Lamella技術(shù)在海水淡化高濁度水源預(yù)處理中的應(yīng)用

李 華

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

1 海水淡化飲用水需求現(xiàn)狀及Lamella介紹

世界范圍的淡水資源短缺問(wèn)題呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，社會(huì)正在轉(zhuǎn)向海水淡化這一策略來(lái)縮小淡水和干旱需求的供應(yīng)。2013年每天全球海水淡化廠產(chǎn)能達(dá)到4億噸，2016年達(dá)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(qū)是全球海水淡化設(shè)施最為集中的地區(qū)，沒(méi)有之一，約55%的淡化海水生產(chǎn)能力分布于這一地區(qū)的不同國(guó)家，其中絕大部分又都位于海灣地區(qū)的6個(gè)阿拉伯國(guó)家。阿聯(lián)酋是僅次于沙特的世界第二大淡化海水生產(chǎn)國(guó)，后者每天可生產(chǎn)淡化海水量約14.52億加侖，而阿聯(lián)酋在2017年的產(chǎn)量約為11.93億加侖[1]。

拉美爾技術(shù)最早是有法國(guó)德利滿公司開(kāi)發(fā)，是在傳統(tǒng)的平流沉淀池的基礎(chǔ)上，利用了動(dòng)態(tài)混凝、加速絮凝原理和淺池理論，把混凝、強(qiáng)化絮凝、斜板沉淀三個(gè)過(guò)程優(yōu)化，具有常規(guī)技術(shù)無(wú)法比擬的性能，達(dá)到較高的負(fù)荷。由凝聚混合區(qū)、凝聚反應(yīng)池、預(yù)沉池-濃縮區(qū)、斜管分離區(qū)及剩余污泥排放系統(tǒng)組成，把混合、絮凝反應(yīng)池、沉淀池、濃縮池合成在一個(gè)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(tǒng)的沉淀池更快地分離顆粒[3]。建造成本與傳統(tǒng)沉淀池污水廠相比，總成本節(jié)省約30%，而且傳統(tǒng)沉淀池占有相對(duì)大的面積，通常需要很長(zhǎng)的停留時(shí)間從液體中分離懸浮物。高效拉美爾沉淀池是針對(duì)固液分離實(shí)用的解決方案，可用于取代傳統(tǒng)沉淀池或者升級(jí)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(yù)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(duì)高濁度水源的預(yù)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??；V型濾池、多介質(zhì)過(guò)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(duì)于高濁度水質(zhì)，V型濾池、超濾、納濾等不能直接使用，必須經(jīng)過(guò)前期的處理，才能使用，不然會(huì)造成嚴(yán)重堵塞和污染。

四種工藝的區(qū)別在于混凝階段的原理和阻擋板的布置?；炷恋沓亟柚υ诖笮统伢w內(nèi)的流動(dòng)混合；高密度沉淀池是高度集成的工藝設(shè)備具備了完整的混合、絮凝、沉淀、濃縮功能。通過(guò)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(qū)別為池形和阻檔板介質(zhì)的布置不同。針對(duì)這三種技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)，技術(shù)特點(diǎn)等進(jìn)行了比較，見(jiàn)表1。表中數(shù)據(jù)針對(duì)高濁度水質(zhì)，低濁度水質(zhì)差異較大。

表1 沉淀池、高密度沉淀池、Lamella沉淀池性能對(duì)比

氣浮能夠去除很高比例的天然有機(jī)物，即去除90%～99%的藻類細(xì)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(gè)很重要的區(qū)別于其他方法的應(yīng)用，因?yàn)樵孱惡茈y通過(guò)傳統(tǒng)的沉淀法去除，并可能導(dǎo)致顆粒介質(zhì)過(guò)濾器堵塞和過(guò)濾器運(yùn)行時(shí)間縮短。氣浮所需配套設(shè)備較多，如溶氣裝置、釋氣裝置、壓縮空氣設(shè)備、刮泥機(jī)等，運(yùn)行電耗較沉淀有所增加。氣浮技術(shù)一般應(yīng)用于嚴(yán)重藻類污染的區(qū)域[5]。

