹵僅占全年的37%左右，而濃海水供鹵量卻達(dá)到了67%。綜上，在生產(chǎn)淡季時，濃海水供鹵量與制鹽需鹵量存在30%的差值，鹽場必須修建濃海水鹵庫，將該部分濃海水儲存起來用于旺季使用。

3 濃海水鹵庫建設(shè)方案

3.1 新建鹵庫

若新建鹽田，新建鹵庫的設(shè)計過程中可以根據(jù)工藝要求科學(xué)劃分為生態(tài)修復(fù)、生態(tài)養(yǎng)殖和濃海水儲存等功能，合理恢復(fù)海水淡化過程中破壞的鹵水生態(tài)系統(tǒng)；建設(shè)期內(nèi)，施工不與制鹽生產(chǎn)沖突，對當(dāng)前階段生產(chǎn)無影響；建設(shè)完成后，可迅速與相應(yīng)濃度蒸發(fā)池對接使用，生產(chǎn)恢復(fù)速度快，對制鹽生產(chǎn)影響較小。該方案更易于科學(xué)布局，對原生產(chǎn)影響小，同時有利于原鹽產(chǎn)量的提高；但由于是新建鹽田，首先應(yīng)有合適興建鹽田的灘涂，且鹽田成熟期較長，同時新建工程投資較大。

3.2 利舊改造

海水淡化排放的濃海水約6 °Be′左右，濃度較普通海水高一倍左右，在制鹽企業(yè)中屬于低級鹵水，儲存于初級制鹵區(qū)，蒸發(fā)池面積較大，存鹵較淺，制鹵方法多為深存薄趕法。若對原灘田進(jìn)行技術(shù)改造，將現(xiàn)蒸發(fā)池埝適當(dāng)加高，改造為濃海水鹵庫?？捎行Ч?jié)約濃海水儲存所需面積，同時節(jié)約了大量工程投資，減少鹽田成熟期。但在改造過程中會與現(xiàn)制鹽生產(chǎn)沖突，因此，改造期間會對制鹽生產(chǎn)造成一定影響。

4 鹵庫護(hù)坡方式分析

鹽田蒸發(fā)設(shè)施多為就地取土修筑而成，為減少滲透損失，增加池埝穩(wěn)固性和安全性，避免風(fēng)浪對池埝破壞，使池埝更加持久耐用，鹽場一般會對蒸發(fā)池內(nèi)坡做防護(hù)處理。常見的護(hù)坡方式有：大堤土坡、拋石護(hù)坡、漿砌片石護(hù)坡和鋪磚護(hù)坡。鋪磚護(hù)坡多用于高級制鹵區(qū)及結(jié)晶區(qū)，初、中級制鹵區(qū)使用較少，故不討論。

4.1 大堤土坡

鹽場初級制鹵區(qū)蒸發(fā)池一般面積大，池埝多為大堤土坡。土埝具有取材方便，節(jié)省建筑材料、構(gòu)造簡單、便于加高培厚等優(yōu)點；但抗沖刷能力低，在雨水和風(fēng)浪作用下，坡面易被破壞；甚至坍塌，因此需要較大的邊坡坡度。坡度大小決定于坡高、土料性質(zhì)和風(fēng)浪大小，池埝內(nèi)坡坡比多為1 ∶5～1 ∶10。

采用大堤土坡由于池埝的坡比大，導(dǎo)致土方需求量較大。但是土坡的優(yōu)點在于施工簡單對鹽場連續(xù)生產(chǎn)影響較小，缺點是每2 a～3 a需要維修一次，以保證堤埝的完整性和安全性。

4.2 拋石護(hù)坡

拋石護(hù)坡是指通過機(jī)械或人工拋投塊石、卵石等人工或者天然石料，在蒸發(fā)池內(nèi)坡堆砌形成的，可以增強(qiáng)池埝穩(wěn)固性、減少風(fēng)浪破壞及滲透損失的結(jié)構(gòu)層。拋石護(hù)坡由于其材料來源豐富、施工技術(shù)簡單，施工進(jìn)度快，便于維修養(yǎng)護(hù)，抗沖性較強(qiáng)，在鹽田護(hù)坡中應(yīng)用較為廣泛，池埝內(nèi)坡坡度較土埝略陡些，一般坡比為1 ∶2～1 ∶4。

拋石護(hù)坡需要大量的毛石，長期使用水浪會經(jīng)毛石縫隙沖刷池埝，尤其坡腳處易受沖刷破壞，因此，大約每3 a～5 a需修整一次池埝，以保證其池埝的安全性。

