李 華

(1 江蘇豐海新能源工程技術有限公司，江蘇 鹽城 224100；2 華北電力大學，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題呈現(xiàn)上升趨勢，社會正在轉向海水淡化這一策略來縮小淡水和干旱需求的供應。2013年每天全球海水淡化廠產(chǎn)能達到4億噸，2016年達到了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)是全球海水淡化設施最為集中的地區(qū)，沒有之一，約55%的淡化海水生產(chǎn)能力分布于這一地區(qū)的不同國家，其中絕大部分又都位于海灣地區(qū)的6個阿拉伯國家。阿聯(lián)酋是僅次于沙特的世界第二大淡化海水生產(chǎn)國，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]。

拉美爾技術最早是有法國德利滿公司開發(fā)，是在傳統(tǒng)的平流沉淀池的基礎上，利用了動態(tài)混凝、加速絮凝原理和淺池理論，把混凝、強化絮凝、斜板沉淀三個過程優(yōu)化，具有常規(guī)技術無法比擬的性能，達到較高的負荷。由凝聚混合區(qū)、凝聚反應池、預沉池-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、絮凝反應池、沉淀池、濃縮池合成在一個池中[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)沉淀池占有相對大的面積，通常需要很長的停留時間從液體中分離懸浮物。高效拉美爾沉淀池是針對固液分離實用的解決方案，可用于取代傳統(tǒng)沉淀池或者升級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高濁度水源的預處理主要有四種，例如混凝沉淀池、高密度沉淀池、Lamella沉淀池、氣浮；V型濾池、多介質過濾器、砂濾、超濾、納濾等僅適合于低濁度低污染水源的直接使用，對于高濁度水質，V型濾池、超濾、納濾等不能直接使用，必須經(jīng)過前期的處理，才能使用，不然會造成嚴重堵塞和污染。

四種工藝的區(qū)別在于混凝階段的原理和阻擋板的布置。混凝沉淀池借助水力在大型池體內的流動混合；高密度沉淀池是高度集成的工藝設備具備了完整的混合、絮凝、沉淀、濃縮功能。通過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的布置不同。針對這三種技術的關鍵參數(shù)，技術特點等進行了比較，見表1。表中數(shù)據(jù)針對高濁度水質，低濁度水質差異較大。

表1 沉淀池、高密度沉淀池、Lamella沉淀池性能對比

氣浮能夠去除很高比例的天然有機物，即去除90%～99%的藻類細胞以及90%的油污。而混凝沉淀法只能去除60%～90%。這是氣浮的一個很重要的區(qū)別于其他方法的應用，因為藻類很難通過傳統(tǒng)的沉淀法去除，并可能導致顆粒介質過濾器堵塞和過濾器運行時間縮短。氣浮所需配套設備較多，如溶氣裝置、釋氣裝置、壓縮空氣設備、刮泥機等，運行電耗較沉淀有所增加。氣浮技術一般應用于嚴重藻類污染的區(qū)域[5]。

3 Lamella構造和工作原理

通過在沉淀分離區(qū)內設置若干數(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)過提升泵，在提泵出口管道中加入混凝劑，使水中污染物在遠距離發(fā)生反應后過入反應池，反應池流速降低使混凝劑反應更充分；反應池出水處加入助凝劑后進入混后槽，使反應池的絮凝體更大，更密實，才能實現(xiàn)理想的沉淀效果；混合槽出水進入緩沖池，然后進入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)設計和(b)與Lamlla設計水流流場的區(qū)別。在常規(guī)設計在池中心產(chǎn)生了一個大的再循環(huán)渦流，并產(chǎn)生了兩個小渦，一個在入口下方，另一個在料斗附近；在Lamella系統(tǒng)的情況下，中心渦被劃分為兩個較小的渦。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 流場輪廓為常規(guī)設計(a)和Lamella設計(b)

在國外在型海水淡化廠預處理工程中應用較多，如圖3所示的澳大利亞Cape Preston海水淡化廠，預處理采用了Lamella技術，預處理水量達到98440 m3/d。

圖3 澳大利亞Cape Preston 海水淡化廠Lamella沉淀池

4 Lamella技術實踐應用

連云港某海島海水濁度可達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，新建了海水淡化設備工程，針對海水高濁度高懸浮物的特點，根據(jù)現(xiàn)場實驗，確定采用了Lamella上向流預處理工藝，設計出力為5 m3/h，分離區(qū)表面負荷2.2 m/h，出水濁度可達到<2 NTU。設備主體采用碳鋼材質，內襯玻璃鋼材料，防止海水對本體的腐蝕。包括凝聚混合區(qū)、凝聚反應區(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)×3.3 m(深)，具體參數(shù)與數(shù)據(jù)如下：

4.1 凝聚混合區(qū)

設有機械攪拌器，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。助凝劑投加時混凝劑已與水中顆粒特形成了稍大的體積，在攪拌機的作用下，水體發(fā)生充分的混合，水力停留時間3 min。

4.2 凝聚反應區(qū)

從混合區(qū)底部進入反應區(qū)，反應池也設置一臺低轉速機械攪拌器，可以使絮凝反應更充分、完全，在反應區(qū)內就能夠形成較大體積、更加密實、均勻的礬花。圖4為連云港某海島Lamella反應凝聚反應效果圖，由圖4可見，反應池中形成的礬花體積較大、分布均勻、水力停留時間2.5 min。

圖4 連云港某海島海水淡化Lamella反應池

4.3 凝聚濃縮區(qū)

為避免進入較大面積的濃縮區(qū)對流場造成影響，凝聚緩沖區(qū)可將礬花的移動速度放緩，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。水力停留時間4 min，排泥濃度達3%～5%，不需另設濃縮池。

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)表面負荷為2 m3/m2·h，停留時間20 min。

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

圖5 濁度變化

5 結論和建議

通過對在實際工程中的運行實踐監(jiān)測和水質分析，Lamella技術具有對高濁度水質具有良好的適應性，出水水質可達到后續(xù)工藝的進水要求、水質穩(wěn)定、效率高、占地少，在高濁度水質的黃海海域具有廣泛的應用前景。