3 Lamella構(gòu)造和工作原理

通過(guò)在沉淀分離區(qū)內(nèi)設(shè)置若干數(shù)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(zhǎng)至1.5 m，分離效率提高，較常規(guī)斜管效率高1.5～2.0倍；良好的水力條件，無(wú)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(jīng)過(guò)提升泵，在提泵出口管道中加入混凝劑，使水中污染物在遠(yuǎn)距離發(fā)生反應(yīng)后過(guò)入反應(yīng)池，反應(yīng)池流速降低使混凝劑反應(yīng)更充分；反應(yīng)池出水處加入助凝劑后進(jìn)入混后槽，使反應(yīng)池的絮凝體更大，更密實(shí)，才能實(shí)現(xiàn)理想的沉淀效果；混合槽出水進(jìn)入緩沖池，然后進(jìn)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(guī)設(shè)計(jì)和(b)與Lamlla設(shè)計(jì)水流流場(chǎng)的區(qū)別。在常規(guī)設(shè)計(jì)在池中心產(chǎn)生了一個(gè)大的再循環(huán)渦流，并產(chǎn)生了兩個(gè)小渦，一個(gè)在入口下方，另一個(gè)在料斗附近；在Lamella系統(tǒng)的情況下，中心渦被劃分為兩個(gè)較小的渦。入口下面的渦旋現(xiàn)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(chǎng)輪廓為常規(guī)設(shè)計(jì)(a)和Lamella設(shè)計(jì)(b)

在國(guó)外在型海水淡化廠預(yù)處理工程中應(yīng)用較多，如圖3所示的澳大利亞Cape Preston海水淡化廠，預(yù)處理采用了Lamella技術(shù)，預(yù)處理水量達(dá)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(shù)實(shí)踐應(yīng)用

連云港某海島海水濁度可達(dá)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(shè)備工程，針對(duì)海水高濁度高懸浮物的特點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，確定采用了Lamella上向流預(yù)處理工藝，設(shè)計(jì)出力為5 m3/h，分離區(qū)表面負(fù)荷2.2 m/h，出水濁度可達(dá)到<2 NTU。設(shè)備主體采用碳鋼材質(zhì)，內(nèi)襯玻璃鋼材料，防止海水對(duì)本體的腐蝕。包括凝聚混合區(qū)、凝聚反應(yīng)區(qū)、凝聚緩沖區(qū)、凝聚污泥濃縮區(qū)和凝聚分離區(qū)；處理能力4.5 m3/h，1座，1.5 m(寬)×1.6 m(長(zhǎng))×3.3 m(深)，具體參數(shù)與數(shù)據(jù)如下：

4.1 凝聚混合區(qū)

設(shè)有機(jī)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(shí)混凝劑已與水中顆粒特形成了稍大的體積，在攪拌機(jī)的作用下，水體發(fā)生充分的混合，水力停留時(shí)間3 min。

4.2 凝聚反應(yīng)區(qū)

從混合區(qū)底部進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)池也設(shè)置一臺(tái)低轉(zhuǎn)速機(jī)械攪拌器，可以使絮凝反應(yīng)更充分、完全，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)就能夠形成較大體積、更加密實(shí)、均勻的礬花。圖4為連云港某海島Lamella反應(yīng)凝聚反應(yīng)效果圖，由圖4可見(jiàn)，反應(yīng)池中形成的礬花體積較大、分布均勻、水力停留時(shí)間2.5 min。

圖4 連云港某海島海水淡化Lamella反應(yīng)池

4.3 凝聚濃縮區(qū)

為避免進(jìn)入較大面積的濃縮區(qū)對(duì)流場(chǎng)造成影響，凝聚緩沖區(qū)可將礬花的移動(dòng)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(qū)沉沉淀并濃縮。濃縮區(qū)呈現(xiàn)錐形，污泥可靠重力收集和排除。水力停留時(shí)間4 min，排泥濃度達(dá)3%～5%，不需另設(shè)濃縮池。

4.4 凝聚分離區(qū)

斜管沉淀區(qū)主要作用是去除礬花，可使沉淀在最佳狀態(tài)下完成，出水濁度≤2 NTU。整座池產(chǎn)表面負(fù)荷為2 m3/m2·h，停留時(shí)間20 min。

斜管采用乙丙共聚材質(zhì)，?50×1100，安裝角度55°。出水清澈，水質(zhì)穩(wěn)定，進(jìn)、出水濁度數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 濁度變化

5 結(jié)論和建議

通過(guò)對(duì)在實(shí)際工程中的運(yùn)行實(shí)踐監(jiān)測(cè)和水質(zhì)分析，Lamella技術(shù)具有對(duì)高濁度水質(zhì)具有良好的適應(yīng)性，出水水質(zhì)可達(dá)到后續(xù)工藝的進(jìn)水要求、水質(zhì)穩(wěn)定、效率高、占地少，在高濁度水質(zhì)的黃海海域具有廣泛的應(yīng)用前景。