4.3 漿砌片石護(hù)坡

采用漿砌片石筑埝做法相對復(fù)雜，施工過程中為保證生產(chǎn)不間斷，需要另外筑壩排水、晾曬再進(jìn)行夯實，砌筑、勾縫等工作，原土埝的挖方土如需要利用到筑埝，則需原土摻石灰土，充分?jǐn)嚢瑁俜謱雍粚嵵?。該方式形成的坡抗沖刷能力強(qiáng)，坡度要求較拋石可適當(dāng)陡些。

漿砌片石護(hù)坡優(yōu)點在于抗沖刷能力強(qiáng)，使用時間長，后期維護(hù)比較方便，但施工比較復(fù)雜，施工難度大，工期長，施工措施費高，因此，更適用于新建灘田或局部區(qū)域改造。

5 方案比選及優(yōu)化

濃海水鹵庫的選擇應(yīng)以存水1 m～1.5 m左右為宜，鹵水過深則有效蒸發(fā)量利用率低，生產(chǎn)操作難度大，且不利于生態(tài)養(yǎng)殖；水過淺則需要增加存鹵面積，對原鹽產(chǎn)量影響較大。

5.1 鹵庫建設(shè)方案

以10萬t/d海水淡化產(chǎn)能為例，濃海水鹵庫存儲量應(yīng)為1 100萬m3，以埝高2.5 m，存鹵深度1.5 m計，所需有效存鹵面積約為7.3 km2。如此大面積鹵庫，開灘新建難度大，且新建項目工程量大，投資費用高；若利舊改造，只需在現(xiàn)有灘田內(nèi)進(jìn)行技術(shù)改造，避免選址難題，溝道、泵站及部分水工構(gòu)筑物在一定程度上也可以利舊使用，工程量較新建節(jié)約至少一半，因此，利舊方案較優(yōu)。若將濃海水引入相近濃度蒸發(fā)池，則能避免不同濃度鹵水混合，減少對制鹽生產(chǎn)影響，便于鹵水銜接。但鹵庫選擇上應(yīng)充分考慮現(xiàn)蒸發(fā)池排水能力，應(yīng)在蒸發(fā)池最低水位上計算濃海水存量，進(jìn)而確定濃海水鹵庫面積。

5.2 鹵庫護(hù)坡方案對比

大堤土坡和拋石護(hù)坡都適用于鹵庫改造工程，綜合對比兩者優(yōu)缺點可以發(fā)現(xiàn)，拋石護(hù)坡坡比較小，土方需求量較少，雖需外購毛石，但是相對于大堤土坡，其對池埝的保護(hù)效果更好，且使用年限較長，無需頻繁修埝，節(jié)省了維護(hù)成本，因此，拋石護(hù)坡方案優(yōu)于大堤土坡。若在拋石下鋪土工布并輔以級配碎石保護(hù)，護(hù)坡對池埝的保護(hù)效果更佳，池埝使用壽命也會更長。

綜上所述，利用現(xiàn)有鹽田設(shè)施進(jìn)行相應(yīng)技術(shù)改造，并采用拋石護(hù)坡方式修建池埝，更適用于濃海水鹵庫建設(shè)。

6 修建濃海水鹵庫時注意事項

采用利舊改造方案，必然與制鹽生產(chǎn)正常用鹵有所沖突，因此，要求生產(chǎn)方必須提前規(guī)劃，統(tǒng)籌安排，合理調(diào)度，確保施工期間鹵水能夠正常供應(yīng)；施工方必須與生產(chǎn)方緊密結(jié)合，以生產(chǎn)需求為依據(jù)，科學(xué)安排施工方法和施工進(jìn)度，盡量避免或減少生產(chǎn)損失。雙方需要注意以下幾點：

(1)生產(chǎn)方應(yīng)提前規(guī)劃走水路線，施工前應(yīng)將施工區(qū)域外走水路線縷清攏順，做好相應(yīng)調(diào)整；

(2)生產(chǎn)方應(yīng)提前做好鹵庫建設(shè)區(qū)域鹵水排放及匯集工作，為正常施工提供保障；

(3)旺季施工對制鹽生產(chǎn)影響較大，可利用制鹽淡季開展施工工作，若需工期較長，可分期施工；

(4)在施工工期及開工期的選擇上，施工方應(yīng)與生產(chǎn)方結(jié)合后共同制定，雙方需嚴(yán)格遵守，生產(chǎn)方應(yīng)根據(jù)施工工期提前制定施工期間生產(chǎn)計劃，并按計劃開展生產(chǎn)工作；

(5)施工期間若需臨時阻斷或限制現(xiàn)制鹽正常走水的，施工方應(yīng)與生產(chǎn)方及時溝通，采取修建臨時設(shè)施、局部搶工完成或局部錯后施工等方法，避免影響正常生產(chǎn)。